专利名称：一种齿轮箱转矩测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种齿轮箱转矩测试系统，尤其涉及一种通过控制绕线电机转子 励磁电流的进行齿轮箱转矩测试的系统。
背景技术：
随着风力发电、汽车制造等产业的不断发展，对于其中的核心零部件——齿轮 箱的性能要求越来越高。为了满足齿轮箱的性能测试，就需要设计出一套针对齿轮箱在不 同转速下，对其施加不同转矩的测试平台。比较常见的有两种方案第一种是用两台异步电 机分别作为发电机和电动机，如图1所示。通过全功率变频器分别控制两个电机，在要求的 速度下，对被测齿轮箱产生要求的转矩，从而测试齿轮箱的性能。第二种方案如图2所示， 是用两台同步电机分别作为发电机G2和电动机G1，G3是原动机。工作的时候，先将电动机 Gl和发电机G2的定子调整出一定角度，使得系统在运行中，电动机Gl的转子励磁角度滞后 于发电机G2的转子励磁角度，便于施加转矩。用G3将系统提升至要求转速。此时作为发 电机的发电机G2将发出的电送给电动机Gl，调节电动机Gl，发电机G2的励磁电流，就可以 实现在要求转速下，在被测齿轮箱中产生要求的转矩，达到测试的目的。在实际应用中，上述两种方案有如下缺点对于第一种异步电机方案，由于定子侧变频器是全功率工作，变频器的容量要同 电机容量匹配。在电机容量不大的时候，变频器中的电子元器件容易满足要求，但对于大中 容量电机(1500KW以上)，电子元器件的容量要求很高，使得变频器成本大幅提升，导致整 体方案造价过高。对于第二种同步电机方案，被测齿轮箱在测试中要承载很大的转矩，在齿轮箱的 各级齿轮面上以及机械轴上会产生一定的弹性变形，这就使得齿轮箱的输入轴与输出轴之 间产生一定的扭角。由于同步电机的电磁转矩同功率角和转子励磁电流相关，上述原因导 致电动机Gl转子同发电机G2转子的滞后励磁角度变大，使得功率角的调整范围变小，由于 同步电机励磁电流是直流励磁，转子励磁角度不可控，因此无法通过单独调整转子励磁电 流来达到要求的转矩，必须通过机械方法(转动同步电机外壳)调整同步电机定子角度，进 而改变转子励磁相位角来补偿功率角变化范围变小产生的影响。综上所述一种造价低，使用方便的齿轮箱转矩测试系统被研制是十分必要的。
发明内容针对上述同步电机和异步电机方案中齿轮箱试验台的问题，本实用新型提出了一 种通过控制绕线电机转子励磁电流的进行齿轮箱转矩测试的系统。本实用新型所采用的技 术手段如下一种齿轮箱转矩测试系统，包括电动机单元、发电机单元、原动机单元和被测齿轮 箱单元；其特征在于所述电动机单元包括电机Gl和变频器Cl，所述发电机单元包括电机G2 和变频器C2，且电动机单元和发电机单元中的电机为双馈电机；被测齿轮箱单元包括速比相同的被测齿轮箱Rl和被测齿轮箱R2，其中被测齿轮箱Rl和被测齿轮箱R2的低速端通过 法兰刚性连接，高速端分别连接到电动机单元和发电机单元中的电机上；所述原动机单元 中原动机G3同电机Gl或电机G2相连接，电机Gl和电机G2的定子电源接线互连接。在被测齿轮箱Rl和被测齿轮箱R2同电机Gl和电机G2的连接处设有扭矩传感器 Sl和扭矩传感器S2。在转动方向不变的前提下，通过改变变频器Cl和变频器C2的频率，从而调节电动 机单元和发电机单元中电机的转子励磁电流来改变转子励磁的相位角使电动机单元变为 发电机单元，发电机单元变为电动机单元。由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的齿轮箱转矩测试系统，同现有技术 相比其优点是显而易见的，具体如下1、与异步电机方案相比，本实用新型不需要采用全功率变频器来进行电机控制， 设备维护方便，大大节约设备成本。2、与同步电机方案相比，由于本实用新型电机转子励磁电流幅值和相位均可调 节，从而可以大范围调整转矩，使得设备可以在各种转矩下工作。本申请通过动态调节转子电流的频率及大小，来实现绕线电机的转矩控制，既解 决了上述问题，既保留了异步电机方案的控制精度好、能量损失小优点，又保留了同步电机 方案的设备成本低的优点。基于其结构简单，便于生产，而且成本低廉适于在齿轮箱转矩测 试领域广泛推广。
