专利名称：电加载装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种电加载装置，尤其是关于一种通过扭矩调节对发动机实行加载的电加载装置。
背景技术：
电加载装置，主要用于模拟汽车发动机运转时的各种工况，以此来测试汽车发动机的性能。一般地，市场上现在常用的电加载装置有磁粉制动器、磁滞测功机、电涡流测功机、直流电力测功机等。
在目前使用的各种电加载装置中，其中磁粉制动器因为滑差功率的限制，只能在低转速的场合中应用；磁滞测功机则只适用于小扭矩、高转速的场合；在传统的发动机测试台架中都使用电涡流测功机作为电加载装置，虽然设备初次投资相对较少，但电涡流测功机最大的缺点就是没有实现电能回馈功能，以至于该电加载装置非常耗电，使用成本相当昂贵，并且电涡流测功机需要冷却水对机器进行降温，使其结构也相当复杂。
近几年出现的基于直流电机的电加载装置克服了上述电涡流测功机耗电量大的缺点，该基于直流电机的电加载装置由直流电机、传感器以及加载控制器组成，其中加载控制器由电网控制单元、四象限直流调速器以及外部控制单元组成，在该基于直流电机的电加载装置运行时，电网交流电通过电网控制单元输入四象限直流调速器的输入端，经四象限直流调速器将交流电整流为直流电供给直流电机，由直流电机对被测发动机进行电加载，以达到测试发动机性能的目的。而且，目前这种基于直流电机的电加载装置，能够将直流电机加载运行时的发电能量回馈到电网，节约了大量能源，并且这种基于直流电机的电加载装置的控制简单，加载方便的特点也成为直流电加载装置突出的优点。
但是，直流电加载装置也具有它所不能解决的问题。一方面，基于直流电机的直流电加载装置的弱磁转速不高，使得在应用于发动机测试的高速应用场合中时需要对直流电加载装置增加升速机构，以适应高速测试场合中的应用，这样就会使其结构复杂，不利于在发动机测试中直接应用，并且会使成本增加；另一方面，基于直流电机的直流电加载装置，需要定期为直流电机更换电刷，这样就增加了维护量，并在一定程度上增加了使用成本。因此，如何解决需要额外增加升速机构，以及成本高的问题成为本领域内有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的直流电加载装置需要额外增加升速机构，不便于直接应用并且成本高的问题，提供一种不需要额外增加升速机构，便于直接应用的成本低的电加载装置。
本发明提供了一种电加载装置，所述电加载装置包括加载控制器、电机和传感器，其中，所述电机为交流变频电机，所述加载控制器包括电网控制单元、整流/回馈单元、逆变单元以及外部控制单元；所述电网控制单元、整流/回馈单元以及逆变单元依次连接，外部控制单元分别与电网控制单元、整流/回馈单元以及逆变单元的外部接口连接；加载控制器中的逆变单元的输出端与交流变频电机的输入端连接；所述交流变频电机的中心轴上连接有连轴器，所述传感器安装在连轴器上。
在本发明提供的电加载装置中，改变了现有技术中的基于直流电机的电加载装置，提供了一种基于交流变频电机的电加载装置，由于交流变频电机的最高转速要高于直流电机，所以就避免了电加载装置在高速场合中应用时需要额外增加升速机构，大大减少了电加载装置的使用成本。其次，交流变频电机不存在更换电刷的问题，减少了对于电加载装置的维护量以及维护成本。
图1为本发明所提供的电加载装置的组成部分的连接示意图；图2为电加载装置中加载控制器的各组成部分的连接示意图；图3为加载控制器中电网控制单元的各组成部分的连接示意图；图4为电网控制单元中变压器与电抗器和整流/回馈单元的连接示意图；图5为本发明的整流/回馈单元和逆变单元的结构图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
按照本发明提供的电加载装置，如图1所示，所述电加载装置包括加载控制器1，电机和传感器3，其中，所述电机为交流变频电机2，如图2所示，其中所述加载控制器1包括电网控制单元6、整流/回馈单元7、逆变单元9以及外部控制单元5；所述电网控制单元6、整流/回馈单元7以及逆变单元9依次连接，外部控制单元5分别与电网控制单元6、整流/回馈单元7以及逆变单元9的外部接口连接；加载控制器1中的逆变单元9的输出端与交流变频电机2的输入端连接；所述交流变频电机2的中心轴连接有连轴器，所述传感器3安装在连轴器上。
