CN112327159A - 一种新型旋转电机特性测试台架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型旋转电机特性测试台架，包括减振平台及控制柜，所述减振平台上设置有负载电机与被测电机，所述负载电机与被测电机之间设置有扭矩转速传感器，所述负载电机与被测电机同时通过导线连接在同一个双向电源上，所述扭矩转速传感器信号连接在控制柜上。本发明将被测电机与负载电机均设置在减振平台上，双向电源对负载电机及被测电机进行供电，能够为二者提供四象限的测试环境，负载电机为被测电机提供转速与扭矩，则扭矩转速传感器设置在二者之间，能够采集到被测电机的加载情况，扭矩转速传感器信号连接在控制柜上，则工作人员能够远程操纵测试，测试不同工况下被测电机的测试特性。
Description
技术领域
本发明涉及旋转电机特性测试设备领域，具体涉及一种新型旋转电机特性测试台架。
背景技术
近年来，随着智能制造和新能源电车的迅速发展，促进了电机特性测试技术在多种制造和控制系统中的广泛应用，而同时对电机性能和质量指标提出了越来越高的要求。
传统的试验设备和方法多采用人工读取测试方式，不仅操作时间长、效率低，且具有一定测试危险，同时测试精度和响应速度难以得到保证。传统的试验设备仅能够进行转矩转速试验、温升特性测试、堵转特性测试，不能对被测电机的控制进行测试；因此，为降低测试的时间成本、提高测试效率，研究一种具有快速、实时、全面可靠的旋转电机特性测试系统就显得尤为必要。
发明内容
本发明的主要目的是提出了一种新型旋转电机特性测试台架，可以有效解决背景技术中传统测试设备测试危险、测试效率低，且不能够对被测电机的控制进行测试的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种新型旋转电机特性测试台架，包括减振平台及控制柜，所述减振平台上设置有负载电机与被测电机，所述负载电机与被测电机之间设置有扭矩转速传感器，所述扭矩转速传感器的一端通过第一联轴器与被测电机上的输出端同轴固定连接，所述扭矩转速传感器的另一端通过第二联轴器与负载电机同轴固定连接，所述负载电机与被测电机同时通过导线连接在同一个双向电源上，所述扭矩转速传感器信号连接在控制柜上。
优选地，所述双向电源与负载电机之间通过导线连接有负载电机驱动器，所述双向电源与被测电机之间通过导线连接有被测电机驱动器，所述控制柜内设置有测控模块，所述测控模块与软件模块通过导线连接，所述测控模块与负载电机驱动器、被测电机驱动器之间信号连接，所述负载电机驱动器与测控模块之间还设置有数字信号转接模块，所述数字信号转接模块用于对信号进行转换，所述测控模块与测试结果输出模块电性连接。
优选地，所述测试结果输出模块设置在上位机内，所述上位机内还设置有用户设定模块及二次开发接口模块。
优选地，所述被测电机上设置有第一编码器，所述第一编码器电性连接在被测电机驱动器上，所述负载电机上设置有第二编码器，所述第二编码器电性连接在数字信号转接模块上。
优选地，还包括温度记录仪，所述温度记录仪与安装在被测电机上的温度传感器电性连接，所述温度记录仪电性连接在被测电机驱动器上并与测控模块信号连接。
优选地，还包括功率分析仪，所述功率分析仪通过导线电性连接在被测电机与双向电源之间，所述功率分析仪采用直流电供电或交流电供电。
优选地，还包括噪声监测模块，所述噪声监测模块与被测电机相对，所述噪声监测模块信号连接在测控模块上。
优选地，还包括水冷机，所述水冷机的出水口通过管道与所述负载电机的冷却水箱相连通。
本发明提供一种新型旋转电机特性测试台架，具备以下有益效果：
1、本发明能够实现远程实时在线测试，避免了现场人工测试时，可能对测试人员造成的身体伤害；
2、本发明不仅能够测试常规的测试项，如负载特性、T-N曲线、空载特性、B法效率、正反转速差、温升测试、连续堵转数据、峰值堵转数据、反电动势常数、电气时间常数、热阻和热时间常数、电流过载倍数、静态刚度等，还能够测试转速波动、转矩波动、转速调整率试验、位置跟踪误差等控制精度相关测试及转速变化时间响应、转矩变化时间响应、机电时间常数、频带宽度试验等控制相应的相关实验；