图1为异步电机方案单线图；图2为同步电机方案单线图；图3为本实用新型实施例的电气配置简图。
具体实施方式
本实用新型采用控制绕线电机(双馈电机)的转子励磁电流来调整转子励磁相位 角和强度，进而控制电机的转矩，实现齿轮箱的转矩测试。如图3所示，所述齿轮箱转矩测试系统，被测齿轮箱Rl和被测齿轮箱R2为速比相 同的两个被测齿轮箱。被测齿轮箱Rl和被测齿轮箱R2的低速端通过法兰刚性对接，高速 端分别连接到电机Gl和电机G2上；扭矩传感器Sl和扭矩传感器S2为扭矩传感器，可以检 测被测齿轮箱Rl和被测齿轮箱R2高速轴上产生的转矩；将电机Gl和电机G2的定子电源 接线互连，变频器C3为控制原动机G3的变频器，主要是为整个系统的能量损失提供补偿， 同时也用来调节整个系统的转速。当原动机G3拖动系统到达一定转速的情况下，对于发电 机G2来说，就会在定子侧产生交流电源。该电源通过连接传递给电动机电机Gl的定子。变 频器Cl和变频器C2为控制双馈电机的变频器，通过调节转子励磁电流来改变转子励磁的 相位角，当励磁电流频率为零时，在电机Gl和电机G2的转子形成稳定的磁场，此时转子励 磁相位角保持稳定不变。此时通过改变励磁电流的幅值可以调整转子励磁的强度，进而改 变电机产生的转矩；当需要调整转子励磁角度时，只需调整转子变频器的输出励磁电流即 可实现。通过上述方法即可改变电磁转矩及励磁角度，从而实现在各个要求的转矩下，进行
4测试的目的。在对其中一个齿轮箱测试完毕后，对另一个齿轮箱进行测试可在转动方向不 变的前提下，通过改变变频器Cl和变频器C2的输出电流频率和幅值，以调节电动机单元1 和发电机单元2中电机的转子励磁电流来改变转子励磁的相位角使电动机单元1变为发电 机单元，发电机单元2变为电动机单元，已达到对另一齿轮箱性能进行测试的目的。
以下结合附图和一个实施例对本实用新型作进一步说明本实用新型所实现的一种齿轮箱转矩测试系统，如图3所示，其中电动机单元1的 Gl定子接线与发电机单元2的G2定子接线通过接触器Kl相连，变频器Cl与变频器C2的 进线侧同时接到690V交流电网上。电动机单元1的Gl转子同发电机单元2的G2转子通 过联轴器刚性连接到被测齿轮箱单元4的两个输入端上。原动机单元3中的变频器C3进 线侧同690V交流电网相连，原动机G3的转子与发电机单元2中的G2转子通过联轴器刚性 连接两个双馈电机Gl和G2分别作为电动运行和发电运行。双馈电机容量为3400KW， 定子额定电压为750V，定子额定电流为2978A，定子频率范围为0 75Hz，转子开路电压为 10050V，转子电流为246A。原动机G3容量为630KW，额定电压为690V，转速调节范围为0 2200r/min。在对齿轮箱进行测试时，首先合上接触器K1，使电机Gl和电机G2的定子对接。调 节变频器Cl和变频器C2输出电流的频率和幅值，使得输出电流频率为零，这时电机Gl和 电机G2的转子励磁相位角保持稳定不变。然后调节变频器C3的输出电流，使原动机G3将 整个系统拖动到要求的被测转速上。调整变频器Cl和变频器C2的输出电流的频率可以改 变电机Gl和电机G2转子励磁相位差，调整变频器Cl和变频器C2的输出电流的大小可以 改变电机Gl和电机G2转子励磁强度。根据旋转电机的特性，通过改变转子励磁相位差以 及励磁强度即可改变电机Gl和电机G2之间的转矩。