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：
本發(fā)明屬于齒輪箱測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著風力發(fā)電機組、汽車制造等產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對于其核心零部件一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。為此，現(xiàn)有技術(shù)提供了一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，如圖1所示，其包括兩臺分別作為發(fā)電機和電動機的異步電機，并分別通過兩個全功率變頻器分別控制兩個異步電機，在要求的速度下，分別產(chǎn)生要求的轉(zhuǎn)矩給相應(yīng)的被測齒輪箱，從而實現(xiàn)對齒輪箱性能的測試。 該系統(tǒng)雖然測試精度高，卻由于定子側(cè)變頻器是全功率工作，使得其應(yīng)用于3MW以上的大功率設(shè)備中時，對電子元器件容量的要求高，不易實現(xiàn)，且提高了設(shè)備成本。
現(xiàn)有技術(shù)還提供了另一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，如圖2所示，其包括兩臺同步電機分別作為發(fā)電機和電動機，并包括一臺異步電機作為原動機。該系統(tǒng)在工作時，先將兩臺同步電機的定子調(diào)整出一定角度，使得系統(tǒng)在運行中，一臺同步電機的轉(zhuǎn)子勵磁角度滯后于另一臺同步電機的轉(zhuǎn)子勵磁角度，便于施加轉(zhuǎn)矩。用異步電機將系統(tǒng)提升至要求轉(zhuǎn)速，此時作為發(fā)電機的同步電機將發(fā)電送給作為電動機的同步電機，調(diào)節(jié)兩臺同步電機的勵磁電流，就可在要求轉(zhuǎn)速下，在被測齒輪箱中產(chǎn)生要求的轉(zhuǎn)矩，達到測試目的。該系統(tǒng)雖然克服了前一測試系統(tǒng)成本高的問題，但由于被測齒輪箱在測試中會產(chǎn)生很大的彈性變形，導致兩臺同步電機之間勵磁角度差變大，使得功率角的變化范圍變小，而同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩同功率角和轉(zhuǎn)子勵磁電流相關(guān)，因此無法通過單獨調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流來達到要求的轉(zhuǎn)矩， 必須通過機械方法調(diào)整同步電機定子角度，來補償功率角變化范圍變小產(chǎn)生的影響，操作繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例的目的在于提供一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)提供的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)或者成本高、或者操作繁瑣的問題。具體地，一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一同步電機，置于所述第一同步電機和第一被測齒輪箱之間的第一扭矩傳感器，第二同步電機，置于所述第二同步電機和第二被測齒輪箱之間的第二扭矩傳感器，異步電機，連接所述異步電機并向所述異步電機供電的第五供電單元，所述第一被測齒輪箱的高速端連接所述第一同步電機，所述第二被測齒輪箱的高速端連接所述第二同步電機，所述第一被測齒輪箱的減速比和第二被測齒輪箱的減速比相等，所述第一同步電機的定子電源線和所述第二同步電機的定子電源線相互連接，所述異步電機連接所述第一同步電機或第二同步電機，所述第一同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第一主繞組和第一副繞組，所述第二同步電機是普通轉(zhuǎn)子單繞組同步電機，或所述第二同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組，所述第一同步電機是普通轉(zhuǎn)子單繞組同步電機，或所述第一同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第一主繞組和第一副繞組，所述第二同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組；當所述第一 同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第一主繞組和第一副繞組時， 所述系統(tǒng)還包括連接所述第一主繞組并向所述第一主繞組供電的第一供電單元；連接所述第一副繞組并向所述第一副繞組供電的第二供電單元；以及分別連接所述第一供電單元、第二供電單元和第五供電單元的控制單元，用于控制所述第一供電單元、第二供電單元和第五供電單元分別輸出的電流；當所述第二同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組時， 所述系統(tǒng)還包括連接所述第二主繞組并向所述第二主繞組供電的第三供電單元；連接所述第二副繞組并向所述第二副繞組供電的第四供電單元；以及分別連接所述第三供電單元、第四供電單元和第五供電單元的控制單元，用于控制所述第三供電單元、第四供電單元和第五供電單元分別輸出的電流。其中，所述第一被測齒輪箱的低速端和所述第二被測齒輪箱的低速端可以通過法蘭剛性連接。