CN112392756B - 一种用于电驱动离心压气机增压系统试验测控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可广泛应用于电驱动离心压气机增压系统的试验测控装置，包括：压气机性能测试系统、控制系统、冷却系统、数据采集和处理系统。其中压气机性能测试系统包括压气机系统、电驱动机构、流量调节机构；控制系统包括上位机以及电机控制器；冷却系统包括水、油冷却润滑机构；数据采集和处理系统包括：压气机进、出口压力传感器，进、出口温度传感器，进、出口流量计和转速传感器及CAN通讯系统。装置通过上位机对采集的信号进行处理并对压气机和电机进行协调控制，具有压气机转速调节控制、流量调节控制，冷却监控提示、自动采集数据、绘制数据表格，性能曲线等功能，满足增压系统的压气机性能、可靠性，电驱动系统加速性等试验测试需求。

Description

一种用于电驱动离心压气机增压系统试验测控装置

技术领域

本发明涉及机械技术领域，更具体的说是涉及一种用于电驱动离心压气机增压系统试验测控装置。

背景技术

目前，车辆、船舶、航空等领域对电驱动增压器的需求逐渐增加，当需要对增压器进行测试时一般需要将增压器至于试验台上进行测试操作；由于电驱动离心压气机增压系统测试装置与涡轮增压测试装置不同，它是由电机来驱动压气机工作，通常包括压气机系统，电机系统，电机控制器等部分。电驱动增压器测试装置需要满足：电机驱动，压气机性能测试，压气机与电机协调控制，测试数据的釆集，数据处理等功能。能够根据测试要求进行电机电参数、压气机温度，压力，流量参数，冷却系统测量参数，转速等信号的高速采集和实时操作等工作。

因此，如何提供一种通用性强，转速、流量测试范围广，压气机转速控制稳定快捷，同时可以快速稳定的进行试验数据采集的电驱动离心压气机测试装置成为本领域人员亟需解决的一个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于电驱动离心压气机增压系统试验测控装置，包括：

电驱动机构，所述电驱动机构与压气机电连接并用于为其供电；

水冷却润滑机构，所述水冷却润滑机构与所述压气机冷却管路连通；

油冷却润滑机构，所述油冷却润滑机构与所述压气机连通；

流量调节机构，所述流量调节机构与所述压气机出口管道连通；

上位机，所述上位机与所述电驱动机构、所述油冷却润滑机构、所述压气机电连接及所述流量调节机构信号线连接，且所述上位机能够调节所述压气机的转速；

以及与所述上位机电连接的：进口压力传感器，出口压力传感器，进口温度传感器，出口温度传感器，进口流量计和出口流量计；

所述进口压力传感器、进口温度传感器和进口流量计均设置于所述压气机的进气管道，所述出口压力传感器、出口温度传感器和出口流量计均设置于所述压气机的排气管道。

本发明有益效果是：测试装置可以适用于不同类型的电驱动离心压气机增压系统，如车用电辅助增压系统，电动压气机，燃料电池离心空压机等。在一般电动压气机试验台架基础上，由于此台架同时具有水冷却润滑机构和油冷却润滑机构且可以旁通，使得其可以针对不同润滑和冷却方式的轴承转子系统进行试验，如油润滑，油脂润滑，水润滑和空气轴承等；通过更换压气机进口流量计可以对不同功率、流量的压气机进行试验；试验台架采用的两个电动流量调节阀可以精确的控制压气机气体流量；整个试验台架设计模块化程度高，更换被测压气机操作简便，可对全系列电驱动增压器进行试验；试验台上位机程序采用模块化设计，更换数据采集卡操作简单，采用合适的传感器可对超高转速的燃料电池空压机进行测试。

进一步的，所述电驱动机构包括依次串联的车载蓄电池、调压电源、控制器、二次仪表和电机，所述电机与所述压气机机械连接。

进一步的，还包括转速传感器和电机转子温度传感器，所述转速传感器和电机转子温度传感器均设置于所述电机转子上。

进一步的，还包括电机前绕组温度传感器和电机后绕组温度传感器

进一步的，所述适用于油冷却润滑机构包括机油箱以及设置于所述机油箱内部的油温调节器，所述机油箱的进油端与进油管连通，所述机油箱的出油端与出油管连通，所述进油管与出油管均与所述压气机连通，所述油压调节器、油温调节器与所述上位机电连接。