3、本发明的控制柜内设置的测控模块能够进行动态加载，便于嵌入自动化特性测试及设置特定工况，为测试项的升级迭代提供可能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的原理示意图；
图中：1、减振平台；2、负载电机；3、被测电机；4、扭矩转速传感器；5、第一联轴器；6、第二联轴器；7、双向电源；8、负载电机驱动器；9、被测电机驱动器；10、测控模块；11、数字信号转接模块；12、测试结果输出模块；13、第一编码器；14、第二编码器；15、温度记录仪；16、功率分析仪；17、噪声监测模块；18、水冷机；19、用户设定模块及二次开发接口模块；20、软件模块；21、上位机。
具体实施方式
为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
实施例一，一种新型旋转电机特性测试台架，包括减振平台1及控制柜，减振平台1上设置有负载电机2与被测电机3，负载电机2与被测电机3之间设置有扭矩转速传感器4，扭矩转速传感器4的一端通过第一联轴器5与被测电机3上的输出端同轴固定连接，扭矩转速传感器4的另一端通过第二联轴器6与负载电机2同轴固定连接，负载电机2与被测电机3同时通过导线连接在同一个双向电源7上，扭矩转速传感器4信号连接在控制柜上。
减振平台1的工作台硬度为HB170-240以上，具有较好的平面稳定性、韧性和耐磨性；采用隔而固弹簧隔振装置，既能隔离振动，又能隔离结构次生噪音，并且可以精确地计算试验台或测试设备的水平向与垂向固有频率。系统的垂向固有频率最低可以设计为1Hz，此时水平向与摇摆振动固有频率甚至会低于1Hz，精度等级为3级。
负载电机2为被测电机3提供负载环境，其扭矩能覆盖被测电机3的范围，满足被测电机3需要测试的扭矩指标；还为被测电机3提供转速环境，其转速能覆盖被测电机3的范围，满足被测电机3需要测试的转速环境。双向电源7为负载电机2和被测电机3提供四象限的测试环境，也是作为平台提供动力来源。
工作原理：将被测电机3与负载电机2均设置在减振平台1上，双向电源7对负载电机2及被测电机3进行供电，能够为二者提供四象限的测试环境，扭矩转速传感器4的两端分别通过第一联轴器5与第二联轴器6与被测电机3与负载电机2固定连接，负载电机2为被测电机3提供转速与扭矩，则扭矩转速传感器4设置在二者之间，能够采集到被测电机3的加载情况，能够实现机械输出功率和功率分析仪16的电功率获取转换效率，扭矩转速传感器4信号连接在控制柜上，则工作人员能够远程操纵测试，测试不同工况下被测电机3的测试特性。
双向电源7与负载电机2之间通过导线连接有负载电机驱动器8，双向电源7与被测电机3之间通过导线连接有被测电机驱动器9，控制柜内设置有测控模块10，测控模块10与软件模块20通过导线连接，测控模块10与负载电机驱动器8、被测电机驱动器9之间信号连接，负载电机驱动器8与测控模块10之间还设置有数字信号转接模块11，数字信号转接模块11用于对信号进行转换，测控模块10与测试结果输出模块12电性连。测控模块10与软件模块20相连接，软件模块20可以是自编程软件，也可以外接软件程序，测控模块10均可以加载测控软件的底层程序并进行计算。
负载电机驱动器8可以采用Unitech的SD800系列，能够驱动负载电机2在转矩模式及转速模式下为被测电机3提供测试环境，驱动被测电机3实现测试、超速、转矩、转速响应等测试实验；同时，负载电机驱动器8提供底层PWM开源接口，为用户进行二次开发提供硬件基础；采用SiC的高频PWM硬件结构，为精准转速及加载环境的设置提供了硬件前提；采用开源驱动器为被测电机驱动器9的控制器设计提供了开源硬件基础；被测电机驱动器9采用SiC开源结构，为控制器设计提供了范围更大的硬件环境。
测试结果输出模块12设置在上位机21内，上位机21内还设置有用户设定模块及二次开发接口模块19。测试结果输出模块12能够呈现电机特性测试结果，将结果采用文档形式，与打印机互联，一键完成编辑与打印，测试结果包括数据报表、曲线图形、文字说明、规格参数、测试时间等信息，测试结果输出模块12将数据输出，上位机21能够进一步将数据传输至外部数据存储及处理模块，从而对旋转电机的特性进一步进行分析。
