一種交流電力測功機系統的製作方法

2023-09-20 09:58:40

專利名稱：一種交流電力測功機系統的製作方法
技術領域：
本新型涉及變頻器、交流異步電動機及其配套系統在功率測試領域的應用，它涉及到交流電機矢量控制理論，直接轉矩控制和內燃機測試的相關技術。
背景技術：
一直以來旋轉機械如內燃機、電動機的功率測量大都採用水渦流和電渦流測功機系統進行測量。但水力、電渦流測功機的基本原理是將原動機產生的機械能轉化成熱能由水冷卻後把熱量帶走，原動機發出的能量不能回收，浪費了能源。另外水渦流和電渦流測功機都只能起加載的作用，不可以倒拖原動機。難以實現全方位的試驗檢測。第三水渦流和電渦流測功機都存在相當的轉動慣量，慣性大，難以滿足越來越快的動態性能測試要求。

實用新型內容本實用新型提供一種交流電力測功機系統，由變頻器和變頻電機組成的交流異步電機等構成，其基本原理是把交流電力測功機作為動力機械試驗的負載，運用直接轉矩控制技術對電力測功機進行轉矩控制。本實用新型為解決上述技術問題的不足而採用的技術方案是一種交流電力測功機系統，由上位機、採集箱、單片機測控單元、電源伺服單元、油門執行機構、旋轉式動力機構、變頻器、操作控制設定單元和測功機主機組成，採集箱與上位機相連，上位機通過RS232 接口與單片機測控單元相連，上位機通過RS485接口與變頻器相連，單片機測控單元的信號輸出端通過油門執行機構與旋轉式動力機構連接，旋轉式動力機構與測功機主機連接， 測功機主機中的轉矩傳感器的信號輸出端與單片機測控單元連接，測功機主機中的編碼器的信號輸出端與變頻器連接，變頻器的控制信號輸入端和控制信號輸出端分別與單片機測控單元和測功機主機連接，變頻器的測量信號輸出端通過操作控制設定單元連接至單片機測控單元。本實用新型所述採集箱包括集線箱、高溫傳感器、壓力傳感器和低溫傳感器。本實用新型的有益效果是1、運用矢量控制技術，藉助瞬時空間矢量理論計算電機的磁鏈和轉矩，能對異步電動機進行轉矩控制，實現測功機功能。2、作電力測功機時能處於發電狀態，通過一定的裝置將電能送回電網。3、由於異步電動機的控制結構簡單，控制信號處理的物理概念明確，系統的轉矩響應迅速而無超調，具有高靜、動態性能。4、有節能環保，慣性低，動態特性好、承載能力強、能把原動機產生的機械能轉化為電能回饋到內部電網，供其它設備使用。無需水冷油冷裝置；調節方便；設備簡單，佔地少，慣性低，沒有換向器的影響，能適用於高速運行；能夠從零轉速至額定轉速實現恆扭矩特性，額定轉速至最高轉速實現恆功率特性；方便的實現雙向加載，且可以作為動力拖動原動機。
圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的採集箱的結構示意圖；圖中1、上位機，2、採集箱，3、單片機測控單元，4、電源伺服單元，5、油門執行機構，6、旋轉式動力機構，7、測功機主機，8、高溫傳感器，9、壓力傳感器，10、低溫傳感器，11、 集線箱，12、RS232接口，13、RS485接口，14、操作控制設定單元、15、變頻器。
具體實施方式
如圖所示，一種交流電力測功機系統，由上位機1、採集箱2、單片機測控單元3、電源伺服單元4、油門執行機構5、旋轉式動力機構6、變頻器15、操作控制設定單元14和測功機主機7組成，採集箱2與上位機1相連，上位機1通過RS232接口 12與單片機測控單元 3相連，上位機1通過RS485接口 13與變頻器15相連，單片機測控單元3的信號輸出端通過油門執行機構5與旋轉式動力機構6連接，旋轉式動力機構6與測功機主機7連接，測功機主機7中的轉矩傳感器的信號輸出端與單片機測控單元3連接，測功機主機7中的編碼器的信號輸出端與變頻器15連接，變頻器15的控制信號輸入端和控制信號輸出端分別與單片機測控單元3和測功機主機7連接，變頻器15的測量信號輸出端通過操作控制設定單元14連接至單片機測控單元3。