一种直流测功加载系统

1.一种直流测功加载系统，其特征在于：它包括待测设备、直流电机、转速转矩传感器、负载计算单元、半桥DC/DC变换器、电池组、电子负载、电流传感器和DC/DC控制器；由所述直流电机、电池组和电子负载构成所述直流测功加载系统主电路；
所述待测设备与所述直流电机同轴连接，在连接轴上安装所述转速转矩传感器，所述转速转矩传感器将检测到的转速和转矩信号传输至所述负载计算单元内，由所述负载计算单元得到加载电流的需求值；所述直流电机输出端阴极连接所述半桥DC/DC变换器输入端阴极；所述直流电机输出端阳极经所述电池组连接所述半桥DC/DC变换器输入端阳极，所述半桥DC/DC变换器输出端连接所述电子负载；所述直流电机输出端阳极与所述电池组阴极之间安装所述电流传感器，所述电流传感器将测量到的所述直流电机与所述电池组之间的电流值传输至所述DC/DC控制器；所述负载计算单元将电流需求值也传输至所述DC/DC控制器，所述DC/DC控制器根据电流需求值和实际测量得到的电流值，控制所述半桥DC/DC变换器工作；
所述DC/DC控制器对所述半桥DC/DC变换器实现电流跟随的控制方法如下：所述DC/DC控制器根据所述负载计算单元传输至的加载电流需求值与由所述电流传感器采集到的实际主电路电流值的差值大小，调节所输出的PWM控制信号，所述半桥DC/DC变换器响应PWM控制信号对主电路进行直流斩波实现需求电流的跟随，主电路电能通过所述半桥DC/DC变换器后消耗或储存在所述电子负载上。
2.如权利要求1所述的一种直流测功加载系统，其特征在于：所述电子负载采用无源阻性负载，所述半桥DC/DC变换器采用buck降压电路。
3.如权利要求1所述的一种直流测功加载系统，其特征在于：所述电子负载采用有源负载，所述半桥DC/DC变换器采用boost升压电路。
4.如权利要求3所述的一种直流测功加载系统，其特征在于：所述电子负载采用超级电容或蓄电池。

一种直流测功加载系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种测功系统，特别是关于一种在台架测试起步工况动力系统性能测试时对低速发电状态大负载力矩的直流测功加载系统。\n背景技术\n[0002] 测功系统可以作为待测机构的加载和测试设备，是工业测试领域较为核心的设备。直流测功机的历史悠久，通过调整电磁感应电流和主电路电流，能够以任意速度或转矩进行运转。直流测功机与其他测功机相比，具有转矩变动小，响应性良好等特点，因此在汽车底盘、发动机、电机、齿轮箱、变速箱等机构的性能测试中有着广泛的应用。\n[0003] 当汽车处于起步加速时，其动力系统需要克服路面阻力等消耗提供车身质量的加速运动，即动力系统承受的负载为路面阻力和车身加速惯性力之和，由于车身质量较大，加速惯性力比较大，汽车动力系统在起步低速条件下承担了较大的负载。在台架测试起步工况动力系统性能时，测功系统就需要能够在低速条件下提供足够的阻力模拟动力系统的负载。而直流测功系统的核心部件是直流电机，当直流电机处于低速发电状态时，受转速限制电枢电压低，主电路电流不大，能提供的电磁转矩较小。当采用全桥驱动电路控制电机时，可以利用反接制动，通过控制使电源模块补充同向电流值，但需要注意补充电流是否会导致电机转向的改变，同时需要串入限流电阻，否则电机发热较为严重，这样导致控制难度增加。同时相比于半桥电路，全桥驱动的成本也高，当只需要负载机构两象限运行时，采用半桥电路驱动是更为恰当、经济的选择。然而半桥电路本身不能克服低速发电状态小转矩的问题，需进一步改进。\n发明内容\n[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种能有效解决半桥驱动直流测功系统处于发电状态时不能提供足够大负载转矩问题，同时能减缓电机发热情况、控制方式简单易行，并且成本低、可靠性高的直流测功加载系统。\n[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种直流测功加载系统，其特征在于：它包括待测设备、直流电机、转速转矩传感器、负载计算单元、半桥DC/DC变换器、电池组、电子负载、电流传感器和DC/DC控制器；由所述直流电机、电池组和电子负载构成所述直流测功加载系统主电路；所述待测设备与所述直流电机同轴连接，在连接轴上安装所述转速转矩传感器，所述转速转矩传感器将检测到的转速和转矩信号传输至所述负载计算单元内，由所述负载计算单元得到加载电流的需求值；所述直流电机输出端阴极连接所述半桥DC/DC变换器输入端阴极；所述直流电机输出端阳极经所述电池组连接所述半桥DC/DC变换器输入端阳极，所述半桥DC/DC变换器输出端连接所述电子负载；所述直流电机输出端阳极与所述电池组阴极之间安装所述电流传感器，所述电流传感器将测量到的所述直流电机与所述电池组之间的电流值传输至所述DC/DC控制器；所述负载计算单元将电流需求值也传输至所述DC/DC控制器，所述DC/DC控制器根据电流需求值和实际测量得到的电流值，控制所述半桥DC/DC变换器工作。\n[0006] 所述DC/DC控制器对所述半桥DC/DC变换器实现电流跟随的控制方法如下：所述DC/DC控制器根据所述负载计算单元传输至的加载电流需求值与由所述电流传感器采集到的实际主电路电流值的差值大小，调节所输出的PWM控制信号，所述半桥DC/DC变换器响应PWM控制信号对主电路进行直流斩波实现需求电流的跟随，主电路电能通过所述半桥DC/DC变换器后消耗或储存在所述电子负载上。