專利名稱：一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，尤其涉及一種通過控制繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子 勵磁電流的進(jìn)行齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)力發(fā)電、汽車制造等產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對于其中的核心零部件——齒輪 箱的性能要求越來越高。為了滿足齒輪箱的性能測試，就需要設(shè)計出一套針對齒輪箱在不 同轉(zhuǎn)速下，對其施加不同轉(zhuǎn)矩的測試平臺。比較常見的有兩種方案第一種是用兩臺異步電 機(jī)分別作為發(fā)電機(jī)和電動機(jī)，如圖1所示。通過全功率變頻器分別控制兩個電機(jī)，在要求的 速度下，對被測齒輪箱產(chǎn)生要求的轉(zhuǎn)矩，從而測試齒輪箱的性能。第二種方案如圖2所示， 是用兩臺同步電機(jī)分別作為發(fā)電機(jī)G2和電動機(jī)G1，G3是原動機(jī)。工作的時候，先將電動機(jī) Gl和發(fā)電機(jī)G2的定子調(diào)整出一定角度，使得系統(tǒng)在運(yùn)行中，電動機(jī)Gl的轉(zhuǎn)子勵磁角度滯后 于發(fā)電機(jī)G2的轉(zhuǎn)子勵磁角度，便于施加轉(zhuǎn)矩。用G3將系統(tǒng)提升至要求轉(zhuǎn)速。此時作為發(fā) 電機(jī)的發(fā)電機(jī)G2將發(fā)出的電送給電動機(jī)Gl，調(diào)節(jié)電動機(jī)Gl，發(fā)電機(jī)G2的勵磁電流，就可以 實現(xiàn)在要求轉(zhuǎn)速下，在被測齒輪箱中產(chǎn)生要求的轉(zhuǎn)矩，達(dá)到測試的目的。在實際應(yīng)用中，上述兩種方案有如下缺點(diǎn)對于第一種異步電機(jī)方案，由于定子側(cè)變頻器是全功率工作，變頻器的容量要同 電機(jī)容量匹配。在電機(jī)容量不大的時候，變頻器中的電子元器件容易滿足要求，但對于大中 容量電機(jī)(1500KW以上)，電子元器件的容量要求很高，使得變頻器成本大幅提升，導(dǎo)致整 體方案造價過高。對于第二種同步電機(jī)方案，被測齒輪箱在測試中要承載很大的轉(zhuǎn)矩，在齒輪箱的 各級齒輪面上以及機(jī)械軸上會產(chǎn)生一定的彈性變形，這就使得齒輪箱的輸入軸與輸出軸之 間產(chǎn)生一定的扭角。由于同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩同功率角和轉(zhuǎn)子勵磁電流相關(guān)，上述原因?qū)?致電動機(jī)Gl轉(zhuǎn)子同發(fā)電機(jī)G2轉(zhuǎn)子的滯后勵磁角度變大，使得功率角的調(diào)整范圍變小，由于 同步電機(jī)勵磁電流是直流勵磁，轉(zhuǎn)子勵磁角度不可控，因此無法通過單獨(dú)調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電 流來達(dá)到要求的轉(zhuǎn)矩，必須通過機(jī)械方法(轉(zhuǎn)動同步電機(jī)外殼)調(diào)整同步電機(jī)定子角度，進(jìn) 而改變轉(zhuǎn)子勵磁相位角來補(bǔ)償功率角變化范圍變小產(chǎn)生的影響。綜上所述一種造價低，使用方便的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)被研制是十分必要的。
發(fā)明內(nèi)容針對上述同步電機(jī)和異步電機(jī)方案中齒輪箱試驗臺的問題，本實用新型提出了一 種通過控制繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁電流的進(jìn)行齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試的系統(tǒng)。本實用新型所采用的技 術(shù)手段如下一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，包括電動機(jī)單元、發(fā)電機(jī)單元、原動機(jī)單元和被測齒輪 箱單元；其特征在于所述電動機(jī)單元包括電機(jī)Gl和變頻器Cl，所述發(fā)電機(jī)單元包括電機(jī)G2 和變頻器C2，且電動機(jī)單元和發(fā)電機(jī)單元中的電機(jī)為雙饋電機(jī)；被測齒輪箱單元包括速比相同的被測齒輪箱Rl和被測齒輪箱R2，其中被測齒輪箱Rl和被測齒輪箱R2的低速端通過 法蘭剛性連接，高速端分別連接到電動機(jī)單元和發(fā)電機(jī)單元中的電機(jī)上；所述原動機(jī)單元 中原動機(jī)G3同電機(jī)Gl或電機(jī)G2相連接，電機(jī)Gl和電機(jī)G2的定子電源接線互連接。