进一步的，所述油温调节器包括电加热器和水冷管，所述水冷管具有安装有流量阀，所述电加热器与所述流量阀均与所述上位机电连接。通过对油温调节器进行参数设置可为压气机提供油温合适的润滑油，提高测试装置的适用度。

进一步的，还包括进油压力传感器、进油温度传感器、进油流量计、出油压力传感器、出油温度传感器和出油流量计，所述进油压力传感器、进油温度传感器、进油流量计设置在进油管上，所述出油压力传感器、出油温度传感器和出油流量计设置在出油管上。

进一步的，还包括适用于水冷却润滑机构，所述水冷却润滑机构与所述压气机连通。所述水冷却润滑机构包括冷却水箱和冷却风扇，所述冷却水箱的进水端与进水管连通，所述冷却水箱的出水端与出水管连通，所述进水管与出水管均与所述压气机连通，所述冷却风扇与所述上位机电连接。

电驱动压气机有水冷润滑和油冷润滑两种，切换水润滑方式可使装置有效适用于水冷润滑型电驱动压气机；将两套机构全部旁通则可以对使用空气轴承的超高速电机进行试验操作。可根据不同的冷却和润滑需求进行切换。

进一步的，还包括进水压力传感器、进水温度传感器、进水流量计、出水压力传感器、出水温度传感器和出水流量计，所述进水压力传感器、进水温度传感器、进水流量计设置在进水管上，所述出水压力传感器、出水温度传感器和出水流量计设置在出水管上。

进一步的，所述压气机进口压力传感器包括进气总压力传感器和进气静压力传感器；出口压力传感器包括排气总压力传感器和排气静压力传感器，进口压力传感器设置在进气管上，出口压力传感器设置在排气管上。

进一步的，进口温度传感器设置在进气管上，出口温度传感器设置在排气管上。

进一步的，还包括流量调节机构，所述流量调节机构与所述压气机连接。所述电动流量控制结构包括主排气管、气动球阀、副排气管和旁通阀，所述主排气管与气动球阀连接，所述副排气管与旁通阀连接，所述主、副排气管均与所述压气机连通，所述气动球阀与旁通阀均与上位机电连接。通过上位机可对气动球阀进行调节快速控制流量进入预期值，通过计算器可对旁通阀进行调节达到精确调节流量的目的。

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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的结构示意图；

图2附图为本发明提供的控制原理图。

其中，1-蓄电池、2-电源、3-控制器、4-二次仪表、5-电机、6-电机前绕组温度传感器、7-电机转子温度传感器、8-电机后绕组温度传感器、9-转速传感器、10-压气机、11-进气管道、12-进口温度传感器、13-进气总压力传感器、14-进口流量计、15-进气静压力传感器、16-主排气管道、17-气动球阀、18-副排气管道、19-旁通阀、20-出口流量计、21-排气静压力传感器、22-排气总压力传感器、23-出口温度传感器、24-冷却水箱、25-进水压力传感器、26-进水温度传感器、27-进水流量计、28-水冷风扇、29-出水压力传感器、30-出水温度传感器、31-出水流量计、32-冷却水阀门、33-润滑油冷却装置、34-润滑油电加热装置、35-机油箱、36-进油压力传感器、37-进油温度传感器、38-进油流量计、39-出油温度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为根据本专利一实施例的电驱动增压器测试台架的结构原理；

图2为图1所示电驱动增压器测试台架中的测量与控制系统和数据采集及处理系统示意图。

一种用于电驱动离心压气机增压系统试验测控装置，包括：

电驱动机构，所述电驱动机构与压气机10电连接并用于为其供电；

油冷却润滑机构，所述油冷却润滑机构与所述压气机10油路连通；

水冷却润滑机构，所述水冷却润滑机构与所述压气机冷却管路连通；

流量调节机构，所述流量调节机构与所述压气机出口连通；

上位机，所述上位机与所述电驱动机构、所述油冷却润滑机构、所述流量调节机构及所述压气机10电连接，且所述上位机能够调节所述压气机10的转速及精确调节压气机的空气流量；

