專(zhuān)利名稱(chēng)：四象限電機(jī)測(cè)功機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種四象限電機(jī)測(cè)功機(jī)。
背景技術(shù)：
測(cè)功機(jī)是用來(lái)測(cè)量、衡量電機(jī)的工作性能的裝置。如圖1所示，為一測(cè)功機(jī)1’的電路原理方框圖。其包含連接交流電網(wǎng)的負(fù)載電機(jī)控制器101’，該負(fù)載電機(jī)控制器101’還電路連接負(fù)載電機(jī)102’，且負(fù)載電機(jī)102’通過(guò)力矩傳感器103’連接被測(cè)電機(jī)104’，被測(cè)電機(jī)104’側(cè)，同時(shí)還有被測(cè)電機(jī)控制器105’，且該被測(cè)電機(jī)控制器105’通過(guò)交流并網(wǎng)保護(hù)裝置106’連接交流電網(wǎng)。
負(fù)載電機(jī)102’和被測(cè)電機(jī)104’需要具備四象限運(yùn)行的功能。如圖2所示，為四象限電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行區(qū)域示意圖。橫軸表示電機(jī)轉(zhuǎn)速Wr，縱軸表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩Te。在第一象限中，電機(jī)作正向電動(dòng)運(yùn)行，Wr＞0，Te＞0；在第二象限中，電機(jī)作反向發(fā)電運(yùn)行，Wr＜0，Te＞0；在第三象限中，電機(jī)作反向電動(dòng)運(yùn)行，Wr＜0，Te＜0；在第四象限中，電機(jī)作正向發(fā)電運(yùn)行，Wr＞0，Te＜0。
當(dāng)被測(cè)電機(jī)104’作正向(或反向)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，負(fù)載電機(jī)102’則作反向(或正向)發(fā)電運(yùn)行。能量流向?yàn)殡娋W(wǎng)→交流并網(wǎng)保護(hù)裝置106’ →被測(cè)電機(jī)控制器105’→被測(cè)電機(jī)104’→力矩傳感器103’→負(fù)載電機(jī)102’→負(fù)載電機(jī)控制器101’→返回到電網(wǎng)。
而當(dāng)被測(cè)電機(jī)104’作正向(或反向)發(fā)電運(yùn)行時(shí)，負(fù)載電機(jī)102’則作反向(或正向)電動(dòng)運(yùn)行。這時(shí)的能量流向與上述情況相反電網(wǎng)→負(fù)載電機(jī)控制器101’→負(fù)載電機(jī)102’→力矩傳感器103’→被測(cè)電機(jī)104’→被測(cè)電機(jī)控制器105’→交流并網(wǎng)保護(hù)裝置106’→返回到電網(wǎng)。
如上所述，在負(fù)載電機(jī)102’和被測(cè)電機(jī)104’的運(yùn)行過(guò)程中，交流電網(wǎng)中的電能經(jīng)過(guò)測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)一圈后，部分地又回饋給了交流電網(wǎng)。這種現(xiàn)象可稱(chēng)之為交流(電網(wǎng))并網(wǎng)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)交流并網(wǎng)系統(tǒng)。
交流并網(wǎng)系統(tǒng)有以下的缺陷
1、對(duì)于負(fù)載電機(jī)控制器101’與被測(cè)電機(jī)控制器105’，均需要處理兩個(gè)方向的交流電，即當(dāng)電機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，要能夠從電網(wǎng)中獲取交流電并轉(zhuǎn)化成為電動(dòng)機(jī)所需的交流電；又要能夠把電機(jī)在發(fā)電運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的電轉(zhuǎn)化成與電網(wǎng)相匹配的交流電。而為了得到這樣的功能，通常電機(jī)控制器必須采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，為電機(jī)控制器(包括負(fù)載電機(jī)控制器101’和被測(cè)電機(jī)控制器105’)的對(duì)稱(chēng)式電路結(jié)構(gòu)示意圖。其包含依次電路連接的電源側(cè)逆變器單元1011’(或1051’)，直流母線(xiàn)1012’(或1052’)，電機(jī)側(cè)逆變器1013’(或1053’)。三相交流電源通過(guò)該電機(jī)控制器連接三相交流電機(jī)(包括負(fù)載電機(jī)102’和被測(cè)電機(jī)104’)。