在被測齒輪箱Rl和被測齒輪箱R2同電機(jī)Gl和電機(jī)G2的連接處設(shè)有扭矩傳感器 Sl和扭矩傳感器S2。在轉(zhuǎn)動方向不變的前提下，通過改變變頻器Cl和變頻器C2的頻率，從而調(diào)節(jié)電動 機(jī)單元和發(fā)電機(jī)單元中電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁電流來改變轉(zhuǎn)子勵磁的相位角使電動機(jī)單元變?yōu)?發(fā)電機(jī)單元，發(fā)電機(jī)單元變?yōu)殡妱訖C(jī)單元。由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型提供的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，同現(xiàn)有技術(shù) 相比其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，具體如下1、與異步電機(jī)方案相比，本實用新型不需要采用全功率變頻器來進(jìn)行電機(jī)控制， 設(shè)備維護(hù)方便，大大節(jié)約設(shè)備成本。2、與同步電機(jī)方案相比，由于本實用新型電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁電流幅值和相位均可調(diào) 節(jié)，從而可以大范圍調(diào)整轉(zhuǎn)矩，使得設(shè)備可以在各種轉(zhuǎn)矩下工作。本申請通過動態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的頻率及大小，來實現(xiàn)繞線電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，既解 決了上述問題，既保留了異步電機(jī)方案的控制精度好、能量損失小優(yōu)點(diǎn)，又保留了同步電機(jī) 方案的設(shè)備成本低的優(yōu)點(diǎn)。基于其結(jié)構(gòu)簡單，便于生產(chǎn)，而且成本低廉適于在齒輪箱轉(zhuǎn)矩測 試領(lǐng)域廣泛推廣。

圖1為異步電機(jī)方案單線圖；圖2為同步電機(jī)方案單線圖；圖3為本實用新型實施例的電氣配置簡圖。
具體實施方式
本實用新型采用控制繞線電機(jī)(雙饋電機(jī))的轉(zhuǎn)子勵磁電流來調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁相位 角和強(qiáng)度，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)齒輪箱的轉(zhuǎn)矩測試。如圖3所示，所述齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，被測齒輪箱Rl和被測齒輪箱R2為速比相 同的兩個被測齒輪箱。被測齒輪箱Rl和被測齒輪箱R2的低速端通過法蘭剛性對接，高速 端分別連接到電機(jī)Gl和電機(jī)G2上；扭矩傳感器Sl和扭矩傳感器S2為扭矩傳感器，可以檢 測被測齒輪箱Rl和被測齒輪箱R2高速軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩；將電機(jī)Gl和電機(jī)G2的定子電源 接線互連，變頻器C3為控制原動機(jī)G3的變頻器，主要是為整個系統(tǒng)的能量損失提供補(bǔ)償， 同時也用來調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)原動機(jī)G3拖動系統(tǒng)到達(dá)一定轉(zhuǎn)速的情況下，對于發(fā)電 機(jī)G2來說，就會在定子側(cè)產(chǎn)生交流電源。該電源通過連接傳遞給電動機(jī)電機(jī)Gl的定子。變 頻器Cl和變頻器C2為控制雙饋電機(jī)的變頻器，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流來改變轉(zhuǎn)子勵磁的 相位角，當(dāng)勵磁電流頻率為零時，在電機(jī)Gl和電機(jī)G2的轉(zhuǎn)子形成穩(wěn)定的磁場，此時轉(zhuǎn)子勵 磁相位角保持穩(wěn)定不變。此時通過改變勵磁電流的幅值可以調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁的強(qiáng)度，進(jìn)而改 變電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩；當(dāng)需要調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁角度時，只需調(diào)整轉(zhuǎn)子變頻器的輸出勵磁電流即 可實現(xiàn)。通過上述方法即可改變電磁轉(zhuǎn)矩及勵磁角度，從而實現(xiàn)在各個要求的轉(zhuǎn)矩下，進(jìn)行
