CN102331318A - 一种齿轮箱转矩测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一齿轮箱转矩测试系统，包括连接第一被测齿轮箱的第一同步电机，连接第二被测齿轮箱的第二同步电机，特点是，第一同步电机和/或第二同步电机包括主绕组和副绕组，系统还包括连接第一主绕组的第一供电单元；连接所述第一副绕组的第二供电单元；连接第二主绕组的第三供电单元；连接第二副绕组的第四供电单元；以及控制第一供电单元、第二供电单元、第三供电单元、第四供电单元分别输出的电流值大小的控制单元，该系统采用主绕组和副绕组进行励磁，分别调节主绕组和副绕组的电流大小，进而调整同步电机转子合成励磁幅值和相角，即可调节系统输出转矩满足测试要求。

Description

一种齿轮箱转矩测试系统

技术领域

本发明属于齿轮箱测试技术领域，尤其涉及一种齿轮箱转矩测试系统。

背景技术

随着风力发电机组、汽车制造等产业的不断发展，对于其核心零部件一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。

为此，现有技术提供了一种齿轮箱转矩测试系统，如图1所示，其包括两台分别作为发电机和电动机的异步电机，并分别通过两个全功率变频器分别控制两个异步电机，在要求的速度下，分别产生要求的转矩给相应的被测齿轮箱，从而实现对齿轮箱性能的测试。该系统虽然测试精度高，却由于定子侧变频器是全功率工作，使得其应用于3MW以上的大功率设备中时，对电子元器件容量的要求高，不易实现，且提高了设备成本。

现有技术还提供了另一种齿轮箱转矩测试系统，如图2所示，其包括两台同步电机分别作为发电机和电动机，并包括一台异步电机作为原动机。该系统在工作时，先将两台同步电机的定子调整出一定角度，使得系统在运行中，一台同步电机的转子励磁角度滞后于另一台同步电机的转子励磁角度，便于施加转矩。用异步电机将系统提升至要求转速，此时作为发电机的同步电机将发电送给作为电动机的同步电机，调节两台同步电机的励磁电流，就可在要求转速下，在被测齿轮箱中产生要求的转矩，达到测试目的。该系统虽然克服了前一测试系统成本高的问题，但由于被测齿轮箱在测试中会产生很大的弹性变形，导致两台同步电机之间励磁角度差变大，使得功率角的变化范围变小，而同步电机的电磁转矩同功率角和转子励磁电流相关，因此无法通过单独调整转子励磁电流来达到要求的转矩，必须通过机械方法调整同步电机定子角度，来补偿功率角变化范围变小产生的影响，操作繁琐。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种齿轮箱转矩测试系统，以解决现有技术提供的齿轮箱转矩测试系统或者成本高、或者操作繁琐的问题。

具体地，一种齿轮箱转矩测试系统，所述系统包括第一同步电机，置于所述第一同步电机和第一被测齿轮箱之间的第一扭矩传感器，第二同步电机，置于所述第二同步电机和第二被测齿轮箱之间的第二扭矩传感器，异步电机，连接所述异步电机并向所述异步电机供电的第五供电单元，所述第一被测齿轮箱的高速端连接所述第一同步电机，所述第二被测齿轮箱的高速端连接所述第二同步电机，所述第一被测齿轮箱的减速比和第二被测齿轮箱的减速比相等，所述第一同步电机的定子电源线和所述第二同步电机的定子电源线相互连接，所述异步电机连接所述第一同步电机或第二同步电机，所述第一同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第一主绕组和第一副绕组，所述第二同步电机是普通转子单绕组同步电机，或所述第二同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第二主绕组和第二副绕组，所述第一同步电机是普通转子单绕组同步电机，或所述第一同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第一主绕组和第一副绕组，所述第二同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第二主绕组和第二副绕组；

当所述第一同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第一主绕组和第一副绕组时，所述系统还包括：连接所述第一主绕组并向所述第一主绕组供电的第一供电单元；连接所述第一副绕组并向所述第一副绕组供电的第二供电单元；以及分别连接所述第一供电单元、第二供电单元和第五供电单元的控制单元，用于控制所述第一供电单元、第二供电单元和第五供电单元分别输出的电流；

