CN211627761U - 一种高速永磁同步电机加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速永磁同步电机加载装置，包括整流模块、升压变换模块、逆变模块、滤波柜、斩波模块、控制盒、负载电阻，整流模块输入端与高速永磁同步电机相连，整流模块输出端与升压变换模块的输入端、斩波模块的输入端相连，斩波模块的输出端与负载电阻相连，升压变换模块的输出、逆变模块、滤波柜、交流电网依次相连，控制盒分别与斩波模块、升压变换模块、逆变模块相连。本实用新型包括斩波模块与升压逆变模块，将电阻斩波加载与升压逆变回馈加载相结合，既能满足高速电机低转速低输出电压工作段时的加载需求，又能满足高速电机中高转速中高频工作段时的加载需求，两种状态自动切换，实现平稳过渡及功率的精准控制。

Description

一种高速永磁同步电机加载装置

技术领域

本实用新型涉及高速电机相关设备技术领域，尤其是一种高速永磁同步电机加载装置。

背景技术

目前随着技术的发展，高速电机(转速不低于10000rmp)越来越广泛应用于航空航天、舰船、新能源汽车、机器人、空压机、压缩机、制冷、污水处理、余热回收等行业。为了获取高速电机的设计性能，如何对一台高速永磁同步电机(包括发电机和电动机)进行加载测试显得尤为重要。常用的电机加载方法主要分为电阻耗能型、四象限回馈型、变压回馈型和升压回馈型。电阻耗能型是将电机发出的电通过电阻的方式进行消耗，其主要缺点是电能被电阻以发热的形式白白消耗掉，不节能也不环保，尤其当大功率机组做长耗时寿命实验时，其能耗产生的用电费用不容小觑。四象限回馈型是通过变频器与逆变器将电机发出的电能回馈至交流电网，其中变频器可以实现对电机的转矩控制，控制性能较为优越，但是高速电机的输出频率往往高达上千赫兹，这对变频器的控制性能提出了非常严苛的要求，目前市面上能满足如此高速的通用产品少之又少，仅有的产品不仅价格昂贵、控制性能如何也不得而知。变压回馈型是通过逆变器与升压变压器将电能回馈至交流电网，但是该方案所能适应的电机输出电压范围有限。升压回馈型是通过升压变换与逆变回馈将电能回馈至交流电网，由于升压变换的电压变比有限，因此该方案不能完全覆盖电机整个运行频率范围，尤其在低速低压发电状态时显得异常被动。

因此，亟需一种装置，要求其方案成熟、稳定可靠、技术风险低、便于推广应用，既能满足高速电机的全频率输出范围，又能满足高速电机的全电压输出范围，实现对高速电机的加载控制，同时加载方式节能环保，设备的体积和成本均在合理接受范围内。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高速永磁同步电机加载装置，结构简单、功能全面。

本实用新型的技术方案为：一种高速永磁同步电机加载装置，包括高速电机、整流模块、斩波模块、控制盒、负载电阻、升压变换模块、逆变模块、滤波柜、交流网，所述高速永磁同步电机输出端与整流模块输入端相连，所述整流模块输出端分别与斩波模块输入端、升压变换模块输入端相连，其中所述斩波模块输出端与负载电阻输入端相连，其中所述升压变换模块输出端与逆变模块输入端相连，所述逆变模块输出端与滤波柜输入端相连，所述滤波柜输出端与交流电网相连，所述控制盒的输入输出端分别与所述斩波模块、升压变换模块、逆变模块的输入输出端相连。

优选地，所述整流模块采用由第一至第六二极管构成的三相整流桥，三相整流桥具有正输出端和负输出端。

优选地，所述斩波模块包括第一电容、第七二极管、第一IGBT管，其中第一电容的一端、第一IGBT管的漏极连接在一起作为斩波模块的输入端并连接三相整流桥的正输出端，第一IGBT管的源极作为斩波模块的输出端并连接第七二极管的负极、负载电阻的一端，第七二极管的正极、负载电阻的另一端、第一电容的另一端、接三相整流桥的负输出端，第一IGBT管的栅极接控制盒。

