专利名称：整流器试验装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种整流器检测技术，尤其涉及一种整流器试验装置及方法。
背景技术：
随着电力电子技术的迅猛发展，整流器作为供电装置的重要部分广泛地应用于工 业的各个领域。大功率四象限整流器是一种常见的整流器，主要适用于大功率电力电子设 备领域。大功率四象限整流器的主要功能是将输入的单相或者三相交流电压转换为直流电 压输出，给用电设备供电。以机车供电技术为例，DC600V列车供电装置、主变流器及辅助变流器等都是常用 的列车供电装置。列车供电装置及辅助变流器的功率一般为400 600kW，主变流器的功率 一般为1200 I600kw，大功率四象限整流器作为供电装置的重要部分，其性能对供电装置 的整体性能有很大的影响。因此为了保证大功率四象限整流器的性能和产品质量，出厂前 需要进行大量的性能试验和满负载试验。现有技术的大功率四象限整流器生产试验方法通 常为驱动用阻性负载来达到测试大功率四象限整流器性能和可靠性的目的。但是在实际试验过程中，现有技术的大功率四象限整流器生产试验方法存在以下 缺陷一、由于用阻性负载耗能，在试验过程中，能量不仅全部消耗在用阻性负载上，而 且还要为用阻性负载提供冷却系统以解决散热问题，致使能源浪费严重，试验成本增加。二、需要电网的容量足够大，对于一些中小企业，在电网容量有限的情况下，无法 对设备进行满负载试验。三、需要大功率的变压器作为交流电压变换器，以DC600 V列车供电装置试验系统 为例，需要一台工频600kW变压器，该变压器的体积很大、成本也很高，致使试验系统体积 庞大，占地面积大，试验设备投入成本高。四、对于单相输入大功率四象限整流器，当使用三相电源中的一相为大功率四象 限整流器供电，将引起三相输出不平衡，使电源系统跳间，试验无法进行。

发明内容
本发明提供一种整流器试验装置及方法，以减少甚至避免整流器检验过程中的能 源浪费，减少能源消耗。本发明提供一种整流器试验装置，包括变压器，所述变压器的输出端与待试验的 整流器的交流电压输入端连接，还包括负载模块，所述负载模块为逆变器，所述逆变器的直流电压输入端与所述待试验 的整流器的直流电压输出端连接，所述逆变器的交流电压输出端与所述变压器的输出端并 联至所述待试验整流器的交流电压输入端。如上所述的整流器试验装置，所述待试验的整流器的控制开关为全控型晶体管， 采用另一控制开关为全控型晶体管的整流器作为所述逆变器，用作负载，所述用作负载的整流器的直流电压输出端为所述逆变器的直流电压输入端，所述用作负载的整流器的交流 电压输入端为所述逆变器的交流电压输出端。如上所述的整流器试验装置，其中，所述逆变器还包括控制装置，所述控制装置包 括调整单元和脉冲信号生成单元；所述调整单元分别与所述逆变器的直流电压输入端和交流电压输出端连接，对输 入电压、输出电压和输出电流进行采样，根据采样结果及电流幅值参考单元产生的输出电 流幅值预设值产生输出电流控制信号，并将所述输出电流控制信号发送给所述脉冲信号生 成单元；所述脉冲信号生成单元根据所述电流控制信号产生控制所述控制开关的控制信 号，以调整所述输出电流的相位和幅值。如上所述的整流器试验装置，其中，所述待试验的 整流器为单相整流器或三相整流器。本发明提供一种整流器试验方法，采用本发明的整流器试验装置，包括启动与变压器连接的待试验的整流器，将所述变压器输出的交流电压转换成直流 电压输出；启动与所述待试验的整流器相连的逆变器，调整所述逆变器的输出电流，其中，所 述逆变器将所述直流电压转换成交流电压并反馈至所述变压器的输出端，与所述变压器的 输出端并联至所述待试验整流器的交流电压输入端。如上所述的整流器试验方法，所述启动与所述待试验的整流器相连的逆变器之前 包括监测所述待试验的整流器的输出电压，当所述输出电压达到额定电压时，触发所述逆 变器的开启。如上所述的整流器试验方法，其中，所述逆变器为另一控制开关为全控型晶体管 的整流器，用作负载，其特征在于，所述调整所述逆变器的输出电流包括对所述逆变器的输入电压、输出电压和输出电流进行采样，根据采样结果及输出 电流幅值预设值，产生控制所述控制开关的控制信号，以调整所述逆变器的输出电流的相 位和幅值。如上所述的整流器试验方法，其中，调整所述逆变器的输出电流的相位和幅值具 体为调整所述逆变器的输出电流的相位与所述逆变器的输出电压的相位相反，调整所述 逆变器的输出电流的幅值与所述输出电流幅值预设值相等。由上述技术方案可知，本发明提供的整流器试验装置及方法，通过采用逆变器作 为试验负载来测试待试验的整流器的性能，将待试验的整流器输出的电能通过逆变器的转 换后又反馈回待试验的整流器的输入端，对待试验的整流器的试验能量进行补充，减小了 对变压器功率的需求，并能够实现满负载试验，减少甚至避免了整流器试验过程中的能源 浪费，不仅减少了能源消耗，也节省试验成本。


