专利名称：柴油机工况模拟试验台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柴油机工况模拟试验台，用电封闭功率驱动系统及激振控制系统 模拟柴油机工况的试验台。
背景技术：
柴油机运行时，由于燃烧做功的不稳定性，所输出的转矩为变动转矩。一般试验台 配套电机的输出皆为恒定转矩，跟柴油机实际运行工况存在一定差别，这导致被试件在真 正配套柴油机使用时的一些特性参数与在一般试验台上测得的数据有所出入。一般试验台的驱动和加载系统采用开放式系统，即一台柴油机带动被试件，负荷 由水力测功器(电涡流测功器)加载，这种系统的不足之处是试验台所有的能量变成热能 消耗掉，大量浪费能源。因此出现了封闭式试验台，封闭式试验台是将负载的能量反馈到驱 动端，可以节约大约90 %的能源。常用的封闭系统有机械封闭系统和电封闭系统，机械封闭 系统受到被试件特性的限制，不能满足所有传动装置的试验需求，且加载机构复杂。因此，期望有一种通用性更强的电封闭系统。较佳地，期望该电封闭系统可以产生 模拟柴油机实际运行的变动转矩。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电封闭的柴油机工况模拟试验台。本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种柴油机工况模拟试验台，其 特征在于包括一电封闭功率驱动系统以及一激振系统，其中该电封闭功率驱动系统包括整 流单元、直流母线、第一逆变器、第二逆变器、驱动电机、以及加载电机，该整流单元的输入 端连接一交流电源，该整流单元的输出端连接该直流母线，该第一逆变器和该第二逆变器 连接该直流母线，该驱动电机的输入端连接该第一逆变器，该驱动电机的输出端连接试验 件的第一端，该加载电机的输入端连接试验件的第二端，该加载电机的输出端连接该第二 逆变器。该激振系统包括一激振电机，连接该加载电机以在试验件轴系上产生变动转矩。在本发明的一实施例中，上述的柴油机工况模拟试验台还包括变压器，以提供该 交流电源。在本发明的一实施例中，上述驱动电机与上述试验件之间设有变速齿轮箱。在本发明的一实施例中，上述加载电机与上述试验件之间设有变速齿轮箱。在本发明的一实施例中，上述激振电机为同步伺服电机。本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有如下显著优点1、使用电封闭系统的通用性更强，可以满足所有传动装置的试验要求；2、使用激振系统可以模拟柴油机实际运行的变动转矩。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明，其中图1示出本发明一实施例的电封闭功率驱动系统基本原理图。图2示出本发明一实施例的激振系统原理图。图3示出本发明一实施例的柴油机工况模拟试验台原理框图。图4示出本发明一实施例的柴油机工况模拟试验台布置图。图5示出本发明一实施例的激振频率IHz运行波形图(t = 3s)。图6示出本发明一实施例的激振频率20Hz运行波形图(t = 3s)。图7示出本发明一实施例的激振频率40Hz运行波形图(t = Is)。图8示出本发明一实施例的激振频率80Hz运行波形图(t = Is)。
具体实施例方式概要地说，本发明的柴油机工况模拟试验台可包括电封闭功率驱动系统及激振控 制系统。电封闭功率驱动系统用以构成一个动力驱动及负载能量回收的电力系统。激振 控制系统用以提供向电封闭功率驱动系统的轴系提供变动的扭矩，以模拟柴油机的实际工 况。图1示出本发明一实施例的电封闭功率驱动系统基本原理图。参照图1所示，电 封闭功率驱动系统10包括一驱动电机11、一加载电机12及配套的电气控制系统，例如直 流_交流的第一逆变器13、交流-直流的第二逆变器14、直流母线15、整流单元16以及变 压器17。此外，电封闭功率驱动系统10包括用以控制前述各个组件运行的控制系统18 (参 照图3所示)。变压器17连接IOKV的交流电，经过变压后提供690V的交流电。整流单元 16的输入端连接690V的交流电，输出端连接直流母线15。第一逆变器13和第二逆变器14 均连接直流母线15。其中第一逆变器13从直流母线15获取电力，而第二逆变器14向直流 母线15输送电力。驱动电机11的输入端连接第一逆变器13，由第一逆变器13供电。驱 动电机11的输出端连接试验件100的第一端。加载电机11是一个发电机，其输入端连接 试验件的第二端。加载电机11的输出端连接第二逆变器14，以向第二逆变器14提供交流 H1^ ο基于电封闭驱动系统的原理，且为了节能的目的，并降低设备的运行成本，本实施 例中采用变频系统直流母线的方案，使电能的使用形成内循环。同时，为了降低电机的体积 及重量，噪声及制造成本，本实施例选用690V的供电方案。在本实施例中，系统使用在直流母线15上进行功率平衡的电封闭方案，能量从较 小的整流单元16经直流母线15流向第一逆变器13，驱动电机11带动被试验件100 ；被试验 件100的能量由加载电机12经由第二逆变器14回直流母线15供第一逆变器13使用。由 此，加载电机12发出的电能直接送回到驱动电机11中，不必经过电网或经过电阻消耗掉， 从能量的角度，外界只需要供应以上循环中由于机械摩擦和电子元件损耗而变成热量的这 部分功率就可以使系统运转。这样电网仅仅提供试验台的机械和电气损耗，试验台的电能 消耗将大大降低。同时，电封闭驱动系统是将负载能量直接转换成电能再反馈到驱动电机， 对被试件没有特殊要求，满足所有的传动装置试验，加载方便，可以以多种特性加载。图3示出本发明一实施例的柴油机工况模拟试验台原理框图。参照图3所示，试 验件100上还连接测试系统30，以测量试验件在试验过程中的扭矩等参数。