优选地，所述升压变换模块包括第二电容、第八二极管、第一电感、第二IGBT管，其中第二电容的一端、第一电感的一端连接在一起作为升压变换模块的输入端并接至三相整流桥的正输出端，第二电容的另一端、第二IGBT管的源极接三相整流桥的负输出端，第二IGBT管的漏极接第一电感的另一端、第八二极管的正极，第八二极管的负极作为升压变换模块的输出端，第二IGBT管的栅极接控制盒。

优选地，还包括人机交互接口，人机交互接口与控制盒相互连接。

优选地，所述控制盒采用通用型控制芯片DSP。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型提供的一种高速永磁同步电机加载装置，包括斩波模块与升压逆变模块，将电阻斩波加载与升压逆变回馈加载相结合，在充分考虑设备体积、成本、技术可行性、节能环保、便于推广等一系列因素的制约下，既能满足高速电机低转速低输出电压工作段时的加载需求，又能满足高速电机中高转速中高频工作段时的加载需求，两种状态自动切换，实现平稳过渡及功率的精准控制；斩波模块还能充当泄放回路，防止电机飞车时产生高压损坏设备，故而提高了装置的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型的整体电路图。

图3为图1中整流模块的电路图。

图4为图1中斩波模块的电路图。

图5为图1中升压变换模块的电路图。

图6为图1中逆变模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。

如图1、图2所示，一种高速永磁同步电机加载装置，包括高速永磁同步电机M、整流模块1、斩波模块2、控制盒、负载电阻3、升压变换模块4、逆变模块5、滤波柜6、交流网。高速永磁同步电机M输出端与整流模块1输入端相连，整流模块1输出端分别与斩波模块2输入端、升压变换模块4输入端相连，其中斩波模块2输出端与负载电阻3输入端相连，其中升压变换模块4输出端与逆变模块5输入端相连，逆变模块5输出端与滤波柜6输入端相连，滤波柜6输出端与交流电网相连，而控制盒的输入输出端分别与斩波模块2、升压变换模块4、逆变模块5的输入输出端相连。本控制盒采用通用型控制芯片DSP。

如图3所示，整流模块1采用由第一至第六二极管VT11-VT16构成的三相整流桥，三相整流桥具有正输出端和负输出端，充分满足高频输入的特殊工况。

如图4所示，斩波模块2包括第一电容C21、第七二极管VD21、第一IGBT管VT21，其中第一电容C21的一端、第一IGBT管VT21的漏极连接在一起作为斩波模块2的输入端并连接三相整流桥的正输出端，第一IGBT管VT21的源极作为斩波模块2的输出端并连接第七二极管VD21的负极、负载电阻3的一端，第七二极管VD21的正极、负载电阻3的另一端、第一电容C21的另一端、接三相整流桥的负输出端，第一IGBT管VT21的栅极接控制盒。

当高速电机处于低速低输出电压工作段时，由于输出电压较低，故采用电阻消耗的方式实现加载；当电机飞车产生高压时，斩波模块亦能充当泄放回路，瞬时消耗掉多余能量，保护设备安全。

如图5所示，升压变换模块4包括第二电容C31、第八二极管VD31、第一电感L31、第二IGBT管VT31，其中第二电容C31的一端、第一电感L31的一端连接在一起作为升压变换模块4的输入端并接至三相整流桥的正输出端，第二电容C31的另一端、第二IGBT管VT31的源极接三相整流桥的负输出端，第二IGBT管VT31的漏极接第一电感L31的另一端、第八二极管VD31的正极，第八二极管VD31的负极作为升压变换模块4的输出端，第二IGBT管VT31的栅极接控制盒。