所述採集箱2包括集線箱11、高溫傳感器8、壓力傳感器9和低溫傳感器10，對壓力、高溫、低溫實時參數進行採集、A/D變換、通過RS485將採集的信號的以串行方式送給上位機進行處理、顯示。所述的變頻器連接有電網，能將原動機產生的機械能轉化為電能回饋到內部電網，供其它設備使用。所述的變頻器15選用PowerFlΘΧ700型變頻器，PowerFlex700在有編碼器反饋的系統中調節精度可達基本速度的0.001%，該變頻器集成有再生模塊和先進的線性過濾器， 能進行電能反饋，集成有智能電源模塊的IGBT整流橋，進行轉子矢量控制，能使電機轉軸扭矩上升反應時間1ms。所述的測功機主機7內的編碼器為安裝在YPT型交流變頻電動機內的 YGM506/1024型增量式編碼器擔任，能保證轉速精度達到0. 001%。所述的操作控制14設定單元是系統的人機對話終端，由八寸彩色觸控螢幕及相關開關、按鍵組成。它將轉速、扭矩實際值和控制需要的其它設定值初步處理後送給上位機並及時顯示各種相關的控制、設定參數和各種參數的實際值，隨時實現保護，是系統的一個輸入輸出顯示終端。所述的扭矩傳感器選用JSC4-1000-1A扭矩傳感器採集。它是一種由應變片製成的高穩定度、測量精度能達到士0. ，輸出方波，電平電壓5V，其應變橋供電由設在傳感器的一組環行變壓器，提供感應電壓，經整流穩壓變換成高穩定的直流電壓作為橋壓和內部電路的電源電壓，應變片感應的毫伏級的扭矩信號在內部同時也被放大成伏級的強信號， 在經過V/F轉換器變成正比例的方波信號，發射到外部信號接收器上，再通過解壓還原成與V/F轉換出的方波同頻率數位訊號。使系統的抗幹擾性能和系統的可靠性大大的提高。 轉矩的測量精準度有可靠的保證。[0021]所述的單片機測控單元3以單片機(DSPIC30F6014A單片機)為核心，DSPIC單片機臺架測控系統主要任務有兩部分一部分是臺架系統實際值的採集、處理、雙迴路和單迴路數字PID雙參數控制以及系統各種特性的功能控制；另一部分是提供足夠量的埠通信承載能力。完成試驗臺架系統的開放式通信任務，能夠容納各種外設、監控的要求。還要完成各種必需的特性控制，實現開放式通信。其中設定值輸入模塊包括轉速設定電路和扭矩設定電路，兩者均包括一個正交編碼器和一個DSP晶片，正交編碼器的相位信號輸出端、索引脈衝信號輸出端分別連接對應DSP晶片的相應A/D模塊輸入端；相應DSP晶片的數位訊號輸出端分別連接晶片DSPIC30F6014A對應的SPI接口 ；主控晶片的CANl、CAN2、UART接口與臺架上的各種外設相連，實現開放式臺架功能DSPIC單片機臺架測控系統採集的實際值信號有扭矩和油門位置信號。油門位置的實際值是由固定在執行機構上的反饋電位器產生的模擬量，DSPIC單片機將其數位化以後，與設定值進行比較，對差值再進行PID運算，將輸出量變成PWM信號去控制油門執行機構精準地運行。扭矩信號來自非接觸式轉矩傳感器，DSPIC單片機採集其實際值後，經電路處理、再與設定值比較，對差值進行PID運算，輸出轉矩閉環反饋信號控制變頻器輸出。轉速、扭矩的設定是分別採用N正交編碼器、M正交編碼器，再各通過對應的 DSPIC30F2010數位訊號控制器進行記錄採集，由SPI埠接收，必要時再送入上位機。轉速、轉矩的控制採用由編碼器反饋轉速信號，將其實際值送入變頻器，使用變頻器內裝的油耗儀、煙度儀、流量計等測量儀器通過CAN總線與主控晶片DSPIC30F6014A的 C1TX、ClRX腳相連，與主控晶片進行數據通訊。上位機1由工控機擔任，主要任務有四項一是由採集箱送出的內燃機高低溫度、 壓力實際值數位訊號、處理試驗數據和顯示、繪製試驗曲線、輸出列印試驗報表和試驗各種結果。二是通過無線數傳模塊向上一級網絡無線傳送和接收試驗數據和指令，實現更上層網絡的數據採集、傳送、監控、顯示、存檔。無線數傳模塊與上位機通過RS232進行串行通信交換信息。