专利名称：一种交流电力测功机系统的制作方法
技术领域：
本新型涉及变频器、交流异步电动机及其配套系统在功率测试领域的应用，它涉及到交流电机矢量控制理论，直接转矩控制和内燃机测试的相关技术。
背景技术：
一直以来旋转机械如内燃机、电动机的功率测量大都采用水涡流和电涡流测功机系统进行测量。但水力、电涡流测功机的基本原理是将原动机产生的机械能转化成热能由水冷却后把热量带走，原动机发出的能量不能回收，浪费了能源。另外水涡流和电涡流测功机都只能起加载的作用，不可以倒拖原动机。难以实现全方位的试验检测。第三水涡流和电涡流测功机都存在相当的转动惯量，惯性大，难以满足越来越快的动态性能测试要求。
实用新型内容本实用新型提供一种交流电力测功机系统，由变频器和变频电机组成的交流异步电机等构成，其基本原理是把交流电力测功机作为动力机械试验的负载，运用直接转矩控制技术对电力测功机进行转矩控制。本实用新型为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是一种交流电力测功机系统，由上位机、采集箱、单片机测控单元、电源伺服单元、油门执行机构、旋转式动力机构、变频器、操作控制设定单元和测功机主机组成，采集箱与上位机相连，上位机通过RS232 接口与单片机测控单元相连，上位机通过RS485接口与变频器相连，单片机测控单元的信号输出端通过油门执行机构与旋转式动力机构连接，旋转式动力机构与测功机主机连接， 测功机主机中的转矩传感器的信号输出端与单片机测控单元连接，测功机主机中的编码器的信号输出端与变频器连接，变频器的控制信号输入端和控制信号输出端分别与单片机测控单元和测功机主机连接，变频器的测量信号输出端通过操作控制设定单元连接至单片机测控单元。本实用新型所述采集箱包括集线箱、高温传感器、压力传感器和低温传感器。本实用新型的有益效果是1、运用矢量控制技术，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，能对异步电动机进行转矩控制，实现测功机功能。2、作电力测功机时能处于发电状态，通过一定的装置将电能送回电网。3、由于异步电动机的控制结构简单，控制信号处理的物理概念明确，系统的转矩响应迅速而无超调，具有高静、动态性能。4、有节能环保，惯性低，动态特性好、承载能力强、能把原动机产生的机械能转化为电能回馈到内部电网，供其它设备使用。无需水冷油冷装置；调节方便；设备简单，占地少，惯性低，没有换向器的影响，能适用于高速运行；能够从零转速至额定转速实现恒扭矩特性，额定转速至最高转速实现恒功率特性；方便的实现双向加载，且可以作为动力拖动原动机。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的采集箱的结构示意图；图中1、上位机，2、采集箱，3、单片机测控单元，4、电源伺服单元，5、油门执行机构，6、旋转式动力机构，7、测功机主机，8、高温传感器，9、压力传感器，10、低温传感器，11、 集线箱，12、RS232接口，13、RS485接口，14、操作控制设定单元、15、变频器。
具体实施方式
如图所示，一种交流电力测功机系统，由上位机1、采集箱2、单片机测控单元3、电源伺服单元4、油门执行机构5、旋转式动力机构6、变频器15、操作控制设定单元14和测功机主机7组成，采集箱2与上位机1相连，上位机1通过RS232接口 12与单片机测控单元 3相连，上位机1通过RS485接口 13与变频器15相连，单片机测控单元3的信号输出端通过油门执行机构5与旋转式动力机构6连接，旋转式动力机构6与测功机主机7连接，测功机主机7中的转矩传感器的信号输出端与单片机测控单元3连接，测功机主机7中的编码器的信号输出端与变频器15连接，变频器15的控制信号输入端和控制信号输出端分别与单片机测控单元3和测功机主机7连接，变频器15的测量信号输出端通过操作控制设定单元14连接至单片机测控单元3。