图4示出本发明一实施例的柴油机工况模拟试验台布置图，以示出试验件100分 别与驱动电机11和加载电机12之间的机械结构。参照图4所示，驱动电机11通过联轴器 41连接变速齿轮箱42，变速齿轮箱42连接到试验件100。另外，试验件100通过变速齿轮 箱44连接到联轴器43，经联轴器43连接到加载电机12。图2示出本发明一实施例的激振系统原理图。参照图2所示，激振系统20包括同 步伺服电机21及配套控制器和软件模拟系统。图4亦示出同步伺服电机21与加载电机12 的机械连接。基于激振系统的原理，普通电机的电惯量太大，难以形成转矩的高振荡输出， 所以电机的选用以电惯量小为选取的标准。由于同步伺服电机的电惯量是最低的，所以激 振电机需要采用交流同步伺服电机。该系统可产生一定频率的变动转矩，当将其作为激振 源施加在加载电机上时，可将其产生的激振频率叠加在电封闭驱动系统的传动轴系上，在 轴系中产生变动转矩，以部分模拟柴油机的运行工况。图5-图8示出本发明不同实施例下 的使用各个激振频率运行时，在试验件的轴系上测得的波形图。下面例举本发明一实施例的试验台的配置参数，但本领域技术人员可知本发明并 不限于以下所列的参数。最大试验功率900kW ；驱动电机功率900kW(690V)；加载电机功率900kW(690V)；电机转速0 1800r/min可调；电机额定转矩6200Nm ；最大激振功率108kW(400V)；最高激振频率80Hz。通过增(减)速齿轮箱，最高转速可达3000r/min，可以满足传动装置900kW试验。驱动电机类型单出轴、强制风冷；加载电机类型双出轴、自循环风冷. 驱动电机和加载电机机座、端盖等由高牌号的铸铁整体铸造，并带内外散热筋；高 精度动平衡的铸铝转子，使用310矽钢片。驱动电机和加载电机轴承结构的设计全面考虑了轴承在不同转速下，不同负荷时 的运行和润滑状态，并设计不停机加脂和废油脂的储存。激振电机三相伺服电机，无框架稀土永磁同步电机，结构紧凑，带内置的光电编 码器，动态响应高、自循环水冷。本发明的试验台可实现对柴油机工况的仿真，对研究被试件在实际配套柴油机使 用中的性能表现有重大意义。同时，本发明与将柴油机直接作为动力源相比，不仅节能环 保，而且加载方便，可以以多种特性加载。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技 术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范 围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求
一种柴油机工况模拟试验台，其特征在于包括一电封闭功率驱动系统以及一激振系统，其中该电封闭功率驱动系统包括整流单元、直流母线、第一逆变器、第二逆变器、驱动电机、以及加载电机，该整流单元的输入端连接一交流电源，该整流单元的输出端连接该直流母线，该第一逆变器和该第二逆变器连接该直流母线，该驱动电机的输入端连接该第一逆变器，该驱动电机的输出端连接试验件的第一端，该加载电机的输入端连接试验件的第二端，该加载电机的输出端连接该第二逆变器；该激振系统包括一激振电机，连接该加载电机以在试验件轴系上产生变动转矩。
2.如权利要求1所述的柴油机工况模拟试验台，其特征在于，还包括变压器，以提供该 交流电源。
3.如权利要求1所述的柴油机工况模拟试验台，其特征在于，该驱动电机与该试验件 之间设有变速齿轮箱。
4.如权利要求1所述的柴油机工况模拟试验台，其特征在于，该加载电机与该试验件 之间设有变速齿轮箱。
5.如权利要求1所述的柴油机工况模拟试验台，其特征在于，该激振电机为同步伺服 电机。
全文摘要
本发明涉及一种柴油机工况模拟试验台，包括一电封闭功率驱动系统以及一激振系统，其中该电封闭功率驱动系统包括整流单元、直流母线、第一逆变器、第二逆变器、驱动电机、以及加载电机，该整流单元的输入端连接一交流电源，该整流单元的输出端连接该直流母线，该第一逆变器和该第二逆变器连接该直流母线，该驱动电机的输入端连接该第一逆变器，该驱动电机的输出端连接试验件的第一端，该加载电机的输入端连接试验件的第二端，该加载电机的输出端连接该第二逆变器。该激振系统包括一激振电机，连接该加载电机以在试验件轴系上产生变动转矩。
文档编号G01M13/02GK101881694SQ201010197350
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月10日 优先权日2010年6月10日
发明者孔曼军, 廖鹏, 王天驰, 王秋琦, 翁建斌, 金雅光, 高晓敏 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所