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专利名称：一种交流电机温升试验装置和方法
技术领域：
本发明涉及温升试验领域，特别是涉及一种交流电机温升试验装置和方法。
背景技术：
传统的交流电机温升试验主要采用直接负载法和等效负载法。直接负载法需要一台同样规格的电机或者测功机作为负载，使被试电机运行在额定功率或铭牌电流、电压和额定转速下进行试验。在试验设备和试验条件允许的情况下，采用直接负载法进行电机的温升试验是比较准确的方法。但由于大功率交流电机的单台容量迅速增加，而电机试验站的设备条件往往跟不上形势的发展和需要，以及无法满足特殊结构的电机对温升试验的要 求，用直接负载进行温升试验时会有困难，这种情况往往采用等效负载法进行温升试验。等效负载法包括降电压负载法、降电流负载法以及定子叠频法，其中，降电压负载法和降电流负载法都需要被试电机与陪试电机进行机械联接，而使用定子叠频法不需要进行机械联接，因此应用比较广泛。定子叠频法的主电源和副电源均为发电机。副电源发电机的额定电流应不小于被试电机的额定电流，电压等级应与被试电机相同。采用定子叠频法时，施于被试电机绕组的主、副电源的相序应相同。试验时,首先由主电源启动被试电机,使其在额定频率、额定电压下空载运行。随后，启动副电源机组，将其转速调节到对应于叠频频率的转速值。例如对额定频率为50Hz的电机，叠频频率应在38Hz-42Hz范围内选择。然后，将副电源发电机投入励磁，调节励磁电流，使被试电机的定子电流达到满载电流值。在加载过程中，要随时调节主电源电压，使被试电机的端电压保持额定值，并同时保持频率f2不变。这种试验方法需要有配对的电机组，而且试验系统较为复杂。

发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种交流电机温升试验装置。以简化试验系统，提闻试验效率。本发明实施例公开了如下技术方案—种交流电机温升试验装置，包括电源、三电平变流器、三电平信号控制单元和输出滤波器，其中，所述电源的输出端与所述三电平变流器的电源输入端相连，用于输出电能；所述三电平信号控制单元包括第一正弦波发生器、第二正弦波发生器、第一叠加器、三角波发生器、第二叠加器和三电平脉冲宽度调制PWM信号发生器，所述第一正弦波发生器和第二正弦波发生器的输出端分别与第一叠加器的输入端相连，第一叠加器的输出端和三角波发生器的输出端分别与第二叠加器的输入端相连，第二叠加器的输出端与三电平PWM信号发生器的输入端相连,三电平PWM信号发生器的输出端与三电平变流器的信号输入端相连；所述第一正弦波发生器，用于输出一个频率为被试电机的额定频率、幅值为被试电机的额定电压的第一正弦波信号；所述第二正弦波发生器，用于输出一个频率为被试电机的叠频频率、幅值为被试电机的叠频电压的第二正弦波信号；所述第一叠加器，用于将所述第一正弦波信号和第二正弦波信号相加，得到一个频率和幅值变化的脉动信号；
所述三角波发生器，用于发送三角波信号；所述第二叠加器，用于使用所述三角波信号对所述脉动信号进行PWM处理，得到PWM信号；三电平PWM信号发生器，用于将所述PWM信号转换成三电平PWM信号；所述三电平变流器的输出端与所述输出滤波器的输入端相连，用于在所述三电平PWM信号控制下,输出成分为一个频率为被试电机的额定频率、幅值为被试电机的额定电压和另一个频率为被试电机的叠频频率、幅值为被试电机叠频电压的两个正弦交流电压相叠加的脉流电压，并将电源输出的电能转化为交流电；所述输出滤波器的输出端与被试电机相连，用于对所述脉流电压进行谐波过滤，将谐波过滤后的脉流电压输出给被试电机。优选的，如果电源输出直流电，则所述三电平变流器包括直流滤波电容和三电平PWM逆变器，所述直流滤波电容的一端与所述电源的输出端相连，另一端与所述三电平PWM逆变器的电源输入端相连，用于对所述电源输出的直流电进行谐波过滤，并支撑直流电压；所述三电平PWM逆变器的信号输入端与所述三电平PWM信号发生器的输出端相连，用于将所述谐波过滤后的直流电转换成交流电，并在所述三电平PWM信号控制下，输出成分为一个频率为被试电机的额定频率、幅值为被试电机的额定电压和另一个频率为被试电机的叠频频率、幅值为被试电机叠频电压的两个正弦交流电压相叠加的脉流电压。