所述采集箱2包括集线箱11、高温传感器8、压力传感器9和低温传感器10，对压力、高温、低温实时参数进行采集、A/D变换、通过RS485将采集的信号的以串行方式送给上位机进行处理、显示。所述的变频器连接有电网，能将原动机产生的机械能转化为电能回馈到内部电网，供其它设备使用。所述的变频器15选用PowerFlΘΧ700型变频器，PowerFlex700在有编码器反馈的系统中调节精度可达基本速度的0.001%，该变频器集成有再生模块和先进的线性过滤器， 能进行电能反馈，集成有智能电源模块的IGBT整流桥，进行转子矢量控制，能使电机转轴扭矩上升反应时间1ms。所述的测功机主机7内的编码器为安装在YPT型交流变频电动机内的 YGM506/1024型增量式编码器担任，能保证转速精度达到0. 001%。所述的操作控制14设定单元是系统的人机对话终端，由八寸彩色触摸屏及相关开关、按键组成。它将转速、扭矩实际值和控制需要的其它设定值初步处理后送给上位机并及时显示各种相关的控制、设定参数和各种参数的实际值，随时实现保护，是系统的一个输入输出显示终端。所述的扭矩传感器选用JSC4-1000-1A扭矩传感器采集。它是一种由应变片制成的高稳定度、测量精度能达到士0. ，输出方波，电平电压5V，其应变桥供电由设在传感器的一组环行变压器，提供感应电压，经整流稳压变换成高稳定的直流电压作为桥压和内部电路的电源电压，应变片感应的毫伏级的扭矩信号在内部同时也被放大成伏级的强信号， 在经过V/F转换器变成正比例的方波信号，发射到外部信号接收器上，再通过解压还原成与V/F转换出的方波同频率数字信号。使系统的抗干扰性能和系统的可靠性大大的提高。 转矩的测量精准度有可靠的保证。[0021]所述的单片机测控单元3以单片机(DSPIC30F6014A单片机)为核心，DSPIC单片机台架测控系统主要任务有两部分一部分是台架系统实际值的采集、处理、双回路和单回路数字PID双参数控制以及系统各种特性的功能控制；另一部分是提供足够量的端口通信承载能力。完成试验台架系统的开放式通信任务，能够容纳各种外设、监控的要求。还要完成各种必需的特性控制，实现开放式通信。其中设定值输入模块包括转速设定电路和扭矩设定电路，两者均包括一个正交编码器和一个DSP芯片，正交编码器的相位信号输出端、索引脉冲信号输出端分别连接对应DSP芯片的相应A/D模块输入端；相应DSP芯片的数字信号输出端分别连接芯片DSPIC30F6014A对应的SPI接口 ；主控芯片的CANl、CAN2、UART接口与台架上的各种外设相连，实现开放式台架功能DSPIC单片机台架测控系统采集的实际值信号有扭矩和油门位置信号。油门位置的实际值是由固定在执行机构上的反馈电位器产生的模拟量，DSPIC单片机将其数字化以后，与设定值进行比较，对差值再进行PID运算，将输出量变成PWM信号去控制油门执行机构精准地运行。扭矩信号来自非接触式转矩传感器，DSPIC单片机采集其实际值后，经电路处理、再与设定值比较，对差值进行PID运算，输出转矩闭环反馈信号控制变频器输出。转速、扭矩的设定是分别采用N正交编码器、M正交编码器，再各通过对应的 DSPIC30F2010数字信号控制器进行记录采集，由SPI端口接收，必要时再送入上位机。转速、转矩的控制采用由编码器反馈转速信号，将其实际值送入变频器，使用变频器内装的油耗仪、烟度仪、流量计等测量仪器通过CAN总线与主控芯片DSPIC30F6014A的 C1TX、ClRX脚相连，与主控芯片进行数据通讯。上位机1由工控机担任，主要任务有四项一是由采集箱送出的内燃机高低温度、 压力实际值数字信号、处理试验数据和显示、绘制试验曲线、输出打印试验报表和试验各种结果。二是通过无线数传模块向上一级网络无线传送和接收试验数据和指令，实现更上层网络的数据采集、传送、监控、显示、存档。无线数传模块与上位机通过RS232进行串行通信交换信息。