图1为本发明实施例一提供的整流器试验装置的结构示意图；图2为本发明实施例二提供的一种整流试验装置的电路原理图；图3为本发明实施例三提供的另一种整流器试验装置的电路原理图；图4为本发明实施例四提供的整流器试验方法的流程图。
附图标记101-变压器；102-待试验的整流器；104-控制装置；105-调整单元；D-二极管；L-电感；S-控制开关；C-电容；
103-逆变器；
106-脉冲信号生成单元；
107-电流幅值参考单元； Pl-第一控制信号；P2-第二控制信号；P3-第三控制信号； P4-第四控制信号。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中， 相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。实施例一图1为本发明实施例一提供的整流器试验装置的结构示意图，如图1所示，整流器 试验装置包括变压器101和负载模块，变压器101的输出端与待试验的整流器102的交流 电压输入端连接，负载模块为逆变器103，逆变器103的直流电压输入端与待试验的整流器 102的直流电压输出端连接，逆变器103的交流电压输出端与变压器101的输出端并联至待 试验的整流器102的交流电压输入端。在具体的试验过程中，待试验的整流器102把变压器101输出的交流电压转换成 直流电压后输出至逆变器103，逆变器103再将直流电压转换成交流电压反馈到待试验的 整流器102的交流电压输出入端。逆变器103既作为待试验的整流器102的负载以测试待 试验的整流器102的各项性能指标，又将电能反馈到待试验的整流器102的输入端为其提 供能量。当待试验的整流器102为大功率的整流器时，如用于DC600V列车供电装置试验系 统的整流器，由于逆变器103对待试验的整流器102的试验所需能量的补偿，试验过程中可 以采用容量和体积均小的变压器，相应地也降低了对电网的容量要求，避免了在试验过程 中的能源浪费，减少了能源消耗，节省试验成本。实施例二在本实施例中，整流器试验装置采用另一控制开关为全控型晶体管的整流器作为 逆变器，用作负载，用作负载的整流器的直流电压输出端为逆变器的直流电压输入端，用作 负载的整流器的交流电压输入端为逆变器的交流电压输出端。如果待试验的整流器中的控 制开关为全控型晶体管，则可以将另一个待试验的整流器作为逆变器作为待试验的整流器 的负载以测试其性能，取材方便，也可以降低试验设备成本。图2为本发明实施例二提供的一种整流试验装置的电路原理图，该整流试验装 置中的待试验的整流器为单相大功率四象限整流器，但本发明并不限于此。如图2所示， 待试验的大功率四象限整流器采用了具有四个控制开关S的H桥结构，每个控制开关S 反并联一个二极管D，通常控制开关S为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称为IGBT)，电感L主要用于储能，整流桥主要用于对交流电压进行全波整 流，整流后的电压再通过电容C滤波后输出直流电压。通过高频脉冲信号来分别控制四个 控制开关S的导通或关断，高频脉冲信号一般为脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation, 简称为PWM)信号，由控制信号产生模块产生，控制信号产生模块的主要控制核心具体可以为电机专用控制芯片DSPic30f6010A，通常可以通过选择不同的控制策略来合成PWM信号， 一般通过软件实现。将该大功率四象限整流器的直流电压输出端作为直流电压输入端，交 流电压输入端作为交流电压输出端时，大功率四象限整流器就起到了逆变器的作用，即可 以将输入的直流电压转换成交流电压输出。于是，可以采用另一个大功率四象限整流器作 为整流器试验装置的负载来测试待试验的大功率四象限整流器的性能。在本实施例中，逆变器还可以包括控制装置104，控制装置104包括调整单元105 和脉冲信号生成单元106。通过调整单元105生成逆变器输出电流控制信号，并将输出电流 控制信号发送给脉冲生成单元106，脉冲生成单元106根据输出电流控制信号产生第一控 制信号P1、第二控制信号P2、第三控制信号P3和第四控制信号P4分别来控制四个控制开 关S。