专利名称：双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统及其试验方法
技术领域：
本发明涉及电力传动技术，特别是一种双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系 统及其试验方法。
背景技术：
电力传动技术是以运动机械的驱动电动机为控制对象，控制驱动电动机的转矩和 转速的技术。电力传动试验系统，一般由电源系统、驱动系统和负载系统三大部分组成。电 力传动试验根据电制不同，可分为直流电力传动试验和交流电力传动试验两种方案。对于直流电力传动试验，中国专利CN101162183A公开了一种由直流电机作为驱 动电机和负载电机组成的单轴可逆直流传动试验台，负载的回馈电能可以加以利用。但是， 随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流调速取代直流调速己成为 发展趋势。因此，这种直流传动试验系统将逐渐失去应用前景。交流变频传动技术是当今节能、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动 电力传动技术进步的一种主要手段。交流变频传动具有优异的调速性能和起制动性能，而 且因其节电效果好，适用范围广和高效率、高功率因数等优点，被国内外公认为最有发展前 途的调速方式。中国专利CN101221699A公开了一种包括由控制系统、推进系统、负载系统 和交流供电系统组成的船舶电力推进单轴试验系统。推进系统为交流变频电机，负载系统 为直流电机，模拟螺旋桨负载。这种试验装置只能用于单一电力推进试验，无法用于双机双 桨型电力推进系统试验，具有较大的局限性。

发明内容
为克服上述现有技术中存在的不足，本发明提出一种双轴回馈式低压交流变频电 力传动试验系统及其试验方法。为此，本发明的技术方案如下双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统，其特征在于包括低压电源系统、驱 动系统和负载系统，其中低压电源系统包括市电接入端，独立柴油发电机组，进线变压器，用于将交流电转 换为直流电的大功率可控整流装置和直流汇流排，进线变压器的输入端通过电源开关分别 连接市电接入端或独立柴油发电机组，进线变压器的输出端连接大功率可控整流装置，可 控整流装置连接直流汇流排；驱动系统和负载系统是对称结构，各有二套交流变频异步电机和与之相对应的逆 变装置组成，驱动系统的两套电机与负载系统的两套电机分别通过刚性传动轴连接，两传 动轴之间连接一传动轴离合器，当离合器处于分离状态时，形成单机单轴传动结构或双机 双轴独立传动结构，而当离合器处于啮合状态时，形成双机同轴传动结构。驱动系统内设有驱动控制器，用于控制与驱动电机相对应的逆变装置，负载系统 内设有负载控制器，用于控制与负载电机相对应的逆变装置，驱动电机上设有测速传感器，将两传动轴的转速信号分别反馈给驱动控制器和负载控制器。所述驱动系统和负载系统的逆变装置分别通过断路器连接低压电源系统的直流 汇流排。所述负载系统是可选择负载类型的根据实际生产机械的运行特征，作为电动机 负载的生产机械可以归纳为四种类型(1)恒转矩负载，负载转矩恒定，负载转矩不受转速 变化的影响，与驱动电动机的转速无关。(2)恒功率负载，负载转矩与轴转速成反比，是一个 恒功率类型的转矩。(3)通风机、泵、螺旋浆负载，负载转矩与轴转速的平方成正比，这符合 通风机、泵类、螺旋桨的负载特点。(4)线性负载，负载转矩与轴转速成正比，是一个线性类 型的转矩。试验中需根据试验所要模拟的负载类型选择其中之一作为传动试验的负载。将上述的双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统应用于试验，可以进行单机 单轴传动试验、双机双轴传动试验、双机同轴传动试验，各试验可分别按如下步骤进行(1)单机单轴传动试验单机单轴传动试验是由单一电动机带动单一负载运行。使所述离合器处于分离状 态，形成由单一驱动电机及其逆变装置与负载电机及其逆变装置组成单机单轴传动系统， 通过负载控制器控制负载电机的逆变装置而控制负载电机的转矩，使负载电机模拟不同类 型的负载，通过驱动控制器控制驱动电机的逆变装置，进行驱动电机的变频调速控制。(2)双机双轴传动试验双机双轴传动试验是两套相同类型的单机单轴传动试验在传动轴分离情况下的 运动组合。