\n[0007] 所述电子负载采用无源阻性负载，所述半桥DC/DC变换器采用buck降压电路。\n[0008] 所述电子负载采用有源负载，所述半桥DC/DC变换器采用boost升压电路。\n[0009] 所述电子负载采用超级电容或蓄电池。\n[0010] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用在直流电机与待测设备连接轴上安装转速转矩传感器，并将采集到的转速转矩信号传输至负载计算单元内得到电流需求值，并将电流需求值传输至DC/DC控制器。在直流电机与电池组连接导线上安装电流传感器，将采集到的实际电流值传输至DC/DC控制器内，DC/DC控制器根据电流需求值和实际电流值的差值，控制半桥DC/DC逆变器将主电路的电能消耗或存储至电子负载。这与直接反接制动时电能主要转化为加载直流电机的热量相比，能有效减缓电机发热情况。2、本发明由于采用在直流电机与半桥DC/DC变换器之间增设电池组，在需求电流较大时电池组提供的能量部分可用于阻滞加载直流电机的运动，这样可以使得加载直流电机的电磁转矩能满足负载力矩的要求，因此有效地解决半桥驱动直流测功系统处于发电状态时不能提供足够大负载转矩问题。3、本发明由于保留了原有的DC/DC控制结构，不改变原有控制算法，其控制方式简单易行、成本低、可靠性较高。本发明可以广泛应用于各种低速大负载转矩条件下待测设备性能的研究，例如汽车起步工况低速大负载的再现，辅助研究动力系统的性能。\n附图说明\n[0011] 图1是本发明的整体结构示意图。\n具体实施方式\n[0012] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。\n[0013] 如图1所示，本发明包括待测设备1、直流电机2、转速转矩传感器3、负载计算单元\n4、半桥DC/DC变换器5、电池组6、电子负载7、电流传感器8和DC/DC控制器9；由直流电机\n2、电池组6和电子负载7构成本发明的主电路。\n[0014] 待测设备1与直流电机2同轴连接，并在连接轴上安装转速转矩传感器3。转速转矩传感器3用于测量当前直流电机2的转速和转矩信号，并将检测到的转速和转矩信号传输至负载计算单元4内，由负载计算单元4根据接收到的转速和转矩信号计算出加载电流的需求值。直流电机2输出端阴极连接半桥DC/DC变换器5输入端阴极；直流电机2输出端阳极经电池组6连接半桥DC/DC变换器5输入端阳极，半桥DC/DC变换器5输出端连接电子负载7。在直流电机2输出端阳极与电池组6阴极之间安装电流传感器8，电流传感器\n8用于测量直流电机2输出端阳极与电池组6阴极之间连接导线的电流，并将测量到的电流值传输至DC/DC控制器9。负载计算单元4也将电流需求值传输至DC/DC控制器9，DC/DC控制器9根据电流需求值和实际测量得到的电流值，控制半桥DC/DC变换器5工作，实现电流的跟随。\n[0015] 上述实施例中，电子负载7可以采用电能消耗装置或储能装置。当电子负载7采用无源阻性负载，此时，半桥DC/DC变换器5采用buck降压电路；当电子负载7采用有源负载，例如超级电容或蓄电池，此时，半桥DC/DC变换器5采用boost升压电路。\n[0016] 上述各实施例中，电池组6还可以采用其它电源装置进行替换，例如电容器、直流稳压电源等。\n[0017] 上述各实施例中，负载计算单元4可以采用计算机或其它计算平台、仿真平台。\n[0018] 上述各实施例中，DC/DC控制器9对半桥DC/DC变换器5实现电流跟随的控制方法如下：\n[0019] DC/DC控制器9根据负载计算单元4所计算的加载电流需求值与由电流传感器8采集到的实际主电路电流值的差值大小，DC/DC控制器9调节所输出的PWM控制信号，半桥DC/DC变换器5响应PWM控制信号对主电路进行直流斩波实现需求电流的跟随，主电路电能通过半桥DC/DC变换器5后消耗或储存在电子负载7上。\n[0020] 综上所述，在DC/DC控制器9的控制下，本发明的直流测功加载系统转速较低时，当加载电流需求值不大于直流电机2最大能产生的感应电流时，电池组6提供的能量由电子负载7消耗；而当加载电流需求值大于加载电机2最大能产生的感应电流时，电池组6提供的能量一部分由电子负载7消耗，同时将另一部分能量用于阻滞加载直流电机2的运动，使得所用加载直流电机2的电磁转矩能满足负载力矩的要求。本发明的直流测功系统运行时，根据能量守恒方程，待测设备1和电池组6提供的能量之和等于本发明的直流测功加载系统热损耗与电子负载7耗能之和，本发明使得在低速大转矩需求的情况下，直流电机2不会因为直接反接制动的而产生剧烈发热情况。\n[0021] 上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的连接和结构都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件的连接和结构进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。