在該測(cè)功機(jī)中，各電機(jī)需要采用兩套逆變器，體積變大，價(jià)格昂貴。
2、要將反相電能回饋給電網(wǎng)，必須滿(mǎn)足下列的條件即反饋給電網(wǎng)的交流電要與電網(wǎng)提供的交流電同頻率、同幅度、同相位，同時(shí)電流中的諧波分量必須少于一定的值，因此在測(cè)功機(jī)中必須使用具有濾波功能的交流并網(wǎng)保護(hù)裝置106’，使測(cè)功機(jī)中的電流通過(guò)它之后能濾除高次諧波，并與電網(wǎng)中的交流電保持同頻，同幅，同相。增加了電機(jī)控制器的控制難度和制造成本。
3、雖然交流并網(wǎng)保護(hù)裝置106’具有濾波功能，但它并不一定能將要反饋給電網(wǎng)的交流電中的高次諧波完全濾除，一部分沒(méi)有被濾除的諧波回到電網(wǎng)中，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一定程度上的污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種四象限電機(jī)測(cè)功機(jī)。其采用“直流并網(wǎng)”的技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本降低，體積變小，而供電效率提高，且不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的四象限電機(jī)測(cè)功機(jī)，其包含和三相電網(wǎng)電路連接的整流器，以及負(fù)載電機(jī)控制器，被測(cè)電機(jī)控制器；該整流器還分別電路連接和負(fù)載電機(jī)連接的負(fù)載電機(jī)控制器，以及和被測(cè)電機(jī)連接的被測(cè)電機(jī)控制器。
所述的負(fù)載電機(jī)控制器包含電路連接的第一直流母線(xiàn)和第一逆變器；所述的被測(cè)電機(jī)控制器包含電路連接的第二直流母線(xiàn)和第二逆變器；
所述的第一直流母線(xiàn)和第二直流母線(xiàn)合二為一；在該合二為一的直流母線(xiàn)上連接有儲(chǔ)能電容。
所述的整流器和三相電網(wǎng)之間，還連接有可調(diào)變壓器；所述的整流器包含若干電路連接的二極管；當(dāng)被測(cè)電機(jī)作正向(或反向)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，能量流向?yàn)橹绷髂妇€(xiàn)→被測(cè)電機(jī)控制器→被測(cè)電機(jī)→力矩傳感器→負(fù)載電機(jī)→負(fù)載電機(jī)控制器→直流母線(xiàn)；當(dāng)被測(cè)電機(jī)作正向(或反向)發(fā)電運(yùn)行時(shí)，能量流向與上述流向相反，為直流母線(xiàn)→負(fù)載電機(jī)控制器→負(fù)載電機(jī)→力矩傳感器→被測(cè)電機(jī)→被測(cè)電機(jī)控制器→直流母線(xiàn)。由于負(fù)載電機(jī)與被測(cè)電機(jī)共用一直流母線(xiàn)，能量流不再通過(guò)交流電網(wǎng)閉環(huán)，而是在直流母線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)“直流并網(wǎng)”。
因此，從能量守衡的角度來(lái)說(shuō)，交流電網(wǎng)只需要向測(cè)功機(jī)提供損耗的能量，而不需要接受測(cè)功機(jī)反饋的能量。由于整流器的額定功率僅為負(fù)載電機(jī)與被測(cè)電機(jī)額定功率總和的一小部分，一般為10％左右，而變壓器的額定功率也只為測(cè)功機(jī)總額定功率的一小部分，所以電機(jī)控制系統(tǒng)本身的效率η＝(1-整流器效率-變壓器效率)。一般可達(dá)到80％，甚至更高。