上位机21内设置的用户设定模块及二次开发接口模块19能够进一步增加测试项目，同时能够方便用户的设定，以便于在增加新功能时，便于测试人员的操作。用户设定模块及二次开发接口模块19采用Unitech的Caps-mk-004系列，其上位机21在功能上主要包括数据的显示、下发与存储功能。数据显示包括实时数值及实时曲线等，数值可设为表格及列表等形式，曲线可设置显示步长、不同变量对比方式、颜色线型等；指令下发包括实时数值调节、曲线变量调节、触发判断式修改、曲线拖拽等形式；数据存储包括测量缓存存储、Plotter显示数据存储、长时间记录器存储等形式。在操作上，可以实时更新simulink的sdf文件，连接simulink中控制器的所有中间变量，可以快速更换不同算法的sdf文件。
数字信号转接模块11适配伺服驱动装置，用于保护测控模块10的DIO数字信号通道不因与外部连接而产生损坏，避免长期的售后维修时间；采用定制化硬件死区设置的方式来为测控模块10节省通道、减小软件死区的设定范围、适配更多电机类型、增加电机控制方式的多样性。
在本实施例中，被测电机3上设置有第一编码器13，第一编码器13电性连接在被测电机驱动器9上，负载电机2上设置有第二编码器14，第二编码器14电性连接在数字信号转接模块11上。数字信号转接模块11采用隔离优化等数字信号处理方式提升第一编码器13、第二编码器14等高精度数字信号的稳定性与抗扰性。第一编码器13用于为被测电机3提供角度输出。第二编码器14往往采用绝对式SSI高精度编码器，用于为负载电机2提供高精度的角度输出，同时对被测电机3在带载情况下的位置控制作精准定位。第二编码器14电性连接在数字信号转接模块11上，能够节省控制通道。
还包括温度记录仪15，温度记录仪15与安装在被测电机3上的温度传感器电性连接，温度记录仪15电性连接在被测电机驱动器9上并与测控模块10信号连接，被测电机3中内嵌KTY和温度探头，接入温度记录仪15，温度记录仪15经RS485将温度信息实时地传输到测控模块10中，并在测试结果输出模块12上实时显示和记录。
还包括功率分析仪16，功率分析仪16通过导线电性连接在被测电机3与双向电源7之间，功率分析仪16采用直流电供电或交流电供电。功率分析仪16可以经以太网将信号实时地传输到测控模块10中，并在测试结果输出模块12进行实时显示和记录。
还包括噪声监测模块17，噪声监测模块17与被测电机3相对，噪声监测模块17信号连接在测控模块10上。该单元所用声级计采用爱华的AWA5636-0，本模块用于对被测电机3在不同工况下的噪声进行实时的监测；自由测取被测电机3周围不同区域的噪声强度；在测控模块10实时获取系统噪声情况；为被测电机3设计及控制的噪声指标提供环境噪音参数，从而便于不断修正；并与测试结果输出模块12单元互联，呈现出测试报告。
还包括水冷机18，水冷机18的出水口通过管道与负载电机2的冷却水箱相连通。水冷机18的进水口和出水口与负载电机2机壳的出水口和进水口相连，从而形成水循环结构，不断给负载电机2进行降温，从而便于测功平台的稳定运行。
综上，测控模块10采集伺服驱动装置的电压和电流信号，经由数字信号转接模块11所转接的数字信号，功率分析仪16的RS485通讯信号，噪声监测模块中设备的模拟电压信号和温度记录仪15的RS485通讯信号；用于发送经由数字信号转接模块所转接的数字信号；用于加载测控软件的底层程序并进行计算；用于与上位机21经以太网连接，使得上位机21测试结果输出模块12可以输出测试结果；用于为用户设定及二次开发接口模块提供对应的硬件载体。