三是直接通过RS232和RS485与主回路的变频器进行联系，设定转速、扭矩等试验的相关参数，控制变频器按要求运行。四是通过RS232串行通信同单片机测控系统进行信息交换，控制系统按需要的特性运行，完成试验。变频器与台架测控系统通过CAN总线进行通信互联，台架测控系统又通过RS232 与上位机相连。变频器选用“Vector v3”参数组，速度调节和转矩调节由编程参数088通过通信方式由台架测控系统设定。系统工作时，上位机(或台架测控系统可通过与上位机的通信设定，控制变频器) 通过RS232/RS485从上位机输出设定值和选择的特性给变频器输出指令，驱动异步电机进行工作。如果执行的是恒转速特性控制，固定在驱动异步电机主轴上的编码器把转速的实际值反馈到变频器的输入端，通过软件处理，经变频器内的PID计算控制三相异步电机在设定的转速上稳定运行；如果执行的是恒转矩特性控制，与异步电机同轴上的扭矩法兰传感器把转矩的实际值反馈到台架测控系统的输入端，通过软、硬件处理，经PID计算调节， 作为三相异步电机的设定转矩，控制异步电机的转矩稳定在设定值上。试验运行期间，安装在内燃机上的高温如钢体温度传感器，进出口水温等低温传感器和燃油、机油压力传感器实际输出的信号经集线箱内的亚当模块送往上位机，进行试验数据处理、保存和显示。根据需要上位机通过串行通信RS232将需要的数据经无线数传模块(DTU)向上一级网络无线传送试验数据和接收指令，实现更上层网络的数据采集、传送、监控、显示、存档。当需要输出数据时，上位机驱动打印机和显示屏显示、绘制试验曲线输出打印试验报表和试验各种结果。
权利要求1.一种交流电力测功机系统，其特征在于由上位机(1)、采集箱(2)、单片机测控单元 (3)、电源伺服单元(4)、油门执行机构(5)、旋转式动力机构(6)、变频器(15)、操作控制设定单元(14)和测功机主机(7)组成，采集箱(2)与上位机(1)相连，上位机(1)通过RS232 接口(12)与单片机测控单元(3)相连，上位机(1)通过RS485接口(13)与变频器(15)相连，单片机测控单元(3)的信号输出端通过油门执行机构(5)与旋转式动力机构(6)连接， 旋转式动力机构(6)与测功机主机(7)连接，测功机主机(7)中的转矩传感器的信号输出端与单片机测控单元(3)连接，测功机主机(7)中的编码器的信号输出端与变频器(15)连接，变频器(15)的控制信号输入端和控制信号输出端分别与单片机测控单元(3)和测功机主机(7)连接，变频器(15)的测量信号输出端通过操作控制设定单元(14)连接至单片机测控单元(3)。
2.根据权利要求1所述的一种交流电力测功机系统，其特征在于所述采集箱(2)包括集线箱(11)、高温传感器(8 )、压力传感器(9 )和低温传感器(10 )。
专利摘要一种交流电力测功机系统，其中采集箱与上位机相连，上位机通过RS232接口与单片机测控单元相连，上位机通过RS485接口与变频器相连，单片机测控单元的信号输出端通过油门执行机构与旋转式动力机构连接，旋转式动力机构与测功机主机连接，测功机主机中的转矩传感器的信号输出端与单片机测控单元连接，测功机主机中的编码器的信号输出端与变频器连接，变频器的控制信号输入端和控制信号输出端分别与单片机测控单元和测功机主机连接，变频器的测量信号输出端通过操作控制设定单元连接至单片机测控单元。由于异步电动机的控制结构简单，控制信号处理的物理概念明确，系统的转矩响应迅速而无超调，具有高静、动态性能。
文档编号G01L3/24GK201964988SQ20112000665
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者严世宝, 党雪丽, 刘仁杰, 吴有生, 姚星周, 孙丽, 孙勇湘, 张克俭, 杨敬伟, 王凤魁, 程军, 薛朋余, 赵大为, 赵小平 申请人:凯迈(洛阳)机电有限公司