以及与所述上位机电连接的：进口压力传感器13，出口压力传感器22，进口温度传感器12，出口温度传感器23，进口流量计14和出口流量计20、；

所述进口压力传感器、进口温度传感器12和进口流量计14均设置于所述压气机10的进气管道11，所述出口压力传感器、出口温度传感器23和出口流量计20均设置于所述压气机10的排气管道16。

在本发明实施例中，所述电驱动机构包括依次串联的车载蓄电池1、电源2、控制器3、二次仪表4和电机5，所述电机5与所述压气机10传动连接。

在本发明实施例中，还包括转速传感器9和电机5转子温度传感器7，所述转速传感器9和电机5转子温度传感器7均设置于所述电机5转子上。

在本发明实施例中，还包括电机5前绕组温度传感器6和电机5后绕组温度传感器8

在本发明实施例中，所述油冷却润滑机构包括机油箱35以及设置于所述机油箱35内部的油温调节器，所述机油箱35的进油端与进油管连通，所述机油箱35的出油端与出油管连通，所述进油管与出油管均与所述压气机10连通，所述油压调节器、油温调节器与所述上位机电连接。

在本发明实施例中，所述油温调节器包括电加热器34和水冷管33，所述水冷管33具有安装有流量阀，所述电加热器34与所述流量阀均与所述上位机电连接。通过对油温调节器进行参数设置可为压气机10提供油温合适的润滑油，提高测试装置的适用度。

在本发明实施例中，还包括进油压力传感器36、进油温度传感器、进油流量计38、出油压力传感器、出油温度传感器39和出油流量计，所述进油压力传感器36、进油温度传感器、进油流量计38设置在进油管上，所述出油压力传感器、出油温度传感器39和出油流量计设置在出油管上。

在本发明实施例中，还包括水冷却润滑机构，所述水冷却润滑机构与所述压气机10连通。所述水冷却润滑机构包括冷却水箱24和冷却风扇28，所述冷却水箱24的进水端与进水管连通，所述冷却水箱24的出水端与出水管连通，所述进水管与出水管均与所述压气机10连通，所述冷却风扇28与所述上位机电连接。

在本发明实施例中，还包括进水压力传感器25、进水温度传感器26、进水流量计27、出水压力传感器29、出水温度传感器30和出水流量计31，所述进水压力传感器25、进水温度传感器26、进水流量计27设置在进水管上，所述出水压力传感器29、出水温度传感器30和出水流量计31设置在出水管上。进水管上可以设置冷却水阀门32。

在本发明实施例中，所述进口压力传感器包括进气总压力传感器13和进气静压力传感器15；出口压力传感器包括排气总压力传感器22和排气静压力传感器21。

在本发明实施例中，所述主排气管16设有气动球阀17，所述副排气管道18设有旁通阀19，所述气动球阀17与旁通阀19均与上位机电连接。通过上位机控制气动球阀17可以快速调节压气机流量，通过上位机控制旁通阀19可对压气机流量进行精确控制。

在本发明实施例中，控制部分也采用两种控制方式，在保留了原来的手动控制的基础上，增加了一套PLC控制系统，通过PLC控制系统控制电源2电压从而控制压气机10转速在0到额定最高转速变化，控制压气机10出口电动阀门17来控制压气机10流量、背压，并控制润滑油冷却系统温度压力。

电驱动离心压气机增压器性能试验台气动调节系统由气动管路与流量调节机构组成，通过上位机远程手动操作可完成压气机10气体流量的调控。

本专利的电驱动离心压气机增压器测试台架的主要工作流程如下：

检查试验台架，确认仪器仪表状态正常、电气线路连接准确、管路无漏气漏水现象。

系统上电，运行电机，使其加速到预定最高转速，记录过程中瞬态电压电流功率、各传感器上瞬态温度、瞬态压力、瞬态转速和流量。使电机在预定转速恒转速运行，记录过程中瞬态电压电流功率、各传感器上瞬态温度、瞬态压力、和流量。使电机在最高转速降速到停机状态，记录过程中瞬态电压电流功率、各传感器上瞬态温度、瞬态压力、瞬态转速和流量。

