CN104076280A - 一种交流发电机的测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了交流发电机的测试系统，包括控制计算机、测控单元、原动机单元、转接工装、功率变换器、冷却及加热系统，原动机单元包括拖动电机和驱动器，转接工装连接待测试件，待测试件为交流发电机，拖动电机为高速驱动拖动电机，拖动电机为待测试件提供运转动力，转接工装用于模拟附件机匣，控制计算机控制高速驱动拖动电机进行运转，测控单元用于待测试件性能试验验证、验收以及参与试验联试，其中测控单元对待测试件以及功率变换器进行数据采集并控制，实现监控及控制所述拖动电机。本发明能够自动实时测量发电机不同工作状态下的相关参数，为产品研制、性能考核、检验验收提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及交流发电机的测试技术领域，具体地说交流发电机的测试系统。
背景技术
航空发动机数控系统即FADEC，全权限数字电子发动机操纵机构中交流发电机含配套功率变换)是航空发动机数控系统的重要组成部件，是系统的主要供电电源，交流发电机的安全性和可靠性，直接影响整个发动机数控系统的安全性和可靠性，高效、长寿和高可靠性是其研制的必然要求。为提高设计效率，有效避免设计中由于经验缺乏导致的反复，确保项目进度要求，需要在设计的同时对设计方案进行验证，并做出快速、可靠的评估。
在航空交流发电机的设计过程中，如何克服电磁、材料、结构、环境对发电机的性能的影响，以及如何将航空交流发电机发出的宽电压、宽频率交流电源有效的转换为直流电源，建设一套交流发电机设计仿真验证及测试平台是一个合理的解决方案。由于交流发电机产品的特殊性如高转速，定子、转子分离结构，运转中需要滑油冷却，输出能够短路等，研制进行得非常困难，是飞机的关键技术之一，曾一度是军方与主机单位关注的焦点，为此，相关单位急需专用的试验测试设备，用于交流发电机以及功率变换器的验收、功能测试、故障验证、系统联试和技术研究。
现有的航空发动机数控系统中的交流发电机的测试、验收平台采用传统的齿轮升速箱方式，转动惯量大，响应速度慢，无法真实再现发动机瞬态变化过程。无法满足大功率、高转速发电机的测试、验收需求。
由于缺乏专门的测试与试验设备，产品入所后缺乏检测试验手段，也缺乏试验验证的深度，一直影响整个发动机数控系统研制的顺利推进。有关发电机研制技术特别是发电机关键零部件的试验测试技术是国外严格封锁的技术，国内也没有同类的设备可供参考。
发明内容
本发明旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，提供一种能够自动实时测量发电机不同工作状态下的相关参数的交流发电机的测试系统，为产品研制、性能考核、检验验收提供依据，实现交流发电机航空测试综合标准。
本发明通过以下技术方案来具体实现。
一种交流发电机的测试系统，其特征在于：所述交流发电机的测试系统是模拟航空发动机数控系统专用交流发电机及功率变换器的工作状态，自动调节负载参数，并对被试产品的各种参数进行采集，生成报表，所述交流发电机的测试系统包括控制计算机、测控单元、原动机单元、转接工装、功率变换器、冷却及加热系统，原动机单元包括拖动电机和驱动器，转接工装连接待测试件，待测试件为交流发电机，拖动电机为高速驱动拖动电机，拖动电机为待测试件交流发电机提供运转动力，转接工装用于模拟附件机匣，控制计算机按照发动机附件机匣的工作状态，控制高速驱动拖动电机进行运转，同时通过冷却及加热系统，根据工作状态，为拖动电机及转接工装和待测试件交流发电机进行冷却，并可对待测试件进行加温，测控单元用于交流发电机性能试验验证、验收以及参与试验联试，其中测控单元还根据交流发电机的测试系统的要求对交流发电机以及功率变换器试验中的温度、压力、流量、电压、电流、频率、报警的信号进行数据采集并控制，实现监控及控制所述拖动电机。
所述交流发电机的测试系统还包括拖动电机、拖动电机控制柜、参数测试柜、电子负载，测控单元包括数据采集计算机，控制计算机通过驱动器控制拖动电机，数据采集计算机采集拖动电机的扭矩及转速、交流发电机与功率变换器的壳体温度、环境温度和电子程控负载信号，通过第一处理单元采集交流发电机线电压、相电流及其控制信号，通过第二处理单元采集功率变换器的电压、电流、频率。