当所述第二同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第二主绕组和第二副绕组时，所述系统还包括：连接所述第二主绕组并向所述第二主绕组供电的第三供电单元；连接所述第二副绕组并向所述第二副绕组供电的第四供电单元；以及分别连接所述第三供电单元、第四供电单元和第五供电单元的控制单元，用于控制所述第三供电单元、第四供电单元和第五供电单元分别输出的电流。

其中，所述第一被测齿轮箱的低速端和所述第二被测齿轮箱的低速端可以通过法兰刚性连接。

其中，所述第五供电单元可以是一变频器。

其中，所述系统还可以包括一接触器，所述第一同步电机的定子电源线是通过所述接触器的开关与所述第二同步电机的定子电源线连接的。

上述系统中，所述第一扭矩传感器用于检测所述第一同步电机的输出转矩，所述第二扭矩传感器用于检测所述第二同步电机的输出转矩。

当所述第一同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第一主绕组和第一副绕组，通过所述第二同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第二主绕组和第二副绕组时，通过调节所述第一供电单元、第二供电单元、第三供电单元、第四供电单元的输出电流大小，可以使第一同步电机和第二同步电机实现发电机和电动机的任意转换；

所述控制单元用于在测试开始后，调节所述第一供电单元输出的电流，使得所述异步电机将系统拖动到要求的被测转速；之后调节所述第一供电单元、第二供电单元、第三供电单元、第四供电单元的输出电流大小，根据所述第一扭矩传感器和第二扭矩传感器反馈的转矩大小，以改变所述第一同步电机和第二同步电机转子合成励磁相角及强度，进而改变所述第一同步电机和第二同步电机的输出转矩并满足测试要求。

相较于现有技术提供的齿轮箱转矩测试系统，本发明提供的齿轮箱转矩测试系统分别采用主绕组和副绕组进行励磁，由于主绕组和副绕组在空间上为正交分布，分别调节主绕组和副绕组的励磁大小，即可调节系统输出转矩满足测试要求，而无需外用机械方法调整同步电机定子角度来实现补偿，操作简便，测试精度高且成本低。

附图说明

图1是现有技术提供的一种齿轮箱转矩测试系统的原理图；

图2是现有技术提供的另一种齿轮箱转矩测试系统的原理图；

图3是本发明提供的齿轮箱转矩测试系统的原理图；

图4是公知的同步电机转子主绕组励磁、副绕组励磁以及合成励磁的关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图3示出了本发明提供的齿轮箱转矩测试系统的原理。

本发明提供的齿轮箱转矩测试系统包括：第一同步电机1；置于第一同步电机1和第一被测齿轮箱之间的第一扭矩传感器4，用于检测第一同步电机1的输出转矩；第二同步电机5；置于第二同步电机5和第二被测齿轮箱之间的第二扭矩传感器8，用于检测第二同步电机5的输出转矩；异步电机9；连接异步电机9并向异步电机9供电的第五供电单元10，第五供电单元10优选为一变频器；其中，第一被测齿轮箱的低速端和第二被测齿轮箱的低速端通过法兰刚性连接，第一被测齿轮箱的高速端连接第一同步电机1，第二被测齿轮箱的高速端连接第二同步电机5；第一被测齿轮箱的减速比和第二被测齿轮箱的减速比相等；第一同步电机1的定子电源线和第二同步电机5的定子电源线相互连接；异步电机9连接第一同步电机1或第二同步电机5。

与现有技术不同，其中的第一同步电机1包括分别作为转子励磁绕组的第一主绕组和第一副绕组，第二同步电机5包括分别作为转子励磁绕组的第二主绕组和第二副绕组，该齿轮箱转矩测试系统还包括：连接第一主绕组并向第一主绕组供电的第一供电单元2；连接第一副绕组并向第一副绕组供电的第二供电单元3；连接第二主绕组并向第二主绕组供电的第三供电单元6；连接第二副绕组并向第二副绕组供电的第四供电单元7；以及分别连接第一供电单元2、第二供电单元3、第三供电单元6、第四供电单元7和第五供电单元10的控制单元11，控制单元11控制第一供电单元2、第二供电单元3、第三供电单元6、第四供电单元7和第五供电单元10分别输出的电流。