其中，所述第五供電單元可以是一變頻器。其中，所述系統(tǒng)還可以包括一接觸器，所述第一同步電機的定子電源線是通過所述接觸器的開關(guān)與所述第二同步電機的定子電源線連接的。上述系統(tǒng)中，所述第一扭矩傳感器用于檢測所述第一同步電機的輸出轉(zhuǎn)矩，所述第二扭矩傳感器用于檢測所述第二同步電機的輸出轉(zhuǎn)矩。當所述第一同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第一主繞組和第一副繞組，通過所述第二同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組時，通過調(diào)節(jié)所述第一供電單元、第二供電單元、第三供電單元、第四供電單元的輸出電流大小，可以使第一同步電機和第二同步電機實現(xiàn)發(fā)電機和電動機的任意轉(zhuǎn)換；所述控制單元用于在測試開始后，調(diào)節(jié)所述第一供電單元輸出的電流，使得所述異步電機將系統(tǒng)拖動到要求的被測轉(zhuǎn)速；之后調(diào)節(jié)所述第一供電單元、第二供電單元、第三供電單元、第四供電單元的輸出電流大小，根據(jù)所述第一扭矩傳感器和第二扭矩傳感器反饋的轉(zhuǎn)矩大小，以改變所述第一同步電機和第二同步電機轉(zhuǎn)子合成勵磁相角及強度，進而改變所述第一同步電機和第二同步電機的輸出轉(zhuǎn)矩并滿足測試要求。相較于現(xiàn)有技術(shù)提供的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，本發(fā)明提供的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)分別采用主繞組和副繞組進行勵磁，由于主繞組和副繞組在空間上為正交分布，分別調(diào)節(jié)主繞組和副繞組的勵磁大小，即可調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩滿足測試要求，而無需外用機械方法調(diào)整同步電機定子角度來實現(xiàn)補償，操作簡便，測試精度高且成本低。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)的原理圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)提供的另一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)的原理圖；圖3是本發(fā)明提供的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)的原理圖；圖4是公知的同步電機轉(zhuǎn)子主繞組勵磁、副繞組勵磁以及合成勵磁的關(guān)系圖。
具體實施例方式為 了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖3示出了本發(fā)明提供的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)的原理。本發(fā)明提供的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)包括第一同步電機1 ；置于第一同步電機1和第一被測齒輪箱之間的第一扭矩傳感器4，用于檢測第一同步電機1的輸出轉(zhuǎn)矩；第二同步電機5 ；置于第二同步電機5和第二被測齒輪箱之間的第二扭矩傳感器8，用于檢測第二同步電機5的輸出轉(zhuǎn)矩；異步電機9 ；連接異步電機9并向異步電機9供電的第五供電單元 10，第五供電單元10優(yōu)選為一變頻器；其中，第一被測齒輪箱的低速端和第二被測齒輪箱的低速端通過法蘭剛性連接，第一被測齒輪箱的高速端連接第一同步電機1，第二被測齒輪箱的高速端連接第二同步電機5 ；第一被測齒輪箱的減速比和第二被測齒輪箱的減速比相等；第一同步電機1的定子電源線和第二同步電機5的定子電源線相互連接；異步電機9連接第一同步電機1或第二同步電機5。與現(xiàn)有技術(shù)不同，其中的第一同步電機1包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第一主繞組和第一副繞組，第二同步電機5包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組，該齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)還包括連接第一主繞組并向第一主繞組供電的第一供電單元 2 ；連接第一副繞組并向第一副繞組供電的第二供電單元3 ；連接第二主繞組并向第二主繞組供電的第三供電單元6 ；連接第二副繞組并向第二副繞組供電的第四供電單元7 ；以及分別連接第一供電單元2、第二供電單元3、第三供電單元6、第四供電單元7和第五供電單元 10的控制單元11，控制單元11控制第一供電單元2、第二供電單元3、第三供電單元6、第四供電單元7和第五供電單元10分別輸出的電流。本發(fā)明提供的該齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)中，由于同步電機分別采用了主繞組和副繞組的結(jié)構(gòu)，測試過程中，根據(jù)所需轉(zhuǎn)速的大小，控制流過主繞組和副繞組的電流大小，進而控制主繞組勵磁和副繞組勵磁大小，從而調(diào)節(jié)主繞組勵磁和副繞組勵磁合成的合成勵磁大小及相角，實現(xiàn)同步電機輸出轉(zhuǎn)矩大小的控制，進而實現(xiàn)對齒輪箱轉(zhuǎn)矩的控制。