按照本发明提供的电加载装置，所述加载控制器1的作用是为交流变频电机2提供频率可变的交流电。如图2所示，所述加载控制器1包括电网控制单元6、整流/回馈单元7、逆变单元9以及外部控制单元5。电网控制单元6的输出端与整流/回馈单元7的输入端连接，整流/回馈单元7的输出端通过直流母线8与逆变单元9的输入端连接，所述直流母线8为大功率的电缆或铜排。外部控制单元5通过电缆分别与电网控制单元6、整流/回馈单元7以及逆变单元9的外部接线接口连接。
其中，所述电网控制单元6可以是任意的能实现控制主电路的通断并在电路发生短路及过流时对装置进行保护的装置。一般来说，所述电网控制单元6包括主开关10、熔断器11、接触器12、电抗器13以及变压器14，其连接方式参考图3及图4。所述主开关10、熔断器11、接触器12、电抗器13依次连接，电抗器13的输出端连接到整流/回馈单元7的输入端，变压器14的两端分别与电抗器13以及整流/回馈单元7连接。所述主开关10用于控制电网电源的通断；电网电流经过主开关后流入熔断器11，所述熔断器11用于在电路发生短路及过流情况时，对电路进行保护；所述接触器12用于控制电流是否经过电抗器13接入整流/回馈单元7的输入端；所述电抗器13用于使经过它而进入整流/回馈单元7的交流电的功率因数得到提高，并削弱电网短时尖峰电流，并且当整流/回馈单元7工作在回馈状态时，所述电抗器13可以有效地抑制电流的高次谐波，改善电压波形，以减小回馈到电网的电流对电网造成的污染；所述变压器14用于提高从所述整流/回馈单元7回馈到电网的电压，以使回馈到电网的电压达到与电网相匹配的效果，减少对电网的污染。其中，所述主开关10、熔断器11、接触器12、电抗器13选择其电流等级大于所选电机的电流等级，所述变压器14根据整流/回馈单元7选择适合的变压器。
所述整流/回馈单元7为任意的能够实现将交流电整流为直流电以及能够将发电能量回馈至电网的装置。一般地，如图5所示，所述整流/回馈单元7包括12只双向功率开关器件，构成整流桥和回馈桥，所述整流桥与回馈桥之间相互独立。当交流变频电机2工作在电动状态时，所述整流/回馈单元7的整流桥将电网电整流成直流电并传送至直流母线8，如图2所示电流流向；当交流变频电机2工作在发电状态时，所述整流/回馈单元7的回馈桥从直流母线8回馈电能到电网，其中所回馈的电能经过变压器14达到与电网电匹配的要求，并保证回馈过程与电网同步，回馈电流满足回馈功率的要求。
所述逆变单元9为任意的能够实现将直流电逆变为频率可变的交流电的装置。一般地，如图5所示，所述逆变单元9包括6只IGBT功率元件。在整流/回馈单元7将频率固定的电网交流电整流成直流电后，所述逆变单元9将取自直流母线8的直流电逆变成频率可调的三相交流电，提供给交流变频电机2。
所述外部控制单元5为任意的能够实现控制电加载装置的启停以及通过逆变单元9的外部接口调节对被测试发动机4所加载扭矩的大小的装置，可以为基于PC机的测控系统或基于PLC的测控系统，可以通过开关量、模拟量、数字量接口来控制电路的通断及调节逆变单元9的加载扭矩的大小。
根据本发明提供的电加载装置，可以根据被测发动机4选取合适转速的交流变频电机2，一般可以选取转速范围在0-6000转/分钟的交流变频电机，这样克服了现有技术中基于直流电机的电加载装置的转速低的缺点，无需另外增加升速机构就可以满足高转速场合的应用。
所述传感器3用于测量交流变频电机2加给被测发动机4传动轴上的负载扭矩，在使用本发明所述电加载装置时，要将传感器3与被测发动机4的输出轴连接。此外，因为在发动机测试中传动轴上的扭矩是动态变化的，需要进行动态测量，所以传感器3选取动态扭矩传感器，优选为相位差式动态扭矩传感器。所述交流变频电机2通过连轴器与被测发动机4连接，在所述连轴器上安装有所述动态扭矩传感器，用来监测交流变频电机2的加载扭矩，这样可以使工作人员在测试过程中实时监测被测发动机的状态。
在利用该装置对被测发动机4进行测试时，三相电网的交流电输入到加载控制器1的电网控制单元6的输入端给系统供电，使之处于运行准备状态。然后，外部控制单元5使逆变单元9工作在速度控制模式或扭矩控制模式，通过逆变单元9的数字量接口来控制电机的启停，通过逆变单元9的模拟量接口调节加载扭矩的大小，以模拟对被测发动机的负载大小，从而完成各种工况的实验要求。