本发明提供的该齿轮箱转矩测试系统中，由于同步电机分别采用了主绕组和副绕组的结构，测试过程中，根据所需转速的大小，控制流过主绕组和副绕组的电流大小，进而控制主绕组励磁和副绕组励磁大小，从而调节主绕组励磁和副绕组励磁合成的合成励磁大小及相角，实现同步电机输出转矩大小的控制，进而实现对齿轮箱转矩的控制。如图4示出了主绕组励磁、副绕组励磁以及合成励磁的关系，其中，Φ1为主绕组励磁，Φ2为副绕组励磁，Φ为合成励磁。

本发明中，与异步电机9连接的同步电机作为发电机，另一同步电机作为电动机，下面均以异步电机9连接第一同步电机1为例，此时，第一同步电机1作为发电机，第二同步电机5作为电动机。

在测试时，控制单元11用于调节第一供电单元2向第一主绕组供电的电流大小以及第三供电单元6向第二主绕组供电的电流大小；之后，控制单元11用于调节第五供电单元10向异步电机9供电的电流，使得异步电机9将系统拖动到要求的被测转速；之后，根据第一扭矩传感器4和第二扭矩传感器8反馈的转矩大小，调节第一供电单元2、第二供电单元3、第三供电单元6、第四供电单元7的输出电流，以改变第一同步电机1和第二同步电机5转子合成励磁相角及强度，进而改变第一同步电机1和第二同步电机5的输出转矩满足测试要求。

由于现有技术提供的另一种齿轮箱转矩测试系统是采用单绕组励磁，转子励磁角不可控，因此，由于齿轮箱形变使同步电机功率角调整范围变小，转子滞后励磁角度的变化无法通过调节转子励磁进行补偿，无法实现大功率加载测试。而本发明提供的齿轮箱转矩测试系统中，由于第一同步电机1和第二同步电机5分别采用主绕组和副绕组进行励磁，而主绕组和副绕组在空间上为正交分布，分别调节主绕组和副绕组的励磁大小，进而控制主绕组励磁和副绕组励磁大小，从而调节主绕组励磁和副绕组励磁合成的合成励磁大小及相角，实现同步电机输出转矩大小的控制，即可调节系统输出转矩满足测试要求，而无需外用机械方法调整同步电机定子角度来实现补偿，操作简便，测试精度高且成本低。

为了提高系统的可靠性，该齿轮箱转矩测试系统还可以包括一接触器，第一同步电机1的定子电源线是通过该接触器的开关K与第二同步电机5的定子电源线连接的。

而对于本发明提供的上述齿轮箱转矩测试系统，也可以将第一同步电机1或第二同步电机5替换为普通的转子单绕组同步电机，相应地，该系统不包括第一供电单元2和第二供电单元3，或第三供电单元6和第四供电单元7，其余的结构及各部分连接关系如上所述。

下面举例说明上述系统的测试过程，其中，第一同步电机1和第二同步电机5的电机容量为3400KW，定子额定电压为3300V，定子额定电流为595A，定子频率范围为0-50HZ，转子主绕组励磁电流为993A，转子副绕组励磁电流为993A，转速调节范围为0-2000r/min，第一被测齿轮箱和第二被测齿轮箱的减速比均为1∶100。在测试时，控制接触器开关K闭合，使得第一同步电机1的定子和第二同步电机5的定子对接，调节第一供电单元2和第三供电单元6输出电流的大小；之后，调节第五供电单元10输出电流，使得异步电机9将系统拖动到被测转速；当系统在被测齿轮箱加载后由于产生机械形变而导致第一同步电机1和第二同步电机5的转子相位角相差过大时，控制单元11通过调节第一供电单元2、第二供电单元3、第三供电单元6、第四供电单元7分别输出的电流大小，调节第一同步电机1和第二同步电机5的转子合成励磁的角度和幅值，根据旋转电机的特性，可以间接改变第一同步电机1和第二同步电机5的转子励磁相位差以及励磁强度，即可调节第一同步电机1和第二同步电机5分别输出的转矩满足被测要求。

