一種交流發電機的測試系統的製作方法
2023-05-04 18:52:36
一種交流發電機的測試系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了交流發電機的測試系統，包括控制計算機、測控單元、原動機單元、轉接工裝、功率變換器、冷卻及加熱系統，原動機單元包括拖動電機和驅動器，轉接工裝連接待測試件，待測試件為交流發電機，拖動電機為高速驅動拖動電機，拖動電機為待測試件提供運轉動力，轉接工裝用於模擬附件機匣，控制計算機控制高速驅動拖動電機進行運轉，測控單元用於待測試件性能試驗驗證、驗收以及參與試驗聯試，其中測控單元對待測試件以及功率變換器進行數據採集並控制，實現監控及控制所述拖動電機。本發明能夠自動實時測量發電機不同工作狀態下的相關參數，為產品研製、性能考核、檢驗驗收提供依據。
【專利說明】一種交流發電機的測試系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及交流發電機的測試【技術領域】，具體地說交流發電機的測試系統。
【背景技術】
[0002]航空發動機數控系統即FADEC，全權限數字電子發動機操縱機構中交流發電機含配套功率變換)是航空發動機數控系統的重要組成部件，是系統的主要供電電源，交流發電機的安全性和可靠性，直接影響整個發動機數控系統的安全性和可靠性，高效、長壽和高可靠性是其研製的必然要求。為提高設計效率，有效避免設計中由於經驗缺乏導致的反覆，確保項目進度要求，需要在設計的同時對設計方案進行驗證，並做出快速、可靠的評估。
[0003]在航空交流發電機的設計過程中，如何克服電磁、材料、結構、環境對發電機的性能的影響，以及如何將航空交流發電機發出的寬電壓、寬頻率交流電源有效的轉換為直流電源，建設一套交流發電機設計仿真驗證及測試平臺是一個合理的解決方案。由於交流發電機產品的特殊性如高轉速，定子、轉子分離結構，運轉中需要滑油冷卻，輸出能夠短路等，研製進行得非常困難，是飛機的關鍵技術之一，曾一度是軍方與主機單位關注的焦點，為此，相關單位急需專用的試驗測試設備，用於交流發電機以及功率變換器的驗收、功能測試、故障驗證、系統聯試和技術研究。
[0004]現有的航空發動機數控系統中的交流發電機的測試、驗收平臺採用傳統的齒輪升速箱方式，轉動慣量大，響應速度慢，無法真實再現發動機瞬態變化過程。無法滿足大功率、高轉速發電機的測試、驗收需求。
[0005]由於缺乏專門的測試與試驗設備，產品入所後缺乏檢測試驗手段，也缺乏試驗驗證的深度，一直影響整個發動機數控系統研製的順利推進。有關發電機研製技術特別是發電機關鍵零部件的試驗測試技術是國外嚴格封鎖的技術，國內也沒有同類的設備可供參考。
【發明內容】
[0006]本發明旨在克服現有技術所存在的上述缺陷，提供一種能夠自動實時測量發電機不同工作狀態下的相關參數的交流發電機的測試系統，為產品研製、性能考核、檢驗驗收提供依據，實現交流發電機航空測試綜合標準。
[0007]本發明通過以下技術方案來具體實現。