当所述逆变单元9工作在速度控制模式时，所述交流变频电机2带动被测发动机4作同向运转时，交流变频电机2工作在电动状态，即转速方向与扭矩方向相同，电能的流向为交流电网→主开关10→熔断器11→接触器12→电抗器13→整流/回馈单元7→逆变单元9→交流变频电机2。
当所述逆变单元9工作在扭矩控制模式时，所述交流变频电机2对被测发动机4施加扭矩，交流变频电机2工作在发电状态，即转速方向与扭矩方向相反，所发电能回馈到电网，此时电能的流向为交流变频电机2→逆变单元9→整流/回馈单元7→变压器14→电抗器13→接触器12→熔断器11→主开关10→交流电网，从而形成能量回馈。
下面的实施例将对本发明做进一步说明。
实施例本实例说明本发明提供的电加载装置。
采用一台重庆德马变频电机研发有限公司型号为YVPCG280M2-67-A功率为132千瓦的交流变频电机，一台湖湘测控仪器有限公司型号为JZ-500扭矩为500牛·米的动态扭矩传感器，一台西门子公司生产的型号为6SE70功率为160千瓦的整流/回馈单元，及与之匹配的西门子公司生产的型号为6SE70功率为160千瓦的逆变单元和西门子公司生产的功率为1.7千瓦的变压器，加上匹配的西门子公司生产的型号为535A电抗器、西门子公司生产的型号为630A的接触器、西门子公司生产的型号为480A的熔断器，组成的交流电加载装置。
使用该交流电加载装置对一台三菱公司生产的型号为483功率为90千瓦的被测发动机进行性能测试。连续测试一个月，该装置从发动机怠速到最高转速之间均能很好的控制转速稳定在±10rpm范围内，与直流测功机效果相当而无需升速机构，且回馈平稳，对周围同一电网的其他电子设备的工作无影响。
权利要求
1.一种电加载装置，包括加载控制器(1)、电机和传感器(3)，其中，所述电机为交流变频电机(2)，所述加载控制器(1)包括电网控制单元(6)、整流/回馈单元(7)、逆变单元(9)以及外部控制单元(5)；所述电网控制单元(6)、整流/回馈单元(7)以及逆变单元(9)依次连接，外部控制单元(5)分别与电网控制单元(6)、整流/回馈单元(7)以及逆变单元(9)的外部接口连接；加载控制器(1)中的逆变单元(9)的输出端与交流变频电机(2)的输入端连接；所述交流变频电机(2)的中心轴上连接有连轴器，所述传感器(3)安装在连轴器上。
2.根据权利要求1所述装置，其中，所述电网控制单元(6)包括主开关(10)、熔断器(11)、接触器(12)、电抗器(13)以及变压器(14)，所述主开关(10)、熔断器(11)、接触器(12)、电抗器(13)依次连接，电抗器(13)的输出端连接到整流/回馈单元(7)的输入端，变压器(14)的两端分别与电抗器(13)以及整流/回馈单元(7)连接。
3.根据权利要求1所述装置，其中，所述整流/回馈单元(7)包括12只双向功率开关器件，构成整流桥和回馈桥，所述整流桥与回馈桥之间相互独立。
4.根据权利要求1所述装置，其中，所述逆变单元(9)包括6只IGBT功率元件。
5.根据权利要求1所述装置，其中，所述外部控制单元(5)为基于PC机的测控系统或基于PLC的测控系统，通过开关量、模拟量、数字量接口来控制电路的通断及调节逆变单元(9)的加载扭矩的大小。
6.根据权利要求1所述装置，其中，所述交流变频电机(2)的转速范围为0-6000转/分钟。
7.根据权利要求1所述装置，其中，所述传感器(3)为动态扭矩传感器。
8.根据权利要求7所述装置，其中，所述传感器(3)为相位差式动态扭矩传感器。
全文摘要
一种电加载装置，包括加载控制器(1)、电机和传感器(3)，其中，所述电机为交流变频电机(2)，所述加载控制器(1)包括电网控制单元(6)、整流/回馈单元(7)、逆变单元(9)以及外部控制单元(5)，所述交流变频电机(2)的中心轴上连接有连轴器，所述传感器(3)安装在连轴器上。本发明提供的基于交流变频电机的电加载装置，由于交流变频电机的最高转速要高于直流电机，所以就避免了电加载装置在高速场合中应用时需要额外增加升速机构，大大减少了电加载装置的使用成本。其次，交流变频电机不存在更换电刷的问题，减少了对于电加载装置的维护量以及维护成本。
文档编号G01M15/02GK1948936SQ20051010935
公开日2007年4月18日 申请日期2005年10月13日 优先权日2005年10月13日
发明者张文, 龙光展, 王鹏, 房杨, 张明朗 申请人:比亚迪股份有限公司