所述交流发电机与转接工装的连接端面的滑油隔离，使交流发电机在高速旋转时交流发电机内滑油与转接工装内滑油不会相互渗透，保证转接工装正常的润滑冷却以及交流发电机的正常供油，所述转接工装具备两套独立的供油回路，一路为交流发电机供油，另一路为转接工装高速轴承冷却润滑供油，两套油路相互隔离，互不影响，其中滑油冷热的主要是模拟流入交流发电机滑油的状态，对进入交流发电机滑油的温度、流量进行控制，模拟交流发电机在不同滑油温度、压力、供油状态时的工作特性。
所述交流发电机与转接工装的连接端面的滑油隔离采用旋转密封方式实现。
所述拖动电机包括高速直流驱动电机及其传动系统，通过其稳态性满足交流发电机附件机匣的真实工作状态的要求，真实模拟交流发电机的工作状态，为交流发电机的性能测试和验证提供可靠的依据。
所述交流发电机测试系统可用于交流发电机的性能试验、模拟发动机附件机匣工况仿真试验、短路故障模拟试验、断路故障模拟试验、高温工作试验、低温工作试验、长寿命考核试验；可用于功率变换器的性能试验、模拟FADEC负载状态仿真试验、环境试验、电磁兼容试验、环境应力筛选试验；可用于交流发电机及功率变换器匹配后的性能试验、综合故障试验、综合可靠性试验、参与系统集成半物理仿真试验，并可用于交流发电机及功率变换器的性能验收。
所述控制计算机安装有测试软件，测试软件采用文档/视图结构开发，采用Visual C++语言和MFC类库，结合NI公司的Measurement Studio虚拟仪表控件进行界面设计，采用面向对象的程序设计技术，测试系统软件采用模块化设计，包含由主界面、高速电机界面、滑油系统界面、参数校准界面、故障诊断界面、数据回放界面、剖面设置、后台数据库构成的界面和模块。
本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明抛弃了传统的低速电机带升速箱的方式，采用高速直驱传动系统为交流发电机提供动力。高速直驱传动系统动、稳态性能满足附件机匣真实工作状态的要求，可真实模拟交流发电机的工作状态，为交流发电机的性能测试和验证提供可靠的依据。
本发明交流发电机测试系统可用于交流发电机的性能试验、模拟发动机附件机匣工况仿真试验、短路故障模拟试验、断路故障模拟试验、高温工作试验、低温工作试验、长寿命考核试验；可用于功率变换器的性能试验、模拟FADEC负载状态仿真试验、环境试验、电磁兼容试验、环境应力筛选试验；可用于交流发电机及功率变换器匹配后的性能试验、综合故障试验、综合可靠性试验、参与系统集成半物理仿真试验，并可用于交流发电机及功率变换器的性能验收。
本发明交流发电机测试系统整体上采用模块化设计，方便集成和维护，同时将试验流程标准化、试验过程自动化、试验结果规范化，极大地提高了试验效率和试验结果的一致性和可靠性，整体性能满足设计要求。
附图说明
图1是本发明交流发电机的测试系统的原理方框图。
具体实施例
下面结合附图对本发明交流发电机的测试系统进行详细描述。
如图1，本发明交流发电机的测试系统，是模拟航空发动机数控系统专用交流发电机及功率变换器的工作状态，自动调节负载参数，并对被试产品的各种参数进行采集，生成报表，所述交流发电机的测试系统包括控制计算机、测控单元、原动机单元、转接工装、功率变换器、冷却及加热系统，原动机单元包括拖动电机和驱动器，转接工装连接待测试件，待测试件为交流发电机，拖动电机为高速驱动拖动电机，拖动电机为待测试件交流发电机提供运转动力，转接工装用于模拟附件机匣，控制计算机按照发动机附件机匣的工作状态，控制高速驱动拖动电机进行运转，同时通过冷却及加热系统，根据工作状态，为拖动电机及转接工装和待测试件交流发电机进行冷却，并可对待测试件进行加温，测控单元用于交流发电机性能试验验证、验收以及参与试验联试，其中测控单元还根据交流发电机的测试系统的要求对交流发电机以及功率变换器试验中的温度、压力、流量、电压、电流、频率、报警的信号进行数据采集并控制，实现监控及控制所述拖动电机。