升压变换模块4作为Boost升压电路，当高速电机处于中高频工作段时投入工作，对升压变换模块4进行直流电流控制即可实现升压逆变回馈加载的功率控制。

如图6所示，逆变模块5实现升压逆变回馈加载模式下的恒压控制，充分保持该回路下直流母线电压的稳定。

斩波模块2与升压变换模块4、逆变模块5处于分段工作模式，当电机工作于低转速低电压状态时，斩波模块2投入工作；当电机工作于中高转速中高频状态时，升压变换模块4与逆变模块5投入工作，两种状态自动切换，实现平稳过渡。

本实用新型的工作原理为：控制盒根据检测到的反馈信号(可以从斩波模块或者升压变压模块处获取)判断电机所处的工作状态，当检测到整流模块1输出端的直流电压较低时，控制盒向斩波模块2发出工作信号指令，斩波模块2根据指令完成电机相应输出功率的吸收，同时启动逆变模块5，为电机升速做好准备；当电机转速升高，输出频率增大，对应的输出电压升高时，控制盒向升压变换模块4发出工作指令，加载方式由电阻斩波加载切换至升压逆变回馈加载；当转速降低，输出电压回落时，加载方式又由升压逆变回馈加载切换至电阻斩波加载，为了避免两种加载模式下的频繁切换，切换区间做叠带处理，为了避免切换时产生功率跳变，切换过程线性处理；当检测到直流电压高于正常工作范围时，控制盒认为电机处于飞车失控状态，此时会立即启动斩波模块2，协助系统瞬时消耗掉多余的能量，保护设备的安全。HMI则与控制盒进行数据交互，实现数据传递、显示与记录功能。

上述的实施例仅为本实用新型的优选实施例，不能以此来限定本实用新型的权利范围，因此，依本实用新型申请专利范围所作的修改、等同变化、改进等，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种高速永磁同步电机加载装置，其特征在于：包括高速电机、整流模块、斩波模块、控制盒、负载电阻、升压变换模块、逆变模块、滤波柜、交流网，所述高速永磁同步电机输出端与整流模块输入端相连，所述整流模块输出端分别与斩波模块输入端、升压变换模块输入端相连，其中所述斩波模块输出端与负载电阻输入端相连，其中所述升压变换模块输出端与逆变模块输入端相连，所述逆变模块输出端与滤波柜输入端相连，所述滤波柜输出端与交流电网相连，所述控制盒的输入输出端分别与所述斩波模块、升压变换模块、逆变模块的输入输出端相连。

2.根据权利要求1所述的一种高速永磁同步电机加载装置，其特征在于：所述整流模块采用由第一至第六二极管构成的三相整流桥，三相整流桥具有正输出端和负输出端。

3.根据权利要求1所述的一种高速永磁同步电机加载装置，其特征在于：所述斩波模块包括第一电容、第七二极管、第一IGBT管，其中第一电容的一端、第一IGBT管的漏极连接在一起作为斩波模块的输入端并连接三相整流桥的正输出端，第一IGBT管的源极作为斩波模块的输出端并连接第七二极管的负极、负载电阻的一端，第七二极管的正极、负载电阻的另一端、第一电容的另一端、接三相整流桥的负输出端，第一IGBT管的栅极接控制盒。

4.根据权利要求1所述的一种高速永磁同步电机加载装置，其特征在于：所述升压变换模块包括第二电容、第八二极管、第一电感、第二IGBT管，其中第二电容的一端、第一电感的一端连接在一起作为升压变换模块的输入端并接至三相整流桥的正输出端，第二电容的另一端、第二IGBT管的源极接三相整流桥的负输出端，第二IGBT管的漏极接第一电感的另一端、第八二极管的正极，第八二极管的负极作为升压变换模块的输出端，第二IGBT管的栅极接控制盒。

5.根据权利要求1所述的一种高速永磁同步电机加载装置，其特征在于：还包括人机交互接口，人机交互接口与控制盒相互连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高速永磁同步电机加载装置，其特征在于：所述控制盒采用通用型控制芯片DSP。

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