一種齒輪箱轉矩測試系統的製作方法
2023-05-13 04:52:51 1
專利名稱：一種齒輪箱轉矩測試系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於齒輪箱測試技術領域，尤其涉及一種齒輪箱轉矩測試系統。
背景技術：
隨著風力發電機組、汽車製造等產業的不斷發展，對於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，就需要設計出一套針對齒輪箱在不同轉速下，對其施加不同轉矩的測試平臺。為此，現有技術提供了一種齒輪箱轉矩測試系統，如圖1所示，其包括兩臺分別作為發電機和電動機的異步電機，並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，分別產生要求的轉矩給相應的被測齒輪箱，從而實現對齒輪箱性能的測試。 該系統雖然測試精度高，卻由於定子側變頻器是全功率工作，使得其應用於3MW以上的大功率設備中時，對電子元器件容量的要求高，不易實現，且提高了設備成本。
現有技術還提供了另一種齒輪箱轉矩測試系統，如圖2所示，其包括兩臺同步電機分別作為發電機和電動機，並包括一臺異步電機作為原動機。該系統在工作時，先將兩臺同步電機的定子調整出一定角度，使得系統在運行中，一臺同步電機的轉子勵磁角度滯後於另一臺同步電機的轉子勵磁角度，便於施加轉矩。用異步電機將系統提升至要求轉速，此時作為發電機的同步電機將發電送給作為電動機的同步電機，調節兩臺同步電機的勵磁電流，就可在要求轉速下，在被測齒輪箱中產生要求的轉矩，達到測試目的。該系統雖然克服了前一測試系統成本高的問題，但由於被測齒輪箱在測試中會產生很大的彈性變形，導致兩臺同步電機之間勵磁角度差變大，使得功率角的變化範圍變小，而同步電機的電磁轉矩同功率角和轉子勵磁電流相關，因此無法通過單獨調整轉子勵磁電流來達到要求的轉矩， 必須通過機械方法調整同步電機定子角度，來補償功率角變化範圍變小產生的影響，操作繁瑣。
發明內容
本發明實施例的目的在於提供一種齒輪箱轉矩測試系統，以解決現有技術提供的齒輪箱轉矩測試系統或者成本高、或者操作繁瑣的問題。具體地，一種齒輪箱轉矩測試系統，所述系統包括第一同步電機，置於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，置於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，連接所述異步電機並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子單繞組同步電機，或所述第二同步電機包括分別作為轉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子單繞組同步電機，或所述第一同步電機包括分別作為轉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子勵磁繞組的第一主繞組和第一副繞組時， 所述系統還包括連接所述第一主繞組並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並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，用於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子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組時， 所述系統還包括連接所述第二主繞組並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並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，用於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與所述第二同步電機的定子電源線連接的。上述系統中，所述第一扭矩傳感器用於檢測所述第一同步電機的輸出轉矩，所述第二扭矩傳感器用於檢測所述第二同步電機的輸出轉矩。當所述第一同步電機包括分別作為轉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子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組時，通過調節所述第一供電單元、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發電機和電動機的任意轉換；所述控制單元用於在測試開始後，調節所述第一供電單元輸出的電流，使得所述異步電機將系統拖動到要求的被測轉速；之後調節所述第一供電單元、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，根據所述第一扭矩傳感器和第二扭矩傳感器反饋的轉矩大小，以改變所述第一同步電機和第二同步電機轉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矩並滿足測試要求。相較於現有技術提供的齒輪箱轉矩測試系統，本發明提供的齒輪箱轉矩測試系統分別採用主繞組和副繞組進行勵磁，由於主繞組和副繞組在空間上為正交分布，分別調節主繞組和副繞組的勵磁大小，即可調節系統輸出轉矩滿足測試要求，而無需外用機械方法調整同步電機定子角度來實現補償，操作簡便，測試精度高且成本低。
圖1是現有技術提供的一種齒輪箱轉矩測試系統的原理圖；圖2是現有技術提供的另一種齒輪箱轉矩測試系統的原理圖；圖3是本發明提供的齒輪箱轉矩測試系統的原理圖；圖4是公知的同步電機轉子主繞組勵磁、副繞組勵磁以及合成勵磁的關係圖。
具體實施例方式為 了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。圖3示出了本發明提供的齒輪箱轉矩測試系統的原理。本發明提供的齒輪箱轉矩測試系統包括第一同步電機1 ；置於第一同步電機1和第一被測齒輪箱之間的第一扭矩傳感器4，用於檢測第一同步電機1的輸出轉矩；第二同步電機5 ；置於第二同步電機5和第二被測齒輪箱之間的第二扭矩傳感器8，用於檢測第二同步電機5的輸出轉矩；異步電機9 ；連接異步電機9並向異步電機9供電的第五供電單元 10，第五供電單元10優選為一變頻器；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。與現有技術不同，其中的第一同步電機1包括分別作為轉子勵磁繞組的第一主繞組和第一副繞組，第二同步電機5包括分別作為轉子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組，該齒輪箱轉矩測試系統還包括連接第一主繞組並向第一主繞組供電的第一供電單元 2 ；連接第一副繞組並向第一副繞組供電的第二供電單元3 ；連接第二主繞組並向第二主繞組供電的第三供電單元6 ；連接第二副繞組並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。本發明提供的該齒輪箱轉矩測試系統中，由於同步電機分別採用了主繞組和副繞組的結構，測試過程中，根據所需轉速的大小，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，從而調節主繞組勵磁和副繞組勵磁合成的合成勵磁大小及相角，實現同步電機輸出轉矩大小的控制，進而實現對齒輪箱轉矩的控制。如圖4示出了主繞組勵磁、副繞組勵磁以及合成勵磁的關係，其中，Φ1為主繞組勵磁，Φ2為副繞組勵磁，Φ為合成勵磁。本發明中，與異步電機9連接的同步電機作為發電機，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作為發電機，第二同步電機5作為電動機。在測試時，控制單元11用於調節第一供電單元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小；之後，控制單元11用於調節第五供電單元10向異步電機9供電的電流，使得異步電機9將系統拖動到要求的被測轉速；之後，根據第一扭矩傳感器4和第二扭矩傳感器8反饋的轉矩大小，調節第一供電單元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的輸出轉矩滿足測試要求。