其中交流发电机的测试系统还包括拖动电机、拖动电机控制柜、参数测试柜、电子负载，测控单元包括数据采集计算机，控制计算机通过驱动器控制拖动电机，数据采集计算机采集拖动电机的扭矩及转速、交流发电机与功率变换器的壳体温度、环境温度和电子程控负载信号，通过第一处理单元采集交流发电机线电压、相电流及其控制信号，通过第二处理单元采集功率变换器的电压、电流、频率。
交流发电机与转接工装的连接端面的滑油隔离，使交流发电机在高速旋转时交流发电机内滑油与转接工装内滑油不会相互渗透，保证转接工装正常的润滑冷却以及交流发电机的正常供油，所述转接工装具备两套独立的供油回路，一路为交流发电机供油，另一路为转接工装高速轴承冷却润滑供油，两套油路相互隔离，互不影响，其中滑油冷热的主要是模拟流入交流发电机滑油的状态，对进入交流发电机滑油的温度、流量进行控制，模拟交流发电机在不同滑油温度、压力、供油状态时的工作特性。其中交流发电机与转接工装的连接端面的滑油隔离采用旋转密封方式实现。
拖动电机包括高速直流驱动电机及其传动系统，通过其稳态性满足交流发电机附件机匣的真实工作状态的要求，真实模拟交流发电机的工作状态，为交流发电机的性能测试和验证提供可靠的依据。
交流发电机测试系统可用于交流发电机的性能试验、模拟发动机附件机匣工况仿真试验、短路故障模拟试验、断路故障模拟试验、高温工作试验、低温工作试验、长寿命考核试验；可用于功率变换器的性能试验、模拟FADEC负载状态仿真试验、环境试验、电磁兼容试验、环境应力筛选试验；可用于交流发电机及功率变换器匹配后的性能试验、综合故障试验、综合可靠性试验、参与系统集成半物理仿真试验，并可用于交流发电机及功率变换器的性能验收。
控制计算机安装有测试软件，测试软件采用文档/视图结构开发，采用Visual C++语言和MFC类库，结合NI公司的Measurement Studio虚拟仪表控件进行界面设计，采用面向对象的程序设计技术，测试系统软件采用模块化设计，包含由主界面、高速电机界面、滑油系统界面、参数校准界面、故障诊断界面、数据回放界面、剖面设置、后台数据库构成的界面和模块。
本发明交流发电机的测试系统的关键技术是：
1、25000RPM高速直驱：
本发明抛弃了传统的低速电机带升速箱的方式，采用25000RPM高速直驱传动系统为交流发电机提供动力。高速直驱传动系统动、稳态性能满足附件机匣真实工作状态的要求，可真实模拟交流发电机的工作状态，为交流发电机的性能测试和验证提供可靠的依据。
2、交流发电机附件机匣环境的仿真：转接工装用于模拟附件机匣与交流发电机的机械连接接口和交流发电机供油回路。转接工装具备两套独立的供油回路，一路为交流发电机供油，另一路为转接工装高速轴承冷却润滑供油，两套油路相互隔离，互不影响。交流发电机与转接工装连接端面的滑油隔离采用旋转密封方式，使交流发电机在高速旋转时交流发电机内滑油与转接工装内滑油不会相互渗透，既保证了转接工装正常的润滑冷却，又保证了交流发电机的正常供油。
3、滑油冷热模拟：滑油冷热模拟主要是模拟流入交流发电机滑油的状态，可对进入交流发电机滑油的温度，流量等进行控制，模拟交流发电机在不同滑油温度、压力、供油状态时的工作特性。
4、测试软件：软件采用文档/视图结构开发，采用Visual C++语言和MFC类库，结合NI公司的Measurement Studio虚拟仪表控件进行界面设计，采用面向对象的程序设计技术，软件可靠性好，并具有一定的通用性和可扩展性，能兼顾后续发展。测试系统软件采用模块化设计，包含主界面、高速电机界面、滑油系统界面、参数校准界面、故障诊断界面、数据回放界面、剖面设置、后台数据库等界面和模块，并具备完善的保护功能。
本发明拖动电机及其控制：
供电电压：三相AC380V；转速范围：(250～25000)r/min，由起点到最高转速无级可调，最高转速可以自由限幅；功率范围：全转速范围不小于10kW(负载扭矩不小于4N.M)；控制功能：拖动台设有手动/自动两种调节方式，自动状态采用上位机控制，手动状态采用旋钮控制，拖动台上并带有接口可供他机控；稳态指标：采样周期不大于100ms下，转速制稳态不大于±0.1％；(按变频器内部采集值考核)