4測試的目的。在對其中一個齒輪箱測試完畢后，對另一個齒輪箱進(jìn)行測試可在轉(zhuǎn)動方向不 變的前提下，通過改變變頻器Cl和變頻器C2的輸出電流頻率和幅值，以調(diào)節(jié)電動機(jī)單元1 和發(fā)電機(jī)單元2中電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁電流來改變轉(zhuǎn)子勵磁的相位角使電動機(jī)單元1變?yōu)榘l(fā)電 機(jī)單元，發(fā)電機(jī)單元2變?yōu)殡妱訖C(jī)單元，已達(dá)到對另一齒輪箱性能進(jìn)行測試的目的。
以下結(jié)合附圖和一個實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明本實用新型所實現(xiàn)的一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，如圖3所示，其中電動機(jī)單元1的 Gl定子接線與發(fā)電機(jī)單元2的G2定子接線通過接觸器Kl相連，變頻器Cl與變頻器C2的 進(jìn)線側(cè)同時接到690V交流電網(wǎng)上。電動機(jī)單元1的Gl轉(zhuǎn)子同發(fā)電機(jī)單元2的G2轉(zhuǎn)子通 過聯(lián)軸器剛性連接到被測齒輪箱單元4的兩個輸入端上。原動機(jī)單元3中的變頻器C3進(jìn) 線側(cè)同690V交流電網(wǎng)相連，原動機(jī)G3的轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)單元2中的G2轉(zhuǎn)子通過聯(lián)軸器剛性 連接兩個雙饋電機(jī)Gl和G2分別作為電動運(yùn)行和發(fā)電運(yùn)行。雙饋電機(jī)容量為3400KW， 定子額定電壓為750V，定子額定電流為2978A，定子頻率范圍為0 75Hz，轉(zhuǎn)子開路電壓為 10050V，轉(zhuǎn)子電流為246A。原動機(jī)G3容量為630KW，額定電壓為690V，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為0 2200r/min。在對齒輪箱進(jìn)行測試時，首先合上接觸器K1，使電機(jī)Gl和電機(jī)G2的定子對接。調(diào) 節(jié)變頻器Cl和變頻器C2輸出電流的頻率和幅值，使得輸出電流頻率為零，這時電機(jī)Gl和 電機(jī)G2的轉(zhuǎn)子勵磁相位角保持穩(wěn)定不變。然后調(diào)節(jié)變頻器C3的輸出電流，使原動機(jī)G3將 整個系統(tǒng)拖動到要求的被測轉(zhuǎn)速上。調(diào)整變頻器Cl和變頻器C2的輸出電流的頻率可以改 變電機(jī)Gl和電機(jī)G2轉(zhuǎn)子勵磁相位差，調(diào)整變頻器Cl和變頻器C2的輸出電流的大小可以 改變電機(jī)Gl和電機(jī)G2轉(zhuǎn)子勵磁強(qiáng)度。根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的特性，通過改變轉(zhuǎn)子勵磁相位差以 及勵磁強(qiáng)度即可改變電機(jī)Gl和電機(jī)G2之間的轉(zhuǎn)矩。為了使電機(jī)Gl作為電動機(jī)運(yùn)行，電機(jī) G2作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，進(jìn)一步調(diào)整變頻器Cl和變頻器C2輸出電流的頻率，使電機(jī)G2的轉(zhuǎn)子 勵磁相位角超前于電機(jī)Gl的轉(zhuǎn)子勵磁相位角。當(dāng)電機(jī)Gl和電機(jī)G2的轉(zhuǎn)子勵磁穩(wěn)定后，即 可進(jìn)行測試。在實施例中，在電機(jī)(電機(jī)G1、電機(jī)G2)的定子及轉(zhuǎn)子接線處，配有電流電壓互感 器(精度為0. 2級)，可以將電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的實際電流電壓值返回給主控系統(tǒng)，用來計算 轉(zhuǎn)子勵磁磁場的實際相角和幅值。變頻器Cl、變頻器C2、變頻器C3采用的是西門子公司 6SE70系列產(chǎn)品，電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁電流幅值和相角給定通過調(diào)節(jié)變頻器輸出電流的頻率和幅 值實現(xiàn)。