在运行时，在用户设定及二次开发接口模块上将测控模块10进行编译下载，在上位机21上打开测试结果输出模块12进行实时测控，测控模块10将指令通过CAN协议传输到被测电机3上，使之运行在特定的测试工况模式下，通过采集负载电机驱动器8采集的电流信号，并将信号经数字信号转接模块11传至负载电机驱动器8，从而使得负载电机2运行在特定的实验工况下，以满足测试项的实验环境需求，在进行四象限的加载测试时，负载电机2或被测电机3会经机械轴获取机械能转为电能而运行在发电模式下，此过程的转矩传感器会获取实时转矩信号而传输至测控模块10中，负载电机2或被测电机3发出的电能会经过负载电机驱动器8或被测电机驱动器9转为直流形式在双向电源7上进行吸纳，负载电机驱动器8和被测电机驱动器9的直流电压由双向电源7进行稳压；
在运行测试过程中，被测电机3的机械功率由扭矩传感器的扭矩信号和转速信号经计算而得，被测电机3的电功率由功率分析仪16经采集交流电压电流信号后计算而得，同时被测电机驱动器9直流侧接入到功率分析仪16中以获得直流侧电压电流信号和直流侧功率，进而可以获取被测电机3和驱动器的效率，功率分析仪16可以经以太网将信号实时地传输到测控模块10中，并在测试结果输出模块12进行实时显示和记录。
被测电机3埋置温度传感器，其输出信号接入温度记录仪15可以实时显示各个埋置点的温度信息，温度记录仪15经RS485将温度信息实时地传输到测控模块10中，并在测试结果输出模块12上实时显示和记录；噪声监测模块17放置在被测电机3一旁，可以自由移动，其输出形式为模拟量电压信号，可接入测控模块10中并实时地显示和记录在上位机21测试结果输出模块12上。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本发明附图中的图案填充不代表结构的材料，仅对结构进行区分；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种新型旋转电机特性测试台架，其特征在于：包括减振平台及控制柜，所述减振平台上设置有负载电机与被测电机，所述负载电机与被测电机之间设置有扭矩转速传感器，所述扭矩转速传感器的一端通过第一联轴器与被测电机上的输出端同轴固定连接，所述扭矩转速传感器的另一端通过第二联轴器与负载电机同轴固定连接，所述负载电机与被测电机同时通过导线连接在同一个双向电源上，所述扭矩转速传感器信号连接在控制柜上。
2.根据权利要求1所述的一种新型旋转电机特性测试台架，其特征在于：所述双向电源与负载电机之间通过导线连接有负载电机驱动器，所述双向电源与被测电机之间通过导线连接有被测电机驱动器，所述控制柜内设置有测控模块，所述测控模块与软件模块通过导线连接，所述测控模块与负载电机驱动器、被测电机驱动器之间信号连接，所述负载电机驱动器与测控模块之间还设置有数字信号转接模块，所述数字信号转接模块用于对信号进行转换，所述测控模块与测试结果输出模块电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种新型旋转电机特性测试台架，其特征在于：所述测试结果输出模块设置在上位机内，所述上位机内还设置有用户设定模块及二次开发接口模块。
4.根据权利要求2所述的一种新型旋转电机特性测试台架，其特征在于：所述被测电机上设置有第一编码器，所述第一编码器电性连接在被测电机驱动器上，所述负载电机上设置有第二编码器，所述第二编码器电性连接在数字信号转接模块上。
5.根据权利要求2所述的一种新型旋转电机特性测试台架，其特征在于：还包括温度记录仪，所述温度记录仪与安装在被测电机上的温度传感器电性连接，所述温度记录仪电性连接在被测电机驱动器上并与测控模块信号连接。
6.根据权利要求2所述的一种新型旋转电机特性测试台架，其特征在于：还包括功率分析仪，所述功率分析仪通过导线电性连接在被测电机与双向电源之间，所述功率分析仪采用直流电供电或交流电供电。
7.根据权利要求2所述的一种新型旋转电机特性测试台架，其特征在于：还包括噪声监测模块，所述噪声监测模块与被测电机相对，所述噪声监测模块信号连接在测控模块上。
8.根据权利要求1所述的一种新型旋转电机特性测试台架，其特征在于：还包括水冷机，所述水冷机的出水口通过管道与所述负载电机的冷却水箱相连通。
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