整流器包含若干電路連接的二極管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，容易實(shí)現(xiàn)。電機(jī)控制器(包含負(fù)載電機(jī)控制器和被測(cè)電機(jī)控制器)只包含了一個(gè)逆變器，節(jié)省了空間，并降低了成本；電網(wǎng)通過(guò)可調(diào)變壓器和整流器連接，由于在許多應(yīng)用中(如電動(dòng)汽車(chē))，電機(jī)控制器的直流母線(xiàn)電壓需要在一定范圍內(nèi)變動(dòng)。為了測(cè)量不同母線(xiàn)電壓下的情況，使用該變壓器。
為保證母線(xiàn)電壓的穩(wěn)定，以保證整個(gè)測(cè)功機(jī)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，在該2根合二為一的直流母線(xiàn)上連接儲(chǔ)能電容。
如上所述，通過(guò)本發(fā)明，能量直接在直流母線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，不會(huì)產(chǎn)生污染，節(jié)省了體積，在如電動(dòng)汽車(chē)等多種應(yīng)用場(chǎng)合中有著非常重要的作用。


圖1為背景技術(shù)中測(cè)功機(jī)的電路原理方框圖；圖2為四象限電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行區(qū)域示意圖；
圖3為背景技術(shù)中電機(jī)控制器的對(duì)稱(chēng)式電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明提供的測(cè)功機(jī)的電路原理方框圖；圖5為本發(fā)明提供的測(cè)功機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下根據(jù)圖4和圖5，說(shuō)明本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式。
如圖4所示，為本發(fā)明提供的測(cè)功機(jī)1的電路原理方框圖；其包含可調(diào)變壓器101，整流器102，負(fù)載電機(jī)控制器104，被測(cè)電機(jī)控制器105和儲(chǔ)能電容103。負(fù)載電機(jī)控制器104、被測(cè)電機(jī)控制器105分別電路連接負(fù)載電機(jī)106、被測(cè)電機(jī)108，且負(fù)載電機(jī)106、被測(cè)電機(jī)108之間還連接有力矩傳感器107。
如圖5所示，為本發(fā)明提供的測(cè)功機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。電網(wǎng)通過(guò)可調(diào)變壓器101，電路連接整流器102；負(fù)載電機(jī)控制器104包含電路連接的第一母線(xiàn)1041和第一逆變器1042；被測(cè)電機(jī)控制器105包含電路連接的第二母線(xiàn)1051和第二逆變器1052，而第一母線(xiàn)1041和第二母線(xiàn)1051合二為一，且在該母線(xiàn)上設(shè)有儲(chǔ)能電容103；負(fù)載電機(jī)106與被測(cè)電機(jī)108具備四象限運(yùn)行的功能。當(dāng)被測(cè)電機(jī)108作正向(或反向)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，能量流向?yàn)橹绷髂妇€(xiàn)1041(1051)→被測(cè)電機(jī)控制器的逆變器1052→被測(cè)電機(jī)108→力矩傳感器107→負(fù)載電機(jī)106→負(fù)載電機(jī)控制器的逆變器1042→直流母線(xiàn)1041(1051)；當(dāng)被測(cè)電機(jī)108作正向(或反向)發(fā)電運(yùn)行時(shí)，能量流向與上述流向相反，為直流母線(xiàn)1041(1051)→負(fù)載電機(jī)控制器的逆變器1042→負(fù)載電機(jī)106→力矩傳感器107→被測(cè)電機(jī)108→被測(cè)電機(jī)控制器1052→直流母線(xiàn)1041(1051)。由此可見(jiàn)，由于負(fù)載電機(jī)106與被測(cè)電機(jī)108共用一直流母線(xiàn)1041(1051)，能量流不再通過(guò)交流電網(wǎng)閉環(huán)，而是在直流母線(xiàn)1041(1051)上實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)“直流并網(wǎng)”。