调整单元105用于调整逆变器的输出电流的相位和幅值。调整单元105可以分别与逆变器103的直流电压输入端和交流电压输出端连接， 对输入电压、输出电压和输出电流进行采样，根据采样结果及电流幅值参考单元107产生 的输出电流幅值预设值产生逆变器输出电流控制信号，脉冲生成单元106根据逆变器输出 电流控制信号生成控制四个控制开关S的控制信号，即第一控制信号P1、第二控制信号P2、 第三控制信号P3和第四控制信号P4，以调整输出电流的相位和幅值。调整单元105与电流 幅值参考单元107连接，电流幅值参考单元107产生输出电流幅值预设值并发送给调整单 元105，以调整输出电流的幅值。电流幅值参考单元107可以为具有电位器结构的电流产生 装置，通过电位器的阻值的改变，电流幅值参考单元107可以输出一定范围内变化的输出 电流幅值预设值。具体的，通过对逆变器的输入电压和输出电压进行隔离变换、滤波和放大 处理后进行采样。对输出电流进行采样，具体可以通过电流传感器对输出电流进行检测，对 检测到的电流信号进行采样处理。优选地，通过调整四个控制开关的工作状态使输出电流的相位与输出电压的相位 相反，即功率因数约为-1，逆变器输出功率完全反馈到待试验整流器的输入端，电源输入端 所提供的能量仅为整个试验回路电气、电子元件发热及辅助用电所产生的损耗，有效地避 免了能源的浪费。可以将输出电流的幅值调整为与输出电流幅值预设值相等，即可以模拟 不同的负载下的待试验的整流器102的性能。在本实施例中，待试验的整流器102为单相整流器，实际应用中也可以为三相整 流器，当待试验的整流器102为单相整流器时，相应的作为负载的逆变器103也为单相逆变 器，变压器101可以为单相变压器，也可以使用三相变压器中的一相作为能源的供给装置。 当待试验的整流器102为三相整流器时，相应的作为负载的逆变器103也为三相逆变器，变 压器101为三相变压器。实施例三图3为本发明实施例三提供的另一种整流器试验装置的电路原理图，该整流试验 装置中待试验的整流器为三相大功率四象限整流器，但本发明并不以此为限。如图3所示， 该整流器试验装置中变压器101为三相变压器，三相变压器、待试验的三相整流器和三相 逆变器之间的连接关系与图2所示的实施例相似，此不再赘述。实施例四图4为本发明实施例四提供的整流器试验方法的流程图，该方法可以利用本发明 任意实施例提供的整流器试验装置来实现，但并不限于此。如图4所示，该整流器试验方法包括步骤410、启动与变压器连接的待试验的整流器，将变压器输出的交流电压转换成 直流电压输出；步骤420、启动与待试验的整流器相连的逆变器，调整逆变器的输出电流，其中，逆 变器将直流电压转换成交流电压并反馈至变压器的输出端，与变压器的输出端并联至待试 验整流器的交流电压输入端。该整流器试验方法，通过将逆变器作为待试验的整流器的负载来测试其性能，将 待试验的整流器输出的直流电压又转换成交流电压反馈到待试验的整流器的输入端，为其 补充能量，以减少对变压器容量以及电网容量的需求，减小了试验系统的体积和占地面积。 且不需要添加散热装置，降低了设备成本。由于降低了对电网的要求，即使容量小的电网也 可以实现大容量的整流器的全负载试验，进一步提高了试验效果。在本实施例中，启动与待试验的整流器相连的逆变器之前可以包括监测待试验 的整流器的输出电压，当输出电压达到额定电压时，触发逆变器的开启。当待试验的整流器 运转稳定后再启动逆变器，可以对待试验的整流器起到保护作用，也更有利于提高整流器 试验装置的试验准确性。在本实施例中，逆变器可以为另一控制开关为全控型晶体管的整流器，用作负载， 调整逆变器的输出电流包括对逆变器的输入电压、输出电压和输出电流进行采样，根据采 样结果及输出电流幅值预设值，产生控制控制开关的控制信号，以调整逆变器的输出电流 的相位和幅值。具体的，可以将输出电流的幅值调整为与输出电流幅值预设值相等，通过对 逆变器的输出电流幅值的调整来模拟不同负载情况下待试验的整流器的性能测试，改善试 验效果。通过对逆变器的输出电流的相位的调整，可以调整逆变器的输出功率因数，减少无 功功率，提高能量的利用率。优选的，调整逆变器的输出电流的相位具体为调整逆变器的输 出电流的相位与逆变器的输出电压的相位相反。当逆变器输出电流的相位和输出电压的相 位相反时，功率因数约为-1，逆变器输出功率完全反馈到待试验整流器的输入端，电源输入 端所提供的能量仅为整个试验回路电气、电子元件发热及辅助用电所产生的损耗，有效减 少能源浪费。