電機(jī)軸處安裝轉(zhuǎn)速編碼器，將電機(jī)實際轉(zhuǎn)速反饋給變頻器。通過安裝在高速軸上 的轉(zhuǎn)矩儀測取電機(jī)的實際輸出轉(zhuǎn)矩，并將信號返回給主控系統(tǒng)，用來進(jìn)行閉環(huán)控制。根據(jù)測試要求，通過調(diào)節(jié)變頻器Cl、變頻器C2、變頻器C3的輸出電流幅值和頻率， 使得整個系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下，在被測齒輪箱上產(chǎn)生要求的轉(zhuǎn)矩，便可以實現(xiàn)整個齒輪箱的 測試。電氣系統(tǒng)需要檢測電機(jī)Gl和電機(jī)G2的轉(zhuǎn)速、電機(jī)Gl和電機(jī)G2的輸出轉(zhuǎn)矩、電機(jī)Gl 和電機(jī)G2定子轉(zhuǎn)子電流電壓等電氣參數(shù)，并通過主控制單元中的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速控制模型參與 運(yùn)算，使得整個系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可以達(dá)到較好的性能指標(biāo)。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型 的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，包括電動機(jī)單元(1)、發(fā)電機(jī)單元(2)、原動機(jī)單元(3)和被測齒輪箱單元(4)；其特征在于所述電動機(jī)單元(1)包括電機(jī)G1和變頻器C1，所述發(fā)電機(jī)單元(2)包括電機(jī)G2和變頻器C2，且電動機(jī)單元(1)和發(fā)電機(jī)單元(2)中的電機(jī)為雙饋電機(jī)；被測齒輪箱單元(4)包括速比相同的被測齒輪箱R1和被測齒輪箱R2，其中被測齒輪箱R1和被測齒輪箱R2的低速端通過法蘭剛性連接，高速端分別連接到電動機(jī)單元(1)和發(fā)電機(jī)單元(2)中的電機(jī)上；所述原動機(jī)單元(3)中原動機(jī)G3同電機(jī)G1或電機(jī)G2相連接，電機(jī)G1和電機(jī)G2的定子電源接線互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，其特征在于在被測齒輪箱Rl和被測齒 輪箱R2同電機(jī)Gl和電機(jī)G2的連接處設(shè)有扭矩傳感器Sl和扭矩傳感器S2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，其特征在于在轉(zhuǎn)動方向不變的前 提下，通過改變變頻器Cl和變頻器C2的頻率，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)單元⑴和發(fā)電機(jī)單元⑵ 中電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁電流來改變轉(zhuǎn)子勵磁的相位角使電動機(jī)單元(1)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)單元，發(fā)電 機(jī)單元(2)變?yōu)殡妱訖C(jī)單元。專利摘要本實用新型公開了一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，包括電動機(jī)單元、發(fā)電機(jī)單元、原動機(jī)單元和被測齒輪箱單元；其特征在于所述電動機(jī)單元包括電機(jī)G1和變頻器C1，所述發(fā)電機(jī)單元包括電機(jī)G2和變頻器C2，且電動機(jī)單元和發(fā)電機(jī)單元中的電機(jī)為雙饋電機(jī)；被測齒輪箱單元包括速比相同的被測齒輪箱R1和被測齒輪箱R2，其中被測齒輪箱R1和被測齒輪箱R2的低速端通過法蘭剛性連接，高速端分別連接到電動機(jī)單元和發(fā)電機(jī)單元中的電機(jī)上；所述原動機(jī)單元中原動機(jī)G3同電機(jī)G1或電機(jī)G2相連接，電機(jī)G1和電機(jī)G2的定子電源接線互連接。該系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單，便于生產(chǎn)，而且成本低廉適于在齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試領(lǐng)域廣泛推廣。
文檔編號G01L3/00GK201662454SQ20102015020
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者張樂, 曲非, 白永昕, 聞宇 申請人:大連華銳股份有限公司