如圖4示出了主繞組勵磁、副繞組勵磁以及合成勵磁的關(guān)系，其中，Φ1為主繞組勵磁，Φ2為副繞組勵磁，Φ為合成勵磁。本發(fā)明中，與異步電機9連接的同步電機作為發(fā)電機，另一同步電機作為電動機， 下面均以異步電機9連接第一同步電機1為例，此時，第一同步電機1作為發(fā)電機，第二同步電機5作為電動機。在測試時，控制單元11用于調(diào)節(jié)第一供電單元2向第一主繞組供電的電流大小以及第三供電單元6向第二主繞組供電的電流大?。恢?，控制單元11用于調(diào)節(jié)第五供電單元10向異步電機9供電的電流，使得異步電機9將系統(tǒng)拖動到要求的被測轉(zhuǎn)速；之后，根據(jù)第一扭矩傳感器4和第二扭矩傳感器8反饋的轉(zhuǎn)矩大小，調(diào)節(jié)第一供電單元2、第二供電單元3、第三供電單元6、第四供電單元7的輸出電流，以改變第一同步電機1和第二同步電機 5轉(zhuǎn)子合成勵磁相角及強度，進而改變第一同步電機1和第二同步電機5的輸出轉(zhuǎn)矩滿足測試要求。
由于現(xiàn)有技術(shù)提供的另一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)是采用單繞組勵磁，轉(zhuǎn)子勵磁角不可控，因此，由于齒輪箱形變使同步電機功率角調(diào)整范圍變小，轉(zhuǎn)子滯后勵磁角度的變化無法通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁進行補償，無法實現(xiàn)大功率加載測試。而本發(fā)明提供的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)中，由于第一同步電機1和第二同步電機5分別采用主繞組和副繞組進行勵磁，而主繞組和副繞組在空間上為正交分布，分別調(diào)節(jié)主繞組和副繞組的勵磁大小，進而控制主繞組勵磁和副繞組勵磁大小，從而調(diào)節(jié)主繞組勵磁和副繞組勵磁合成的合成勵磁大小及相角，實現(xiàn)同步電機輸出轉(zhuǎn)矩大小的控制，即可調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩滿足測試要求，而無需外用機械方法調(diào)整同步電機定子角度來實現(xiàn)補償，操作簡便，測試精度高且成本低。為了提高系統(tǒng)的可靠性，該齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)還可以包括一接觸器，第一同步電機1的定子電源線是通過該接觸器的開關(guān)K與第二同步電機5的定子電源線連接的。而對于本發(fā)明提供的上述齒輪箱轉(zhuǎn)矩 測試系統(tǒng)，也可以將第一同步電機1或第二同步電機5替換為普通的轉(zhuǎn)子單繞組同步電機，相應(yīng)地，該系統(tǒng)不包括第一供電單元2和第二供電單元3，或第三供電單元6和第四供電單元7，其余的結(jié)構(gòu)及各部分連接關(guān)系如上所述。下面舉例說明上述系統(tǒng)的測試過程，其中，第一同步電機1和第二同步電機5的電機容量為3400KW，定子額定電壓為3300V，定子額定電流為595A，定子頻率范圍為0-50HZ， 轉(zhuǎn)子主繞組勵磁電流為993A，轉(zhuǎn)子副繞組勵磁電流為993A，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為0-2000r/min， 第一被測齒輪箱和第二被測齒輪箱的減速比均為1 100。在測試時，控制接觸器開關(guān)K閉合，使得第一同步電機1的定子和第二同步電機5的定子對接，調(diào)節(jié)第一供電單元2和第三供電單元6輸出電流的大?。恢?，調(diào)節(jié)第五供電單元10輸出電流，使得異步電機9將系統(tǒng)拖動到被測轉(zhuǎn)速；當系統(tǒng)在被測齒輪箱加載后由于產(chǎn)生機械形變而導致第一同步電機1和第二同步電機5的轉(zhuǎn)子相位角相差過大時，控制單元11通過調(diào)節(jié)第一供電單元2、第二供電單元3、第三供電單元6、第四供電單元7分別輸出的電流大小，調(diào)節(jié)第一同步電機1和第二同步電機5的轉(zhuǎn)子合成勵磁的角度和幅值，根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機的特性，可以間接改變第一同步電機1和第二同步電機5的轉(zhuǎn)子勵磁相位差以及勵磁強度，即可調(diào)節(jié)第一同步電機1和第二同步電機5分別輸出的轉(zhuǎn)矩滿足被測要求。相較于現(xiàn)有技術(shù)提供的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，本發(fā)明提供的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)分別采用主繞組和副繞組進行勵磁，由于主繞組和副繞組在空間上為正交分布，分別調(diào)節(jié)主繞組和副繞組的勵磁大小，即可調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩滿足測試要求，而無需外用機械方法調(diào)整同步電機定子角度來實現(xiàn)補償，操作簡便，測試精度高且成本低。