[0008]一種交流發電機的測試系統，其特徵在於:所述交流發電機的測試系統是模擬航空發動機數控系統專用交流發電機及功率變換器的工作狀態，自動調節負載參數，並對被試產品的各種參數進行採集，生成報表，所述交流發電機的測試系統包括控制計算機、測控單元、原動機單元、轉接工裝、功率變換器、冷卻及加熱系統，原動機單元包括拖動電機和驅動器，轉接工裝連接待測試件，待測試件為交流發電機，拖動電機為高速驅動拖動電機，拖動電機為待測試件交流發電機提供運轉動力，轉接工裝用於模擬附件機匣，控制計算機按照發動機附件機匣的工作狀態，控制高速驅動拖動電機進行運轉，同時通過冷卻及加熱系統，根據工作狀態，為拖動電機及轉接工裝和待測試件交流發電機進行冷卻，並可對待測試件進行加溫，測控單元用於交流發電機性能試驗驗證、驗收以及參與試驗聯試，其中測控單元還根據交流發電機的測試系統的要求對交流發電機以及功率變換器試驗中的溫度、壓力、流量、電壓、電流、頻率、報警的信號進行數據採集並控制，實現監控及控制所述拖動電機。
[0009]所述交流發電機的測試系統還包括拖動電機、拖動電機控制櫃、參數測試櫃、電子負載，測控單元包括數據採集計算機，控制計算機通過驅動器控制拖動電機，數據採集計算機採集拖動電機的扭矩及轉速、交流發電機與功率變換器的殼體溫度、環境溫度和電子程控負載信號，通過第一處理單元採集交流發電機線電壓、相電流及其控制信號，通過第二處理單元採集功率變換器的電壓、電流、頻率。
[0010]所述交流發電機與轉接工裝的連接端面的滑油隔離，使交流發電機在高速旋轉時交流發電機內滑油與轉接工裝內滑油不會相互滲透，保證轉接工裝正常的潤滑冷卻以及交流發電機的正常供油，所述轉接工裝具備兩套獨立的供油迴路，一路為交流發電機供油，另一路為轉接工裝高速軸承冷卻潤滑供油，兩套油路相互隔離，互不影響，其中滑油冷熱的主要是模擬流入交流發電機滑油的狀態，對進入交流發電機滑油的溫度、流量進行控制，模擬交流發電機在不同滑油溫度、壓力、供油狀態時的工作特性。
[0011]所述交流發電機與轉接工裝的連接端面的滑油隔離採用旋轉密封方式實現。
[0012]所述拖動電機包括高速直流驅動電機及其傳動系統，通過其穩態性滿足交流發電機附件機匣的真實工作狀態的要求，真實模擬交流發電機的工作狀態，為交流發電機的性能測試和驗證提供可靠的依據。
[0013]所述交流發電機測試系統可用於交流發電機的性能試驗、模擬發動機附件機匣工況仿真試驗、短路故障模擬試驗、斷路故障模擬試驗、高溫工作試驗、低溫工作試驗、長壽命考核試驗；可用於功率變換器的性能試驗、模擬FADEC負載狀態仿真試驗、環境試驗、電磁兼容試驗、環境應力篩選試驗；可用於交流發電機及功率變換器匹配後的性能試驗、綜合故障試驗、綜合可靠性試驗、參與系統集成半物理仿真試驗，並可用於交流發電機及功率變換器的性能驗收。
[0014]所述控制計算機安裝有測試軟體，測試軟體採用文檔/視圖結構開發，採用Visual C++語言和MFC類庫，結合NI公司的Measurement Stud1虛擬儀表控制項進行界面設計，採用面向對象的程序設計技術，測試系統軟體採用模塊化設計，包含由主界面、高速電機界面、滑油系統界面、參數校準界面、故障診斷界面、數據回放界面、剖面設置、後臺資料庫構成的界面和模塊。
[0015]本發明與現有技術相比具有如下優點:本發明拋棄了傳統的低速電機帶升速箱的方式，採用高速直驅傳動系統為交流發電機提供動力。高速直驅傳動系統動、穩態性能滿足附件機匣真實工作狀態的要求，可真實模擬交流發電機的工作狀態，為交流發電機的性能測試和驗證提供可靠的依據。
[0016]本發明交流發電機測試系統可用於交流發電機的性能試驗、模擬發動機附件機匣工況仿真試驗、短路故障模擬試驗、斷路故障模擬試驗、高溫工作試驗、低溫工作試驗、長壽命考核試驗；可用於功率變換器的性能試驗、模擬FADEC負載狀態仿真試驗、環境試驗、電磁兼容試驗、環境應力篩選試驗；可用於交流發電機及功率變換器匹配後的性能試驗、綜合故障試驗、綜合可靠性試驗、參與系統集成半物理仿真試驗，並可用於交流發電機及功率變換器的性能驗收。