动态指标：高速电机空载额定转速的5％阶跃响应时间不大于200ms；(50％、60％、80％，90％四个点考核升速和降速动态。)转向：从电动机输出端向后看，为逆时针(可反向运行)；冷却：自带冷却液强迫液冷；冷却液为航空润滑油4050。进入交流发电机转接座冷却油温度低于55℃，进入被试交流发电机的油温可控升温和降温，温度范围为(20～150)℃，流量可按照试验要求随转速自动变化，并可满足长期运行；输出轴跳动量：输出轴带转接座后，转接座的输出轴径向跳动量不大于±0.03mm；工作制：适应S1(连续)，能连续工作至少15小时；保护功能：对拖动电机过载、过流、过温进行处理并保护；电磁兼容：满足国标相关电磁兼容要求；不影响其它设备、仪表正常工作。
Claims (7)
1.一种交流发电机的测试系统，其特征在于：所述交流发电机的测试系统是模拟航空发动机数控系统专用交流发电机及功率变换器的工作状态，自动调节负载参数，并对被试产品的各种参数进行采集，生成报表，
所述交流发电机的测试系统包括控制计算机、测控单元、原动机单元、转接工装、功率变换器、冷却及加热系统，原动机单元包括拖动电机和驱动器，转接工装连接待测试件，待测试件为交流发电机，拖动电机为高速驱动拖动电机，
拖动电机为待测试件交流发电机提供运转动力，转接工装用于模拟附件机匣，控制计算机按照发动机附件机匣的工作状态，控制高速驱动拖动电机进行运转，同时通过冷却及加热系统，根据工作状态，为拖动电机及转接工装和待测试件交流发电机进行冷却，并可对待测试件进行加温，测控单元用于交流发电机性能试验验证、验收以及参与试验联试，
其中测控单元还根据交流发电机的测试系统的要求对交流发电机以及功率变换器试验中的温度、压力、流量、电压、电流、频率、报警的信号进行数据采集并控制，实现监控及控制所述拖动电机。
2.根据权利要求1所述交流发电机的测试系统，其特征在于：所述交流发电机的测试系统还包括拖动电机、拖动电机控制柜、参数测试柜、电子负载，测控单元包括数据采集计算机，控制计算机通过驱动器控制拖动电机，数据采集计算机采集拖动电机的扭矩及转速、交流发电机与功率变换器的壳体温度、环境温度和电子程控负载信号，通过第一处理单元采集交流发电机线电压、相电流及其控制信号，通过第二处理单元采集功率变换器的电压、电流、频率。
3.根据权利要求1所述交流发电机的测试系统，其特征在于：所述交流发电机与转接工装的连接端面的滑油隔离，使交流发电机在高速旋转时交流发电机内滑油与转接工装内滑油不会相互渗透，保证转接工装正常的润滑冷却以及交流发电机的正常供油，所述转接工装具备两套独立的供油回路，一路为交流发电机供油，另一路为转接工装高速轴承冷却润滑供油，两套油路相互隔离，互不影响，其中滑油冷热的主要是模拟流入交流发电机滑油的状态，对进入交流发电机滑油的温度、流量进行控制，模拟交流发电机在不同滑油温度、压力、供油状态时的工作特性。
4.根据权利要求3所述交流发电机的测试系统，其特征在于：所述交流发电机与转接工装的连接端面的滑油隔离采用旋转密封方式实现。
5.根据权利要求1所述交流发电机的测试系统，其特征在于：所述拖动电机包括高速直流驱动电机及其传动系统，通过其稳态性满足交流发电机附件机匣的真实工作状态的要求，真实模拟交流发电机的工作状态，为交流发电机的性能测试和验证提供可靠的依据。
6.根据权利要求1所述交流发电机的测试系统，其特征在于：所述交流发电机测试系统可用于交流发电机的性能试验、模拟发动机附件机匣工况仿真试验、短路故障模拟试验、断路故障模拟试验、高温工作试验、低温工作试验、长寿命考核试验；可用于功率变换器的性能试验、模拟FADEC负载状态仿真试验、环境试验、电磁兼容试验、环境应力筛选试验；可用于交流发电机及功率变换器匹配后的性能试验、综合故障试验、综合可靠性试验、参与系统集成半物理仿真试验，并可用于交流发电机及功率变换器的性能验收。
7.根据权利要求1所述交流发电机的测试系统，其特征在于：所述控制计算机安装有测试软件，测试软件采用文档/视图结构开发，采用Visual C++语言和MFC类库，结合NI公司的Measurement Studio虚拟仪表控件进行界面设计，采用面向对象的程序设计技术，测试系统软件采用模块化设计，包含由主界面、高速电机界面、滑油系统界面、参数校准界面、故障诊断界面、数据回放界面、剖面设置、后台数据库构成的界面和模块。
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