优选的，如果电源输出端输出交流电，则所述三电平变流器包括三电平PWM整流器、直流滤波电容和三电平PWM逆变器，所述三电平PWM整流器的输入端与所述电源输出端相连，用于将所述电源输出的交流电转换为直流电；所述直流滤波电容的一端与所述三电平PWM整流器的输出端相连，另一端与所述三电平PWM逆变器的电源输入端相连，用于对所述三电平PWM整流器输出的直流电进行谐波过滤，并支撑直流电压；所述三电平PWM逆变器的信号输入端与所述三电平PWM信号发生器的输出端相连，用于将所述谐波过滤后的直流电转换成交流电，并在所述三电平PWM信号控制下，输出成分为一个频率为被试电机的额定频率、幅值为被试电机的额定电压和另一个频率为被试电机的叠频频率、幅值为被试电机叠频电压的两个正弦交流电压相叠加的脉流电压。优选的，还包括输入滤波器，所述输入滤波器的输入端与所述电源输出端相连，输出端与所述三电平PWM整流器的输入端相连，用于对所述电源输出的交流电进行谐波过滤，则所述三电平PWM整流器，用于将所述输入滤波器输出的谐波过滤后的交流电转换为直流电。
由上述实施例可以看出，通过对三电平PWM变流器在交流电机温升试验系统中应用，省去了配对电机组，从而大大的简化试验系统，提高试验效率。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明一种交流电机温升试验装置的一个系统结构图；图2为本发明一种交流电机温升试验装置的另一个系统结构图；图3为本发明一种交流电机温升试验装置的另一个系统结构图； 图4为本发明一种交流电机温升试验装置的另一个系统结构图。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种交流电机温升试验装置。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。实施例一请参阅图1，其为本发明一种交流电机温升试验装置的一个系统结构图，该装置包括电源10、三电平变流器11、三电平信号控制单元12和输出滤波器13 所述电源10的输出端与所述三电平变流器11的电源输入端相连，用于输出电倉泛;所述三电平信号控制单元12包括第一正弦波发生器121、第二正弦波发生器122、第一叠加器123、三角波发生器124、第二叠加器125和三电平脉冲宽度调制PWM信号发生器126，所述第一正弦波发生器121和第二正弦波发生器122的输出端分别与第一叠加器123的输入端相连,第一叠加器123的输出端和三角波发生器124的输出端分别与第二叠加器125的输入端相连,第二叠加器125的输出端与三电平PWM信号发生器126的输入端相连，三电平PWM信号发生器129的输出端与三电平变流器11的信号输入端相连；所述第一正弦波发生器121，用于输出一个频率为被试电机的额定频率、幅值为被试电机的额定电压的第一正弦波信号；所述第二正弦波发生器122，用于输出一个频率为被试电机的叠频频率、幅值为被试电机的叠频电压的第二正弦波信号；需要进一步说明的是，第二正弦波信号的频率是被试电机的叠频频率，其大小小于被试电机的额定频率，数值一般被设定为被试电机额定频率的80%左右，其作用是使被试电机在额定频率附近工作。例如，被试电机的额定频率为50Hz，被试电机的叠频频率为38Hz-42Hz。第二正弦波信号的幅值为被试电机的叠频电压，其大小可根据试验状况进行调节，通过调节第二正弦波信号的幅值能改变被试电机的工作电流，通过对第二正弦波信号的幅值的合理调节，使得被试电机在额定电流下工作，从而对被试电机进行温升试验。所述第一叠加器123，用于将所述第一正弦波信号和第二正弦波信号相加，得到一个频率和幅值变化的脉动信号；需要进一步说明的是，所述脉动信号成分为第一正弦波信号和第二正弦波信号相叠加的混合正弦波信号。所述三角波发生器124，用于发送三角波信号；所述第二叠加器125，用于使用所述三角波信号对所述脉动信号进行PWM处理，得到PWM信号；三电平PWM信号发生器126，用于将所述PWM信号转换成三电平PWM信号；所述三电平变流器11的输出端与所述输出滤波器13的输入端相连，用于在所述三电平PWM信号控制下,输出成分为一个频率为被试电机的额定频率、幅值为被试电机的额定电压和另一个频率为被试电机的叠频频率、幅值为被试电机叠频电压的两个正弦交流电压相叠加的脉流电压，并将电源输出的电能转化为交流电； 所述输出滤波器13的输出端与被试电机相连，用于对所述脉流电压进行谐波过滤，将谐波过滤后的脉流电压输出给被试电机。