[0017]本發明交流發電機測試系統整體上採用模塊化設計，方便集成和維護，同時將試驗流程標準化、試驗過程自動化、試驗結果規範化，極大地提高了試驗效率和試驗結果的一致性和可靠性，整體性能滿足設計要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明交流發電機的測試系統的原理方框圖。
具體實施例
[0019]下面結合附圖對本發明交流發電機的測試系統進行詳細描述。
[0020]如圖1，本發明交流發電機的測試系統，是模擬航空發動機數控系統專用交流發電機及功率變換器的工作狀態，自動調節負載參數，並對被試產品的各種參數進行採集，生成報表，所述交流發電機的測試系統包括控制計算機、測控單元、原動機單元、轉接工裝、功率變換器、冷卻及加熱系統，原動機單元包括拖動電機和驅動器，轉接工裝連接待測試件，待測試件為交流發電機，拖動電機為高速驅動拖動電機，拖動電機為待測試件交流發電機提供運轉動力，轉接工裝用於模擬附件機匣，控制計算機按照發動機附件機匣的工作狀態，控制高速驅動拖動電機進行運轉，同時通過冷卻及加熱系統，根據工作狀態，為拖動電機及轉接工裝和待測試件交流發電機進行冷卻，並可對待測試件進行加溫，測控單元用於交流發電機性能試驗驗證、驗收以及參與試驗聯試，其中測控單元還根據交流發電機的測試系統的要求對交流發電機以及功率變換器試驗中的溫度、壓力、流量、電壓、電流、頻率、報警的信號進行數據採集並控制，實現監控及控制所述拖動電機。
[0021 ] 其中交流發電機的測試系統還包括拖動電機、拖動電機控制櫃、參數測試櫃、電子負載，測控單元包括數據採集計算機，控制計算機通過驅動器控制拖動電機，數據採集計算機採集拖動電機的扭矩及轉速、交流發電機與功率變換器的殼體溫度、環境溫度和電子程控負載信號，通過第一處理單元採集交流發電機線電壓、相電流及其控制信號，通過第二處理單元採集功率變換器的電壓、電流、頻率。
[0022]交流發電機與轉接工裝的連接端面的滑油隔離，使交流發電機在高速旋轉時交流發電機內滑油與轉接工裝內滑油不會相互滲透，保證轉接工裝正常的潤滑冷卻以及交流發電機的正常供油，所述轉接工裝具備兩套獨立的供油迴路，一路為交流發電機供油，另一路為轉接工裝高速軸承冷卻潤滑供油，兩套油路相互隔離，互不影響，其中滑油冷熱的主要是模擬流入交流發電機滑油的狀態，對進入交流發電機滑油的溫度、流量進行控制，模擬交流發電機在不同滑油溫度、壓力、供油狀態時的工作特性。其中交流發電機與轉接工裝的連接端面的滑油隔離採用旋轉密封方式實現。
[0023]拖動電機包括高速直流驅動電機及其傳動系統，通過其穩態性滿足交流發電機附件機匣的真實工作狀態的要求，真實模擬交流發電機的工作狀態，為交流發電機的性能測試和驗證提供可靠的依據。
[0024]交流發電機測試系統可用於交流發電機的性能試驗、模擬發動機附件機匣工況仿真試驗、短路故障模擬試驗、斷路故障模擬試驗、高溫工作試驗、低溫工作試驗、長壽命考核試驗；可用於功率變換器的性能試驗、模擬FADEC負載狀態仿真試驗、環境試驗、電磁兼容試驗、環境應力篩選試驗；可用於交流發電機及功率變換器匹配後的性能試驗、綜合故障試驗、綜合可靠性試驗、參與系統集成半物理仿真試驗，並可用於交流發電機及功率變換器的性能驗收。
[0025]控制計算機安裝有測試軟體，測試軟體採用文檔/視圖結構開發，採用VisualC++語言和MFC類庫，結合NI公司的Measurement Stud1虛擬儀表控制項進行界面設計，採用面向對象的程序設計技術，測試系統軟體採用模塊化設計，包含由主界面、高速電機界面、滑油系統界面、參數校準界面、故障診斷界面、數據回放界面、剖面設置、後臺資料庫構成的界面和模塊。