使离合器处于分离状态，在上述单机单轴传动试验的状态下，运行另一套单机单 轴传动系统，由此构成了双机双轴传动结构，通过负载控制器控制负载电机的逆变装置从 而控制负载电机，使负载电机模拟不同类型的负载，通过驱动控制器控制驱动电机的逆变 装置，进行双驱动电机的同步运动控制、协调运动控制。(3)双机同轴传动试验在双电机同轴运动控制场合，双机同轴传动试验是二套相同类型的单机单轴传动 试验在传动轴啮合情况下的运动组合。在上述双机双轴传动试验的状态下，使离合器处于 啮合状态，构成双机同轴传动系统，两台驱动电机共同带动两台模拟负载电机。通过负载控 制器控制负载电机的逆变装置从而控制负载电机，模拟不同类型的负载，通过驱动控制器 控制驱动电机的逆变装置，进行双驱动电机的同轴同步运动控制、协调运动控制。本发明的双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统通过传动轴离合器的分离 或啮合，可以得到单机单轴传动、双机双轴传动、双机同轴传动等三类不同电力传动试验的 要求；通过负载控制，可以得到恒转矩负载、恒功率负载、线性负载、螺旋桨负载四种可选择 的不同负载特性，从而大大提高了交流电力传动试验系统的适用性和灵活性，拓展了交流 电力传动试验的范围，实现一套交流电力传动试验系统达到多用途试验的目的。在上述三种试验下，驱动电机输出的驱动转矩带动作为模拟负载的负载电机，负 载电机转矩与驱动转矩方向相反，处于发电运行状态，电能回馈给驱动电机，降低试验系统 的电能消耗。


图1为本发明的双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统的原理示意图。
图2为本发明的双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统进行单机单轴传动 试验时的原理示意图。图3为本发明的双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统进行双机双轴传动 试验时的原理示意图。图4为本发明的双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统进行双机同轴传动 试验时的原理示意图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体附图，进一步阐述本发明。如图1所示，双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统由带可控整流的低压电 源系统1、双机双轴可离合的驱动系统2和可选择负载类型的负载系统3三大部分组成。电源系统1中，4为市电接入端，5为独立柴油发电机组，根据不同试验要求，通过 电源开关7和8，可选择不同电源(市电或独立发电机组)。进线变压器6的输入端通过电 源开关7和8分别连接市电接入端4或独立柴油发电机组5，进线变压器6的输出端连接大 功率可控整流装置9，可控整流装置9连接直流汇流排14，驱动系统和负载系统的逆变装置 10、12、11、13的一侧通过断路器15、17、16、18连接到直流汇流排14上，构成整个试验系统 的电能互馈结构，试验中负载系统的回馈电能通过直流汇流排14循环供电给驱动系统2， 从而使试验系统大大节约电能。驱动系统2和负载系统3是对称结构，各由二套交流变频异步电机19、21、20、22 和与之相对应的逆变装置10、12、11、13组成。驱动电机19和21分别通过刚性传动轴23 和24与负载电机20和22连接。传动轴23和24通过离合器25连接，当离合器25处于分 离状态时，形成单机单轴传动结构或双机双轴独立传动结构；而当离合器25处于啮合状态 时，形成双机同轴传动结构。驱动控制器29控制驱动逆变装置10和12。负载控制器28控制负载逆变装置11 和13。驱动电机19和21两侧分别安装有测速传感器26和27，测速传感器26和27分别 将传动轴23和24的转速信号反馈给驱动控制器28和负载控制器29。单机单轴传动的试验方法，如图2所示，使离合器25处于分离状态，负荷断路器 15、16接通，由单一驱动电机19及其逆变装置10与负载电机20及其逆变装置11组成单机 单轴传动结构。通过控制逆变装置10，进行驱动电机19的变频调速传动试验，其输出的驱 动转矩Te带动负载电机20。负载电机20作为模拟负载，处于发电运行状态，其发出的电流 I11与电源电流I9汇合共同驱动驱动电机19运转，其负载转矩IY与驱动转矩Te方向相反。 