相较于现有技术提供的齿轮箱转矩测试系统，本发明提供的齿轮箱转矩测试系统分别采用主绕组和副绕组进行励磁，由于主绕组和副绕组在空间上为正交分布，分别调节主绕组和副绕组的励磁大小，即可调节系统输出转矩满足测试要求，而无需外用机械方法调整同步电机定子角度来实现补偿，操作简便，测试精度高且成本低。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种齿轮箱转矩测试系统，所述系统包括第一同步电机，置于所述第一同步电机和第一被测齿轮箱之间的第一扭矩传感器，第二同步电机，置于所述第二同步电机和第二被测齿轮箱之间的第二扭矩传感器，异步电机，连接所述异步电机并向所述异步电机供电的第五供电单元，所述第一被测齿轮箱的高速端连接所述第一同步电机，所述第二被测齿轮箱的高速端连接所述第二同步电机，所述第一被测齿轮箱的减速比和第二被测齿轮箱的减速比相等，所述第一同步电机的定子电源线和所述第二同步电机的定子电源线相互连接，所述异步电机连接所述第一同步电机或第二同步电机，其特征在于，所述第一同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第一主绕组和第一副绕组，所述第二同步电机是普通转子单绕组同步电机，或所述第二同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第二主绕组和第二副绕组，所述第一同步电机是普通转子单绕组同步电机，或所述第一同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第一主绕组和第一副绕组，所述第二同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第二主绕组和第二副绕组；

当所述第一同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第一主绕组和第一副绕组时，所述系统还包括：连接所述第一主绕组并向所述第一主绕组供电的第一供电单元；连接所述第一副绕组并向所述第一副绕组供电的第二供电单元；以及分别连接所述第一供电单元、第二供电单元和第五供电单元的控制单元，用于控制所述第一供电单元、第二供电单元和第五供电单元分别输出的电流；

当所述第二同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第二主绕组和第二副绕组时，所述系统还包括：连接所述第二主绕组并向所述第二主绕组供电的第三供电单元；连接所述第二副绕组并向所述第二副绕组供电的第四供电单元；以及分别连接所述第三供电单元、第四供电单元和第五供电单元的控制单元，用于控制所述第三供电单元、第四供电单元和第五供电单元分别输出的电流。

2.如权利要求1所述的齿轮箱转矩测试系统，其特征在于，所述第一被测齿轮箱的低速端和所述第二被测齿轮箱的低速端通过法兰刚性连接。

3.如权利要求1所述的齿轮箱转矩测试系统，其特征在于，所述第五供电单元是一变频器。

4.如权利要求1所述的齿轮箱转矩测试系统，其特征在于，所述系统还包括一接触器，所述第一同步电机的定子电源线是通过所述接触器的开关与所述第二同步电机的定子电源线连接的。

5.如权利要求1至4任一项所述的齿轮箱转矩测试系统，其特征在于，

所述第一扭矩传感器用于检测所述第一同步电机的输出转矩，所述第二扭矩传感器用于检测所述第二同步电机的输出转矩。

6.如权利要求5所述的齿轮箱转矩测试系统，其特征在于，当所述第一同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第一主绕组和第一副绕组，所述第二同步电机包括分别作为转子励磁绕组的第二主绕组和第二副绕组时，通过调节所述第一供电单元、第二供电单元、第三供电单元、第四供电单元的输出电流大小，可以使第一同步电机和第二同步电机实现发电机和电动机的任意转换；

所述控制单元用于在测试开始后，调节所述第一供电单元输出的电流，使得所述异步电机将系统拖动到要求的被测转速；之后调节所述第一供电单元、第二供电单元、第三供电单元、第四供电单元的输出电流大小，根据所述第一扭矩传感器和第二扭矩传感器反馈的转矩大小，以改变所述第一同步电机和第二同步电机转子合成励磁相角及强度，进而改变所述第一同步电机和第二同步电机的输出转矩并满足测试要求。

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