[0026]本發明交流發電機的測試系統的關鍵技術是:
[0027]1、25000RPM 高速直驅:
[0028]本發明拋棄了傳統的低速電機帶升速箱的方式，採用25000RPM高速直驅傳動系統為交流發電機提供動力。高速直驅傳動系統動、穩態性能滿足附件機匣真實工作狀態的要求，可真實模擬交流發電機的工作狀態，為交流發電機的性能測試和驗證提供可靠的依據。
[0029]2、交流發電機附件機匣環境的仿真:轉接工裝用於模擬附件機匣與交流發電機的機械連接接口和交流發電機供油迴路。轉接工裝具備兩套獨立的供油迴路，一路為交流發電機供油，另一路為轉接工裝高速軸承冷卻潤滑供油，兩套油路相互隔離，互不影響。交流發電機與轉接工裝連接端面的滑油隔離採用旋轉密封方式，使交流發電機在高速旋轉時交流發電機內滑油與轉接工裝內滑油不會相互滲透，既保證了轉接工裝正常的潤滑冷卻，又保證了交流發電機的正常供油。
[0030]3、滑油冷熱模擬:滑油冷熱模擬主要是模擬流入交流發電機滑油的狀態，可對進入交流發電機滑油的溫度，流量等進行控制，模擬交流發電機在不同滑油溫度、壓力、供油狀態時的工作特性。
[0031]4、測試軟體:軟體採用文檔/視圖結構開發，採用Visual C++語言和MFC類庫，結合NI公司的Measurement Stud1虛擬儀表控制項進行界面設計,採用面向對象的程序設計技術，軟體可靠性好，並具有一定的通用性和可擴展性，能兼顧後續發展。測試系統軟體採用模塊化設計，包含主界面、高速電機界面、滑油系統界面、參數校準界面、故障診斷界面、數據回放界面、剖面設置、後臺資料庫等界面和模塊，並具備完善的保護功能。
[0032]本發明拖動電機及其控制:
[0033]供電電壓:三相AC380V ;轉速範圍:(250?25000)r/min，由起點到最高轉速無級可調，最高轉速可以自由限幅；功率範圍:全轉速範圍不小於1kW(負載扭矩不小於4N.M)；控制功能:拖動臺設有手動/自動兩種調節方式，自動狀態採用上位機控制，手動狀態採用旋鈕控制，拖動臺上並帶有接口可供他機控；穩態指標:採樣周期不大於10ms下,轉速制穩態不大於±0.1% ;(按變頻器內部採集值考核)
[0034]動態指標:高速電機空載額定轉速的5%階躍響應時間不大於200ms ;(50%、60%、80%，90%四個點考核升速和降速動態。)轉向:從電動機輸出端向後看，為逆時針(可反向運行)；冷卻:自帶冷卻液強迫液冷；冷卻液為航空潤滑油4050。進入交流發電機轉接座冷卻油溫度低於55°C，進入被試交流發電機的油溫可控升溫和降溫，溫度範圍為(20?150) °C，流量可按照試驗要求隨轉速自動變化，並可滿足長期運行；輸出軸跳動量:輸出軸帶轉接座後，轉接座的輸出軸徑向跳動量不大於±0.03mm;工作制:適應SI (連續)，能連續工作至少15小時；保護功能:對拖動電機過載、過流、過溫進行處理並保護；電磁兼容:滿足國標相關電磁兼容要求；不影響其它設備、儀表正常工作。
【權利要求】