由上述实施例可以看出，通过对三电平PWM变流器在交流电机温升试验系统中应用，省去了配对电机组，从而大大的简化试验系统，提高试验效率。实施例二请参阅图2，其为本发明一种交流电机温升试验装置的另一个系统结构图。包括电源20、三电平变流器21、三电平信号控制单元22和输出滤波器23，相对于实施例一，所述电源20输出的为直流电。则所述三电平变流器21进一步包括直流滤波电容211和三电平PWM逆变器212，所述直流滤波电容211的一端与所述电源20的输出端相连，另一端与所述三电平PWM逆变器212的电源输入端相连，用于对所述电源20输出的直流电进行谐波过滤，并支撑直流电压；所述三电平PWM逆变器212的信号输入端与所述三电平PWM信号发生器226的输出端相连，用于将所述谐波过滤后的直流电转换成交流电，并在所述三电平PWM信号控制下，输出成分为一个频率为被试电机的额定频率、幅值为被试电机的额定电压和另一个频率为被试电机的叠频频率、幅值为被试电机叠频电压的两个正弦交流电压相叠加的脉流电压。实施例三请参阅图3，其为本发明一种交流电机温升试验装置的另一个系统结构图。包括电源30、三电平变流器31、三电平信号控制单元32和输出滤波器33，相对于实施例一，所述电源30输出的为交流电。则所述三电平变流器31进一步包括三电平PWM整流器311、直流滤波电容312和三电平PWM逆变器313，所述三电平PWM整流器311的输入端与所述电源输出端相连，用于将所述电源输出的交流电转换为直流电；所述直流滤波电容312的一端与所述三电平PWM整流器311的输出端相连，另一端与所述三电平PWM逆变器313的电源输入端相连，用于对所述三电平PWM整流器311输出的直流电进行谐波过滤，并支撑直流电压；所述三电平PWM逆变器313的信号输入端与所述三电平PWM信号发生器326的输出端相连，用于将所述谐波过滤后的直流电转换成交流电，并在所述三电平PWM信号控制下，输出成分为一个频率为被试电机的额定频率、幅值为被试电机的额定电压和另一个频率为被试电机的叠频频率、幅值为被试电机叠频电压的两个正弦交流电压相叠加的脉流电压。优选的，请参阅图4，其为本发明一种交流电机温升试验装置的另一个系统结构图，如图4所示，试验装置还包括输入滤波器34，所述输入滤波器34的输入端与所述电源30输出端相连，输出端与所述三电平PWM整流器311的输入端相连，用于对所述电源30输出的交流电进行谐波过滤，则所述三电平PWM整流器311，用于将所述输入滤波器输出的谐波过滤后的交流电转换为直流电。由实施例二和实施例三可以看出，三电平PWM变流器可以在交流电或直流电的工作环境下正常工作，并省去了配对电机组，从而大大的简化试验系统，提高试验效率。 需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory, ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory, RAM)等。以上对本发明所提供的一种交流电机温升试验装置进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的装置，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.