在采集绘制空压机转速线所需数据时，将转速稳定到预期值时，逐渐增加压气机进气流量，记录过程中瞬态电压电流功率、各传感器上瞬态温度、瞬态压力、瞬态转速和流量。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种用于电驱动离心压气机增压系统试验测控装置，其特征在于，包括：

电驱动机构，所述电驱动机构与压气机电连接并用于为其供电，所述电驱动机构包括依次串联的车载蓄电池、变压电源、控制器、二次仪表和电机，所述电机与所述压气机传动连接；

冷却系统，包括水冷却润滑机构和油冷却润滑机构；其中：

水冷却润滑机构，适用于采用冷却水方式冷却的电机及轴承系统，所述水冷却润滑机构与所述冷却系统的水路管路连通；

油冷却润滑机构，适用于采用润滑油方式冷却和润滑的轴承系统，所述油冷却润滑机构与所述冷却系统的油路管路连通；

流量调节机构，所述流量调节机构与所述压气机出口管道连通；

上位机，所述上位机与所述电驱动机构、所述油冷却润滑机构、所述压气机及所述流量调节机构信号线连接，且所述上位机能够调节所述压气机的转速；

以及与所述上位机信号线连接的：进口压力传感器，出口压力传感器，进口温度传感器，出口温度传感器，进口流量计和出口流量计；

所述进口压力传感器、进口温度传感器和进口流量计均设置于所述压气机的进气管道，所述出口压力传感器、出口温度传感器和出口流量计均设置于所述压气机的排气管道；

还包括转速传感器和电机转子温度传感器，所述转速传感器和电机转子温度传感器均设置于所述电机转子上。

2.根据权利要求1所述的一种用于电驱动离心压气机增压系统试验测控装置，其特征在于，所述水冷却润滑机构包括冷却水箱和冷却风扇，所述冷却水箱的进水端与进水管连通，所述冷却水箱的出水端与出水管连通，所述进水管与出水管均与所述冷却系统的水路管路连通，所述冷却风扇与所述上位机信号线连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于电驱动离心压气机增压系统试验测控装置，其特征在于，还包括进水压力传感器、进水温度传感器、进水流量计、出水压力传感器、出水温度传感器和出水流量计，所述进水压力传感器、进水温度传感器、进水流量计设置在进水管上，所述出水压力传感器、出水温度传感器和出水流量计设置在出水管上，上述传感器和流量计均与所述上位机信号线连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于电驱动离心压气机增压系统试验测控装置，其特征在于，所述冷却系统中可适用润滑油冷却轴承润滑机构的油冷却润滑机构包括机油箱以及设置于所述机油箱内部的油温调节器，所述机油箱的进油端与进油管连通，所述机油箱的出油端与出油管连通，所述进油管与出油管均与所述压气机油路连接，油压调节器、所述油温调节器与所述上位机电连接，所述油温调节器包括电加热器和水冷管，所述水冷管具有安装有流量阀，所述电加热器与所述流量阀均与所述上位机信号线连接。

5.根据权利要求2所述的一种用于电驱动离心压气机增压系统试验测控装置，其特征在于，还包括进油压力传感器、进油温度传感器、进油流量计、和出油温度传感器，所述进油压力传感器、进油温度传感器、进油流量计设置在进油管上，出油压力传感器在出油管上，上述传感器和流量计均与上位机信号线连接。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种用于电驱动离心压气机增压系统试验测控装置，其特征在于，所述进口压力传感器包括进口总压力传感器、进口静压力传感器；出口压力传感器包括出口总压力传感器和出口静压力传感器，所述进口压力传感器、进口温度传感器、进口流量传感器安装在压气机进气管上，所述出口压力传感器、出口温度传感器、出口流量传感器安装在压气机排气管上，上述传感器均与上位机信号线连接。

7.根据权利要求1所述的一种用于电驱动离心压气机增压系统试验测控装置，其特征在于，所述流量调节机构包括主排气管道、副排气管道、气动球阀和旁通阀，所述气动球阀安装在主排气管道上，所述旁通阀安装在副排气管道上，所述副排气管道安装在主排气管道上，所述主排气管道与压气机出气口连接。

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