1.一種交流發電機的測試系統，其特徵在於:所述交流發電機的測試系統是模擬航空發動機數控系統專用交流發電機及功率變換器的工作狀態，自動調節負載參數，並對被試產品的各種參數進行採集，生成報表， 所述交流發電機的測試系統包括控制計算機、測控單元、原動機單元、轉接工裝、功率變換器、冷卻及加熱系統，原動機單元包括拖動電機和驅動器，轉接工裝連接待測試件，待測試件為交流發電機，拖動電機為高速驅動拖動電機， 拖動電機為待測試件交流發電機提供運轉動力，轉接工裝用於模擬附件機匣，控制計算機按照發動機附件機匣的工作狀態，控制高速驅動拖動電機進行運轉，同時通過冷卻及加熱系統，根據工作狀態，為拖動電機及轉接工裝和待測試件交流發電機進行冷卻，並可對待測試件進行加溫，測控單元用於交流發電機性能試驗驗證、驗收以及參與試驗聯試， 其中測控單元還根據交流發電機的測試系統的要求對交流發電機以及功率變換器試驗中的溫度、壓力、流量、電壓、電流、頻率、報警的信號進行數據採集並控制，實現監控及控制所述拖動電機。
2.根據權利要求1所述交流發電機的測試系統，其特徵在於:所述交流發電機的測試系統還包括拖動電機、拖動電機控制櫃、參數測試櫃、電子負載，測控單元包括數據採集計算機，控制計算機通過驅動器控制拖動電機，數據採集計算機採集拖動電機的扭矩及轉速、交流發電機與功率變換器的殼體溫度、環境溫度和電子程控負載信號，通過第一處理單元採集交流發電機線電壓、相電流及其控制信號，通過第二處理單元採集功率變換器的電壓、電流、頻率。
3.根據權利要求1 所述交流發電機的測試系統，其特徵在於:所述交流發電機與轉接工裝的連接端面的滑油隔離，使交流發電機在高速旋轉時交流發電機內滑油與轉接工裝內滑油不會相互滲透，保證轉接工裝正常的潤滑冷卻以及交流發電機的正常供油，所述轉接工裝具備兩套獨立的供油迴路，一路為交流發電機供油，另一路為轉接工裝高速軸承冷卻潤滑供油，兩套油路相互隔離，互不影響，其中滑油冷熱的主要是模擬流入交流發電機滑油的狀態，對進入交流發電機滑油的溫度、流量進行控制，模擬交流發電機在不同滑油溫度、壓力、供油狀態時的工作特性。
4.根據權利要求3所述交流發電機的測試系統，其特徵在於:所述交流發電機與轉接工裝的連接端面的滑油隔離採用旋轉密封方式實現。
5.根據權利要求1所述交流發電機的測試系統，其特徵在於:所述拖動電機包括高速直流驅動電機及其傳動系統，通過其穩態性滿足交流發電機附件機匣的真實工作狀態的要求，真實模擬交流發電機的工作狀態，為交流發電機的性能測試和驗證提供可靠的依據。
6.根據權利要求1所述交流發電機的測試系統，其特徵在於:所述交流發電機測試系統可用於交流發電機的性能試驗、模擬發動機附件機匣工況仿真試驗、短路故障模擬試驗、斷路故障模擬試驗、高溫工作試驗、低溫工作試驗、長壽命考核試驗；可用於功率變換器的性能試驗、模擬FADEC負載狀態仿真試驗、環境試驗、電磁兼容試驗、環境應力篩選試驗；可用於交流發電機及功率變換器匹配後的性能試驗、綜合故障試驗、綜合可靠性試驗、參與系統集成半物理仿真試驗，並可用於交流發電機及功率變換器的性能驗收。
7.根據權利要求1所述交流發電機的測試系統，其特徵在於:所述控制計算機安裝有測試軟體，測試軟體採用文檔/視圖結構開發，採用Visual C++語言和MFC類庫，結合NI公司的Measurement Stud1虛擬儀表控制項進行界面設計,採用面向對象的程序設計技術,測試系統軟體採用模塊化設計，包含由主界面、高速電機界面、滑油系統界面、參數校準界面、故障診斷界面、數據回 放界面、剖面設置、後臺資料庫構成的界面和模塊。
【文檔編號】G01R31/34GK104076280SQ201310103614
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月28日 優先權日:2013年3月28日
【發明者】田曉理 申請人:深圳市萬新科技有限公司