[发明专利]一种用于叠频试验的叠频抑波装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种交流异步电机进行叠频实验时采用的叠频抑波装置及方法。

背景技术

叠频试验是进行交流异步电机热试验的一种简单经济的方法。叠频试验的原理就是使交流异步电机在空载的状态下不断地在加速和减速间转换。试验时设法使交流异步电机的同步转速时快时慢，电机转子为了跟踪同步转速就需要更大的力矩去克服惯性。因此大大增加了电机的空载电流，通过调整加减速的快慢和频率就可以使电机的空载电流达到额定电流的大小，从而考核电机在额定电流时的温升状况完成电机的热试验。由于叠频试验时，电机没有轴功率输出，所以试验需要的输入功率远小于电机的额定功率，十分适合大功率交流异步电机的热试验，可以节约大量电能。

随着技术的进步，叠频试验现在大多通过变频电源完成。如图1所示，其中显示了对异步电机进行叠频试验的系统。其中包括专用变频电源，该电源具有整流电路102，并联于电网101上，用于将电网101上的交流电能转换为直流电能。在整流电路102的输出两端，即直流电源的正负两极上并联有支撑电容C，其用于稳定直流母线上的波动。由于，在电机叠频试验时，测试电机104频繁地在电动和发电的状态下转换，直流母线上的波动较普通的变频电源上的波动大，因此叠频试验中的支撑电容C的容量要比普通的变频电源上电容的容量大很多。

当交流异步电机104工作在电动工况时，向直流母线索取能量造成直流母线电压下降；当交流异步电机104工作在发电工况时，向直流母线回馈能量造成直流母线电压上升。叠频功率越大，母线波动就越大，母线波动过大会使得整流元件或逆变元件过压损坏，并且影响叠频试验的输出精度和稳定。

目前，为了降低叠频试验时母线上的波动，常用的方法有以下三种：

（1）增大直流母线支撑电容C的容量。使得直流母线存储和释放电荷的能力提高，必然也就降低了直流母线电压波动的大小。但是由于叠频试验时电机在快速的吸收和回馈能量，需要巨大容量的电容才能保证直流母线电压波动在正常范围，这样做的成本十分巨大，一般无法承受。

（2）电阻耗能法。通过快速电子开关控制电阻在直流母线两端的投入，当直流母线电压过高时，投入电阻消耗回馈能量降低母线电压，当直流母线下降到一定程度时切除电阻。该方法可以降低直流母线支撑电容的容量，但是只能限制直流母线的最高值，无法降低母线的波动，而且电阻需要耗能发热，会增大试验损耗。

（3）逆变回馈法。电阻耗能法是把回馈的能量白白消耗掉，我们也可以把它回馈到电网就产生了逆变回馈法。在直流母线和输入电网直接连接一个逆变器，可以把直流母线上的能量通过逆变回馈到输入电网上。这样减小了试验损耗提高了系统效率。但是逆变器结构复杂、成本较高，关键是和电阻耗能法一样只能削峰而无法填谷，因此，也不能有效的减小直流母线波动。

发明内容

本发明针对现有技术中进行叠频试验时，没有简单的可有效减小直流母线上的波动的装置的缺点，提出了一种结构简单、无耗能器件的叠频抑波装置，所述叠频抑波装置包括：

支撑电容，其并联在直流母线两端，用于保证直流母线上的电压稳定；

升/降压斩波电路，其连接在所述支撑电容两端，用于当所述支撑电容上的电压过低或过高时升高或降低所述支撑电容上的电压；

控制器，其输入连接在支撑电容上，以检测所述支撑电容上的电压，输出连接在所述升/降压斩波电路的控制端上，当所述电压超过预设的第一阈值时，发出控制信号使得所述升/降压斩波电路工作在降压斩波状态，当所述电压低于预设的第二阈值时，发出控制信号使得所述升/降压斩波电路工作在升压斩波状态，

其中，所述升/降压斩波电路包括第一和第二开关元件以及电感元件，所述第一开关元件与所述第二开关元件串联在直流母线两端，串联的节点与所述电感元件的一端相连，所述电感元件的另一端与直流母线的负极之间并联储能电容。

根据本发明的一个实施例，所述控制器的输出端分别连接到所述第一开关元件与所述第二开关元件的控制端以根据所检测的电压控制所述第一开关元件与所述第二开关元件交替处于关断状态或者脉宽调制PWM状态。

根据本发明的一个实施例，通过控制脉宽调制PWM的占空比来控制对所述储能电容的充放电时间。

根据本发明的一个实施例，所述第一开关元件和第二开关元件为绝缘栅双极型晶体管IGBT元件。