由於現有技術提供的另一種齒輪箱轉矩測試系統是採用單繞組勵磁，轉子勵磁角不可控，因此，由於齒輪箱形變使同步電機功率角調整範圍變小，轉子滯後勵磁角度的變化無法通過調節轉子勵磁進行補償，無法實現大功率加載測試。而本發明提供的齒輪箱轉矩測試系統中，由於第一同步電機1和第二同步電機5分別採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，分別調節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，從而調節主繞組勵磁和副繞組勵磁合成的合成勵磁大小及相角，實現同步電機輸出轉矩大小的控制，即可調節系統輸出轉矩滿足測試要求，而無需外用機械方法調整同步電機定子角度來實現補償，操作簡便，測試精度高且成本低。為了提高系統的可靠性，該齒輪箱轉矩測試系統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K與第二同步電機5的定子電源線連接的。而對於本發明提供的上述齒輪箱轉矩 測試系統，也可以將第一同步電機1或第二同步電機5替換為普通的轉子單繞組同步電機，相應地，該系統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，其餘的結構及各部分連接關係如上所述。下面舉例說明上述系統的測試過程，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，定子頻率範圍為0-50HZ， 轉子主繞組勵磁電流為993A，轉子副繞組勵磁電流為993A，轉速調節範圍為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，調節第一供電單元2和第三供電單元6輸出電流的大小；之後，調節第五供電單元10輸出電流，使得異步電機9將系統拖動到被測轉速；當系統在被測齒輪箱加載後由於產生機械形變而導致第一同步電機1和第二同步電機5的轉子相位角相差過大時，控制單元11通過調節第一供電單元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，調節第一同步電機1和第二同步電機5的轉子合成勵磁的角度和幅值，根據旋轉電機的特性，可以間接改變第一同步電機1和第二同步電機5的轉子勵磁相位差以及勵磁強度，即可調節第一同步電機1和第二同步電機5分別輸出的轉矩滿足被測要求。相較於現有技術提供的齒輪箱轉矩測試系統，本發明提供的齒輪箱轉矩測試系統分別採用主繞組和副繞組進行勵磁，由於主繞組和副繞組在空間上為正交分布，分別調節主繞組和副繞組的勵磁大小，即可調節系統輸出轉矩滿足測試要求，而無需外用機械方法調整同步電機定子角度來實現補償，操作簡便，測試精度高且成本低。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種齒輪箱轉矩測試系統，所述系統包括第一同步電機，置於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，置於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，連接所述異步電機並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，其特徵在於，所述第一同步電機包括分別作為轉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子單繞組同步電機，或所述第二同步電機包括分別作為轉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子單繞組同步電機，或所述第一同步電機包括分別作為轉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子勵磁繞組的第一主繞組和第一副繞組時，所述系統還包括連接所述第一主繞組並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並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，用於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子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組時，所述系統還包括連接所述第二主繞組並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並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，用於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.如權利要求1所述的齒輪箱轉矩測試系統，其特徵在於，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.如權利要求1所述的齒輪箱轉矩測試系統，其特徵在於，所述第五供電單元是一變頻器。
4.如權利要求1所述的齒輪箱轉矩測試系統，其特徵在於，所述系統還包括一接觸器， 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與所述第二同步電機的定子電源線連接的。
5.如權利要求1至4任一項所述的齒輪箱轉矩測試系統，其特徵在於，所述第一扭矩傳感器用於檢測所述第一同步電機的輸出轉矩，所述第二扭矩傳感器用於檢測所述第二同步電機的輸出轉矩。
6.如權利要求5所述的齒輪箱轉矩測試系統，其特徵在於，當所述第一同步電機包括分別作為轉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子勵磁繞組的第二主繞組和第二副繞組時，通過調節所述第一供電單元、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發電機和電動機的任意轉換；所述控制單元用於在測試開始後，調節所述第一供電單元輸出的電流，使得所述異步電機將系統拖動到要求的被測轉速；之後調節所述第一供電單元、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，根據所述第一扭矩傳感器和第二扭矩傳感器反饋的轉矩大小，以改變所述第一同步電機和第二同步電機轉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矩並滿足測試要求 。
全文摘要
本發明公開了一齒輪箱轉矩測試系統，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，該系統採用主繞組和副繞組進行勵磁，分別調節主繞組和副繞組的電流大小，進而調整同步電機轉子合成勵磁幅值和相角，即可調節系統輸出轉矩滿足測試要求。
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 優先權日2011年10月17日
發明者張樂, 白永昕, 聞宇 申請人:大連華銳股份有限公司