三是直接通過RS232和RS485與主迴路的變頻器進行聯繫，設定轉速、扭矩等試驗的相關參數，控制變頻器按要求運行。四是通過RS232串行通信同單片機測控系統進行信息交換，控制系統按需要的特性運行，完成試驗。變頻器與臺架測控系統通過CAN總線進行通信互聯，臺架測控系統又通過RS232 與上位機相連。變頻器選用「Vector v3」參數組，速度調節和轉矩調節由編程參數088通過通信方式由臺架測控系統設定。系統工作時，上位機(或臺架測控系統可通過與上位機的通信設定，控制變頻器) 通過RS232/RS485從上位機輸出設定值和選擇的特性給變頻器輸出指令，驅動異步電機進行工作。如果執行的是恆轉速特性控制，固定在驅動異步電機主軸上的編碼器把轉速的實際值反饋到變頻器的輸入端，通過軟體處理，經變頻器內的PID計算控制三相異步電機在設定的轉速上穩定運行；如果執行的是恆轉矩特性控制，與異步電機同軸上的扭矩法蘭傳感器把轉矩的實際值反饋到臺架測控系統的輸入端，通過軟、硬體處理，經PID計算調節， 作為三相異步電機的設定轉矩，控制異步電機的轉矩穩定在設定值上。試驗運行期間，安裝在內燃機上的高溫如鋼體溫度傳感器，進出口水溫等低溫傳感器和燃油、機油壓力傳感器實際輸出的信號經集線箱內的亞當模塊送往上位機，進行試驗數據處理、保存和顯示。根據需要上位機通過串行通信RS232將需要的數據經無線數傳模塊(DTU)向上一級網絡無線傳送試驗數據和接收指令，實現更上層網絡的數據採集、傳送、監控、顯示、存檔。當需要輸出數據時，上位機驅動印表機和顯示屏顯示、繪製試驗曲線輸出列印試驗報表和試驗各種結果。
權利要求1.一種交流電力測功機系統，其特徵在於由上位機(1)、採集箱(2)、單片機測控單元 (3)、電源伺服單元(4)、油門執行機構(5)、旋轉式動力機構(6)、變頻器(15)、操作控制設定單元(14)和測功機主機(7)組成，採集箱(2)與上位機(1)相連，上位機(1)通過RS232 接口(12)與單片機測控單元(3)相連，上位機(1)通過RS485接口(13)與變頻器(15)相連，單片機測控單元(3)的信號輸出端通過油門執行機構(5)與旋轉式動力機構(6)連接， 旋轉式動力機構(6)與測功機主機(7)連接，測功機主機(7)中的轉矩傳感器的信號輸出端與單片機測控單元(3)連接，測功機主機(7)中的編碼器的信號輸出端與變頻器(15)連接，變頻器(15)的控制信號輸入端和控制信號輸出端分別與單片機測控單元(3)和測功機主機(7)連接，變頻器(15)的測量信號輸出端通過操作控制設定單元(14)連接至單片機測控單元(3)。
2.根據權利要求1所述的一種交流電力測功機系統，其特徵在於所述採集箱(2)包括集線箱(11)、高溫傳感器(8 )、壓力傳感器(9 )和低溫傳感器(10 )。
專利摘要一種交流電力測功機系統，其中採集箱與上位機相連，上位機通過RS232接口與單片機測控單元相連，上位機通過RS485接口與變頻器相連，單片機測控單元的信號輸出端通過油門執行機構與旋轉式動力機構連接，旋轉式動力機構與測功機主機連接，測功機主機中的轉矩傳感器的信號輸出端與單片機測控單元連接，測功機主機中的編碼器的信號輸出端與變頻器連接，變頻器的控制信號輸入端和控制信號輸出端分別與單片機測控單元和測功機主機連接，變頻器的測量信號輸出端通過操作控制設定單元連接至單片機測控單元。由於異步電動機的控制結構簡單，控制信號處理的物理概念明確，系統的轉矩響應迅速而無超調，具有高靜、動態性能。
文檔編號G01L3/24GK201964988SQ20112000665
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月11日 優先權日2011年1月11日
發明者嚴世寶, 黨雪麗, 劉仁傑, 吳有生, 姚星周, 孫麗, 孫勇湘, 張克儉, 楊敬偉, 王鳳魁, 程軍, 薛朋餘, 趙大為, 趙小平 申請人:凱邁(洛陽)機電有限公司