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一同步電機，置于所述第一同步電機和第一被測齒輪箱之間的第一扭矩傳感器，第二同步電機，置于所述第二同步電機和第二被測齒輪箱之間的第二扭矩傳感器，異步電機，連接所述異步電機并向所述異步電機供電的第五供電單元，所述第一被測齒輪箱的高速端連接所述第一同步電機，所述第二被測齒輪箱的高速端連接所述第二同步電機，所述第一被測齒輪箱的減速比和第二被測齒輪箱的減速比相等，所述第一同步電機的定子電源線和所述第二同步電機的定子電源線相互連接， 所述異步電機連接所述第一同步電機或第二同步電機，其特征在于，所述第一同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第一主繞組和第一副繞組，所述第二同步電機是普通轉(zhuǎn)子單繞組同步電機，或所述第二同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組，所述第一同步電機是普通轉(zhuǎn)子單繞組同步電機，或所述第一同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第一主繞組和第一副繞組，所述第二同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組；當所述第一同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第一主繞組和第一副繞組時，所述系統(tǒng)還包括連接所述第一主繞組并向所述第一主繞組供電的第一供電單元；連接所述第一副繞組并向所述第一副繞組供電的第二供電單元；以及分別連接所述第一供電單元、第二供電單元和第五供電單元的控制單元，用于控制所述第一供電單元、第二供電單元和第五供電單元分別輸出的電流；當所述第二同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組時，所述系統(tǒng)還包括連接所述第二主繞組并向所述第二主繞組供電的第三供電單元；連接所述第二副繞組并向所述第二副繞組供電的第四供電單元；以及分別連接所述第三供電單元、第四供電單元和第五供電單元的控制單元，用于控制所述第三供電單元、第四供電單元和第五供電單元分別輸出的電流。
2.如權(quán)利要求1所述的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，其特征在于，所述第一被測齒輪箱的低速端和所述第二被測齒輪箱的低速端通過法蘭剛性連接。
3.如權(quán)利要求1所述的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，其特征在于，所述第五供電單元是一變頻器。
4.如權(quán)利要求1所述的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括一接觸器， 所述第一同步電機的定子電源線是通過所述接觸器的開關(guān)與所述第二同步電機的定子電源線連接的。
5.如權(quán)利要求1至4任一項所述的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，其特征在于，所述第一扭矩傳感器用于檢測所述第一同步電機的輸出轉(zhuǎn)矩，所述第二扭矩傳感器用于檢測所述第二同步電機的輸出轉(zhuǎn)矩。
6.如權(quán)利要求5所述的齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，其特征在于，當所述第一同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第一主繞組和第一副繞組，所述第二同步電機包括分別作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組時，通過調(diào)節(jié)所述第一供電單元、第二供電單元、第三供電單元、第四供電單元的輸出電流大小，可以使第一同步電機和第二同步電機實現(xiàn)發(fā)電機和電動機的任意轉(zhuǎn)換；所述控制單元用于在測試開始后，調(diào)節(jié)所述第一供電單元輸出的電流，使得所述異步電機將系統(tǒng)拖動到要求的被測轉(zhuǎn)速；之后調(diào)節(jié)所述第一供電單元、第二供電單元、第三供電單元、第四供電單元的輸出電流大小，根據(jù)所述第一扭矩傳感器和第二扭矩傳感器反饋的轉(zhuǎn)矩大小，以改變所述第一同步電機和第二同步電機轉(zhuǎn)子合成勵磁相角及強度，進而改變所述第一同步電機和第二同步電機的輸出轉(zhuǎn)矩并滿足測試要求 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一齒輪箱轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)，包括連接第一被測齒輪箱的第一同步電機，連接第二被測齒輪箱的第二同步電機，特點是，第一同步電機和/或第二同步電機包括主繞組和副繞組，系統(tǒng)還包括連接第一主繞組的第一供電單元；連接所述第一副繞組的第二供電單元；連接第二主繞組的第三供電單元；連接第二副繞組的第四供電單元；以及控制第一供電單元、第二供電單元、第三供電單元、第四供電單元分別輸出的電流值大小的控制單元，該系統(tǒng)采用主繞組和副繞組進行勵磁，分別調(diào)節(jié)主繞組和副繞組的電流大小，進而調(diào)整同步電機轉(zhuǎn)子合成勵磁幅值和相角，即可調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩滿足測試要求。
文檔編號G01L3/00GK102331318SQ201110315510
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者張樂, 白永昕, 聞宇 申請人:大連華銳股份有限公司