因此，從能量守衡的角度來(lái)說(shuō)，交流電網(wǎng)只需要向測(cè)功機(jī)1提供整個(gè)系統(tǒng)所損耗的能量，而不需要接受測(cè)功機(jī)反饋的能量。由于整流器102的額定功率僅為負(fù)載電機(jī)106與被測(cè)電機(jī)108額定功率總和的一小部分，一般為10％左右，而可調(diào)變壓器101的額定功率也只為總額定功率的一小部分，所以電機(jī)控制系統(tǒng)本身的效率r＝(1-整流器效率-變壓器效率)。一般可達(dá)到80％，甚至更高。
整流器102只包含二極管這種電子元件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，容易實(shí)現(xiàn)。而負(fù)載電機(jī)控制器104和被測(cè)電機(jī)控制器105分別只包含一個(gè)逆變器，就可實(shí)現(xiàn)其功能，有效地降低了成本，節(jié)省了空間。由于在許多應(yīng)用中，電機(jī)控制器的直流母線(xiàn)電壓需要在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，可調(diào)變壓器101的使用，就可測(cè)量不同直流母線(xiàn)下的電壓情況。
另外，負(fù)載電機(jī)106與被測(cè)電機(jī)108是通過(guò)直流母線(xiàn)耦合的，測(cè)功機(jī)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與直流母線(xiàn)電壓的穩(wěn)定性密切相關(guān)。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又考慮到是可變直流電壓系統(tǒng)，可在直流母線(xiàn)1041(1051)上加上儲(chǔ)能電容103。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省了體積，降低了成本，不會(huì)產(chǎn)生污染，在如電動(dòng)汽車(chē)等多種應(yīng)用場(chǎng)合中有著非常重要的作用。
權(quán)利要求
1.一種四象限電機(jī)測(cè)功機(jī)，其包含負(fù)載電機(jī)控制器，被測(cè)電機(jī)控制器；特征在于，還包含一整流器，該整流器和三相電網(wǎng)電路連接；該整流器還分別電路連接和負(fù)載電機(jī)連接的負(fù)載電機(jī)控制器，以及和被測(cè)電機(jī)連接的被測(cè)電機(jī)控制器；負(fù)載電機(jī)控制器包含電路連接的第一直流母線(xiàn)和第一逆變器；被測(cè)電機(jī)控制器包含電路連接的第二直流母線(xiàn)和第二逆變器；第一直流母線(xiàn)和第二直流母線(xiàn)合二為一。
2.如權(quán)利要求1所述的四象限電機(jī)測(cè)功機(jī)，其特征在于，在該合二為一的直流母線(xiàn)上連接有儲(chǔ)能電容。
3.如權(quán)利要求1或2所述的四象限電機(jī)測(cè)功機(jī)，其特征在于，所述的整流器和三相電網(wǎng)之間，還連接有可調(diào)變壓器。
4.如權(quán)利要求1或2所述的四象限電機(jī)測(cè)功機(jī)，其特征在于，所述的整流器包含若干電路連接的二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種四象限電機(jī)測(cè)功機(jī)。其包含和三相電網(wǎng)電路連接的整流器，以及負(fù)載電機(jī)控制器，被測(cè)電機(jī)控制器；該整流器分別電路連接和負(fù)載電機(jī)連接的負(fù)載電機(jī)控制器，以及和被測(cè)電機(jī)連接的被測(cè)電機(jī)控制器。負(fù)載電機(jī)控制器包含電路連接的第一直流母線(xiàn)和第一逆變器；被測(cè)電機(jī)控制器包含電路連接的第二直流母線(xiàn)和第二逆變器；第一直流母線(xiàn)和第二直流母線(xiàn)合二為一；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本降低，體積變小，而供電效率提高，且不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染。
文檔編號(hào)G01R31/34GK1564010SQ20041001715
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月24日
發(fā)明者徐性怡, 甄力 申請(qǐng)人:上海鮑麥克斯電子科技有限公司