ー种交流电机温升试验装置，其特征为，包括电源、三电平变流器、三电平信号控制単元和输出滤波器，其中， 所述电源的输出端与所述三电平变流器的电源输入端相连，用于输出电能； 所述三电平信号控制单元包括第一正弦波发生器、第二正弦波发生器、第一叠加器、三角波发生器、第二叠加器和三电平脉冲宽度调制PWM信号发生器，所述第一正弦波发生器和第二正弦波发生器的输出端分别与第一叠加器的输入端相连,第一叠加器的输出端和三角波发生器的输出端分别与第二叠加器的输入端相连，第二叠加器的输出端与三电平PWM信号发生器的输入端相连，三电平PWM信号发生器的输出端与三电平变流器的信号输入端相连； 所述第一正弦波发生器，用于输出一个频率为被试电机的额定频率、幅值为被试电机的额定电压的第一正弦波信号； 所述第二正弦波发生器，用于输出一个频率为被试电机的叠频频率、幅值为被试电机 的叠频电压的第二正弦波信号； 所述第一叠加器，用于将所述第一正弦波信号和第二正弦波信号相加，得到一个频率和幅值变化的脉动信号； 所述三角波发生器，用于发送三角波信号； 所述第二叠加器，用于使用所述三角波信号对所述脉动信号进行PWM处理，得到PWM信号; 三电平PWM信号发生器，用于将所述PWM信号转换成三电平PWM信号； 所述三电平变流器的输出端与所述输出滤波器的输入端相连，用于在所述三电平PWM信号控制下，输出成分为ー个频率为被试电机的额定频率、幅值为被试电机的额定电压和另ー个频率为被试电机的叠频频率、幅值为被试电机叠频电压的两个正弦交流电压相叠加的脉流电压，并将电源输出的电能转化为交流电； 所述输出滤波器的输出端与被试电机相连，用于对所述脉流电压进行谐波过滤，将谐波过滤后的脉流电压输出给被试电机。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征为，如果电源输出直流电，则所述三电平变流器包括直流滤波电容和三电平PWM逆变器， 所述直流滤波电容的一端与所述电源的输出端相连，另一端与所述三电平PWM逆变器的电源输入端相连，用于对所述电源输出的直流电进行谐波过滤，并支撑直流电压； 所述三电平PWM逆变器的信号输入端与所述三电平PWM信号发生器的输出端相连，用于将所述谐波过滤后的直流电转换成交流电，并在所述三电平PWM信号控制下，输出成分为ー个频率为被试电机的额定频率、幅值为被试电机的额定电压和另ー个频率为被试电机的叠频频率、幅值为被试电机叠频电压的两个正弦交流电压相叠加的脉流电压。
3.根据权利要求I所述的装置，其特征为，如果电源输出端输出交流电，则所述三电平变流器包括三电平PWM整流器、直流滤波电容和三电平PWM逆变器， 所述三电平PWM整流器的输入端与所述电源输出端相连，用于将所述电源输出的交流电转换为直流电； 所述直流滤波电容的一端与所述三电平PWM整流器的输出端相连，另一端与所述三电平PWM逆变器的电源输入端相连，用于对所述三电平PWM整流器输出的直流电进行谐波过滤，并支撑直流电压； 所述三电平PWM逆变器的信号输入端与所述三电平PWM信号发生器的输出端相连，用于将所述谐波过滤后的直流电转换成交流电，并在所述三电平PWM信号控制下，输出成分为ー个频率为被试电机的额定频率、幅值为被试电机的额定电压和另ー个频率为被试电机的叠频频率、幅值为被试电机叠频电压的两个正弦交流电压相叠加的脉流电压。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征为，还包括输入滤波器， 所述输入滤波器的输入端与所述电源输出端相连，输出端与所述三电平P·WM整流器的输入端相连，用于对所述电源输出的交流电进行谐波过滤， 则所述三电平PWM整流器，用于将所述输入滤波器输出的谐波过滤后的交流电转换为直流电。
全文摘要
本发明实施例公开了一种交流电机温升试验装置，包括电源、三电平变流器、三电平信号控制单元和输出滤波器，其中，所述电源用于输出电能；所述三电平信号控制单元，用于输出三电平PWM信号；所述三电平变流器，用于在所述三电平PWM信号控制下，输出成分为一个频率为被试电机的额定频率、幅值为被试电机的额定电压和另一个频率为被试电机的叠频频率、幅值为被试电机叠频电压的正弦交流电压相叠加的脉流电压；所述输出滤波器的输出端与被试电机相连，用于对所述脉流电压进行谐波过滤，将谐波过滤后的脉流电压输出给被试电机，通过对三电平PWM变流器在交流电机温升试验系统中应用，省去了配对电机组，从而大大的简化试验系统，提高试验效率。
文档编号G01R31/34GK102854466SQ201210334718
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者尚敬, 甘韦韦, 杨大成, 梅文庆, 江平, 周志宇, 陈涛 申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司