为了使电机Gl作为电动机运行，电机 G2作为发电机运行，进一步调整变频器Cl和变频器C2输出电流的频率，使电机G2的转子 励磁相位角超前于电机Gl的转子励磁相位角。当电机Gl和电机G2的转子励磁稳定后，即 可进行测试。在实施例中，在电机(电机G1、电机G2)的定子及转子接线处，配有电流电压互感 器(精度为0. 2级)，可以将电机定子和转子的实际电流电压值返回给主控系统，用来计算 转子励磁磁场的实际相角和幅值。变频器Cl、变频器C2、变频器C3采用的是西门子公司 6SE70系列产品，电机转子励磁电流幅值和相角给定通过调节变频器输出电流的频率和幅 值实现。电机轴处安装转速编码器，将电机实际转速反馈给变频器。通过安装在高速轴上 的转矩仪测取电机的实际输出转矩，并将信号返回给主控系统，用来进行闭环控制。根据测试要求，通过调节变频器Cl、变频器C2、变频器C3的输出电流幅值和频率， 使得整个系统在不同转速下，在被测齿轮箱上产生要求的转矩，便可以实现整个齿轮箱的 测试。电气系统需要检测电机Gl和电机G2的转速、电机Gl和电机G2的输出转矩、电机Gl 和电机G2定子转子电流电压等电气参数，并通过主控制单元中的转矩转速控制模型参与 运算，使得整个系统运行稳定，可以达到较好的性能指标。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型 的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种齿轮箱转矩测试系统，包括电动机单元(1)、发电机单元(2)、原动机单元(3)和被测齿轮箱单元(4)；其特征在于所述电动机单元(1)包括电机G1和变频器C1，所述发电机单元(2)包括电机G2和变频器C2，且电动机单元(1)和发电机单元(2)中的电机为双馈电机；被测齿轮箱单元(4)包括速比相同的被测齿轮箱R1和被测齿轮箱R2，其中被测齿轮箱R1和被测齿轮箱R2的低速端通过法兰刚性连接，高速端分别连接到电动机单元(1)和发电机单元(2)中的电机上；所述原动机单元(3)中原动机G3同电机G1或电机G2相连接，电机G1和电机G2的定子电源接线互连接。
2.根据权利要求1所述的齿轮箱转矩测试系统，其特征在于在被测齿轮箱Rl和被测齿 轮箱R2同电机Gl和电机G2的连接处设有扭矩传感器Sl和扭矩传感器S2。
3.根据权利要求1或2所述的齿轮箱转矩测试系统，其特征在于在转动方向不变的前 提下，通过改变变频器Cl和变频器C2的频率，从而调节电动机单元⑴和发电机单元⑵ 中电机的转子励磁电流来改变转子励磁的相位角使电动机单元(1)变为发电机单元，发电 机单元(2)变为电动机单元。专利摘要本实用新型公开了一种齿轮箱转矩测试系统，包括电动机单元、发电机单元、原动机单元和被测齿轮箱单元；其特征在于所述电动机单元包括电机G1和变频器C1，所述发电机单元包括电机G2和变频器C2，且电动机单元和发电机单元中的电机为双馈电机；被测齿轮箱单元包括速比相同的被测齿轮箱R1和被测齿轮箱R2，其中被测齿轮箱R1和被测齿轮箱R2的低速端通过法兰刚性连接，高速端分别连接到电动机单元和发电机单元中的电机上；所述原动机单元中原动机G3同电机G1或电机G2相连接，电机G1和电机G2的定子电源接线互连接。该系统，具有结构简单，便于生产，而且成本低廉适于在齿轮箱转矩测试领域广泛推广。
文档编号G01L3/00GK201662454SQ20102015020
公开日2010年12月1日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者张乐, 曲非, 白永昕, 闻宇 申请人:大连华锐股份有限公司