根据实际负载转矩IY与转速η的关系，通过控制逆变装置11，可以控制负载电机20的转矩 Tl的性质和大小，从而得到电气传动试验中的不同性质负载。通过驱动控制器控制驱动电 机19的逆变装置10，进行驱动电机19的变频调速控制。双机双轴传动试验是二套相同类型的单机单轴传动试验在传动轴分离情况下的 运动组合。如图3所示，使离合器25处于分离状态，在上述单机单轴传动试验的状态下，接 通负荷断路器17、18，由驱动电机21和逆变装置12与负载电机22和逆变装置13组成另 一套单轴传动，由此构成双机双轴传动结构。通过负载控制器控制负载电机20、22的逆变装置11、13从而控制负载电机20、22，模拟不同类型的负载，通过驱动控制器控制驱动电机 19,21的逆变装置10、12，进行双驱动电机的同步运动控制、协调运动控制。双机同轴传动试验是二套相同类型的单机单轴传动试验在传动轴啮合情况下的 运动组合。如图4所示，使离合器25处于啮合状态，在上述双机双轴传动试验的状态下，将 负荷断路器15、16、17、18接通，构成了双机同轴传动结构，驱动电机19和21共同带动模拟 负载电机20和22。通过负载控制器控制负载电机20、22的逆变装置11、13从而控制负载 电机20、22，模拟不同类型的负载，通过驱动控制器控制驱动电机19、21的逆变装置10、12， 进行双驱动电机的同轴同步运动控制、协调运动控制。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等同物界定。
权利要求
1.双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统，包括低压电源系统、驱动系统和负载 系统，其特征在于，所述驱动系统和负载系统是对称结构，各由二套交流变频异步电机和与 之相对应的逆变装置组成，驱动系统的两套电机与负载系统的两套电机分别通过刚性传动 轴连接，两传动轴之间连接一传动轴离合器，当离合器处于分离状态时，形成单机单轴传动 结构或双机双轴传动结构，而当离合器处于啮合状态时，形成双机同轴传动结构。
2.根据权利要求1所述的双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统，其特征在于， 所述低压电源系统包括市电接入端，独立柴油发电机组，进线变压器，用于将交流电转换为 直流电的大功率可控整流装置和直流汇流排，进线变压器的输入端通过电源开关分别连接 市电接入端或独立柴油发电机组，进线变压器的输出端连接大功率可控整流装置，可控整 流装置连接直流汇流排。
3.根据权利要求1所述的双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统，其特征在于， 所述驱动系统设有驱动控制器，用于控制与驱动电机相对应的逆变装置，负载系统设有负 载控制器，用于控制与负载电机相对应的逆变装置，驱动电机上设有测速传感器，将两传动 轴的转速信号分别反馈给驱动控制器和负载控制器。
4.根据权利要求1所述的双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统，其特征在于， 所述负载系统可通过控制逆变装置选择负载类型。
5.双轴回馈式低压交流变频电力传动试验方法，其特征在于，根据试验需要，通过离合 器的分离或啮合，形成单机单轴传动结构、双机双轴传动结构或双机同轴传动结构，从而进 行单机单轴传动试验、双机双轴传动试验或双机同轴传动试验。
6.根据权利要求5所述的双轴回馈式低压交流变频电力传动试验方法，其特征在于， 通过负载控制器控制负载电机的逆变装置从而控制负载电机，使负载电机模拟不同类型的 负载，通过驱动控制器控制驱动电机的逆变装置以控制驱动电机，进行所要进行的试验。
全文摘要
本发明公开了一种双轴回馈式低压交流变频电力传动试验系统及其试验方法，包括低压电源系统、驱动系统和负载系统，所述驱动系统和负载系统是对称结构，各由二套交流变频异步电机和与之相对应的逆变装置组成，驱动系统的两套电机与负载系统的两套电机分别通过刚性传动轴连接，两传动轴之间连接一传动轴离合器，通过离合器的分离或啮合，可以实现模拟多种传动结构，并通过负载系统模拟多种类型的负载，最终达到一套交流电力传动试验系统多用途试验的目的。
文档编号G01R31/00GK102004198SQ201010297179
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者刘昭, 康伟, 朱瑾, 沈爱弟, 高迪驹, 黄辉 申请人:上海海事大学