本发明提供的整流器试验装置及方法，通过将逆变器代替用阻性负载作为待测试 的整流器的负载来测试待试验的整流器的各项性能，待试验的整流器输出的直流电压通过 逆变器的转换后反馈到待试验的整流器的输入端作为能量补给，减小了对变压器容量的需 求，且不需增设散热装置，减小了试验系统的体积和占地面积，也进一步节约了试验设备的 成本。相应地对电网的需求也减小，即使很小容量的电网也可以作为大功率整流器的能量 供给以实现全负载试验，提高了试验的效果。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然 可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换； 而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和 范围。
权利要求
1.一种整流器试验装置，包括变压器，所述变压器的输出端与待试验的整流器的交流 电压输入端连接，其特征在于，还包括负载模块，所述负载模块为逆变器，所述逆变器的直流电压输入端与所述待试验的整 流器的直流电压输出端连接，所述逆变器的交流电压输出端与所述变压器的输出端并联至 所述待试验整流器的交流电压输入端。
2.根据权利要求1所述的整流器试验装置，所述待试验的整流器的控制开关为全控型 晶体管，其特征在于采用另一控制开关为全控型晶体管的整流器作为所述逆变器，用作负载，所述用作负 载的整流器的直流电压输出端为所述逆变器的直流电压输入端，所述用作负载的整流器的 交流电压输入端为所述逆变器的交流电压输出端。
3.根据权利要求2所述的整流器试验装置，其特征在于所述逆变器还包括控制装置，所述控制装置包括调整单元和脉冲信号生成单元；所述调整单元分别与所述逆变器的直流电压输入端和交流电压输出端连接，对输入电 压、输出电压和输出电流进行采样，根据采样结果及电流幅值参考单元产生的输出电流幅 值预设值产生输出电流控制信号，并将所述输出电流控制信号发送给所述脉冲信号生成单 元；所述脉冲信号生成单元根据所述电流控制信号产生控制所述控制开关的控制信号，以 调整所述输出电流的相位和幅值。
4.根据权利要求2或3所述的整流器试验装置，其特征在于所述待试验的整流器为 单相整流器或三相整流器。
5.一种整流器试验方法，其特征在于，使用权利要求1所述的整流器试验装置，所述整 流器试验方法包括启动与变压器连接的待试验的整流器，将所述变压器输出的交流电压转换成直流电压 输出；启动与所述待试验的整流器相连的逆变器，调整所述逆变器的输出电流，其中，所述逆 变器将所述直流电压转换成交流电压并反馈至所述变压器的输出端，与所述变压器的输出 端并联至所述待试验整流器的交流电压输入端。
6.根据权利要求5所述的整流器试验方法，其特征在于，所述启动与所述待试验的整 流器相连的逆变器之前包括监测所述待试验的整流器的输出电压，当所述输出电压达到 额定电压时，触发所述逆变器的开启。
7.根据权利要求6所述的整流器试验方法，所述逆变器为另一控制开关为全控型晶体 管的整流器，用作负载，其特征在于，所述调整所述逆变器的输出电流包括对所述逆变器的输入电压、输出电压和输出电流进行采样，根据采样结果及输出电流 幅值预设值，产生控制所述控制开关的控制信号，以调整所述逆变器的输出电流的相位和 幅值。
8.根据权利要求7所述的整流器试验方法，其特征在于，调整所述逆变器的输出电流 的相位和幅值具体为调整所述逆变器的输出电流的相位与所述逆变器的输出电压的相位 相反，调整所述逆变器的输出电流的幅值与所述输出电流幅值预设值相等。
全文摘要
本发明一种整流器试验装置及方法，该整流器试验装置包括变压器和负载模块，变压器的输出端与待试验的整流器的交流电压输入端连接，负载模块为逆变器，逆变器的直流电压输入端与待试验的整流器的直流电压输出端连接，逆变器的交流电压输出端与变压器的输出端并联至待试验整流器的交流电压输入端。该整流器试验方法包括启动与变压器连接的待试验的整流器，将变压器输出的交流电压转换成直流电压输出；启动与待试验的整流器相连的逆变器，调整逆变器的输出电流。本发明提供的整流器试验装置及方法可以降低对变压器及电网容量的需求，降低能源浪费，节省试验成本。
文档编号G01R31/40GK102116850SQ201010601520
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者蔡志伟 申请人:中国北车集团大连机车车辆有限公司