CN113551913B - 一种改进的取力发电装置调试方法及系统 - Google Patents

一种改进的取力发电装置调试方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种改进的取力发电装置调试方法及系统，其针对现有调试方法的不足而增设了带载功能试验，直到确认发动机工作状态能满足性能要求后，才进行后续总装生产。在总装后的系统调试时，只需将在底盘厂家调试完保存的参数直接输入到软件中，录入到已装配在转接组合的速度控制器里，便可控制发动机转速到达当初调试好的状态，进行微调后即可完成对发动机转速的控制，节省了大量调试时间，且不会发生发动机指标不稳定需更换的情况，保障了批生产的顺利进行，同时提高了调试效率。

Description

一种改进的取力发电装置调试方法及系统
技术领域
本发明属于取力发电设备技术领域，具体涉及一种经过工艺改进与优化的取力发电装置调试方法及相应的系统。
背景技术
目前，取力发电重要的供电设备在多种武器系统中应用广泛。取力发电装置的供电指标和稳定性对武器系统的工作有重要的影响，因此在投入使用前需要进行严格的调试。取力发电装置调试过程中涉及的环节较多，包括电压、频率稳态、瞬态等多个指标，调试过程存在一定难度。现有调试工艺规程中的调试流程尚不完善，调试方法规定不够细致，由于利用软件实现全部参数调试的条件尚不成熟，整个过程仍主要依赖于调试人员的经验进行，同时工装及测试设备的使用方法、工艺规程缺乏统一标准，在对调试工作的指导方面存在欠缺。
图1示出了一种现有取力发电装置目前的生产工艺流程，该流程没有明确要求在结构装配后需要对发动机性能进行带载测试。在取力发电装置总装后的调试过程中，会出现因发动机特性不稳定，造成取力发电装置的供电指标不满足设计要求的情况，只能更换发动机，会对生产进度造成影响。
发明内容
为克服上述现有技术中的问题，本发明提供了一种改进的取力发电装置调试方法，具体包括：
在武器系统的载车底盘结构、显控组合部分、转接组合部分以及控制柜电装均装配完成后，以及将显控组合部分、转接组合部分以及控制柜电装与载车底盘结构进行总装之前，分别执行对载车底盘结构的发动机带载功能试验以及对显控组合部分、转接组合部分以及控制柜电装的调试；
其中，所述对载车底盘结构的发动机带载功能试验过程具体为：
利用转速传感器实时检测发动机转速，并将检测到的转速信号发送至取力发电速度控制器；
所述取力发电速度控制器将接收到的转速信号与设定转速进行比较，输出调制脉宽信号至执行器；
所述执行器基于所述调整脉宽信号，对发动机油门进行供油调节，使发动机输出动力驱动发电机发电并对发电机同时进行反馈控制，维持发电频率满足预定指标；
在发电机的输出端通过断路器连接特定的负载以及用于使电压维持在预定指标的电压调节器，根据加载负载前后的转速对带载功能进行测试并记录测试结果。
进一步地，所述调试中电压调节器具体用于将发电机在95％～100％额定电压时的指标维持满足以下要求：
a)电压稳态调整率：不大于±2％；
b)电压瞬态调整率：不大于±20％；
c)电压稳定时间：小于0.5s；
d)电压波动率：小于0.5％；
e)频率稳态调整率：不大于±2％；
f)频率瞬态调整率：不大于±5％；
g)频率稳定时间：小于3s；
h)频率波动率：小于0.5％。
进一步地，对于发电时额定转速在1200～1500r/min范围的发电机，根据带载时转速是否处于1343r/min～1484r/min范围，确定发动机性能是否需要更换。
相应地，本发明还提供了一种用于执行上述方法的改进的取力发电装置调试系统，包括：
带载功能试验系统，由发动机、转速传感器、取力发电速度控制器、执行器、发电机、电压调节器、断路器以及负载组成；
其中，执行器、发动机、转速传感器、取力发电速度控制器闭环连接，用于反馈控制发动机转速；
发动机输出端与发电机输入端连接，发电机输出端通过断路器分别连接特定负载以及电压调节器。
进一步地，所述执行器通过相关附件安装在发动机散热器支架上，并与发动机油门连接；所述转速传感器安装在发动机飞轮壳适当位置，通过飞轮壳来检测发动机的实时转速。
进一步地，所述发电速度控制器通过电源电缆W1外接蓄电池供电；执行器通过测试电缆W2连接取力发电速度控制器；取力发电速度控制器通过转速测试电缆W3连接转速传感器，并通过串口测试电缆W4外接电脑；发电机通过发电机励磁电缆连接电压调节器，并通过发电机输出电缆连接断路器；断路器通过电压采集电缆W5和负载电缆W6分别连接电压调节器以及负载；电压调节器通过电位器电缆W7外接电位器。
有益效果
本发明所提供的改进的取力发电装置调试方法及系统，能有效地指导发动机指标测试，直到确认发动机工作状态能满足性能要求后，再进行后续总装生产。在总装后的系统调试时，只需将在底盘厂家调试完保存的参数直接输入到软件中，录入到已装配在转接组合的速度控制器里，便可控制发动机转速到达当初调试好的状态，进行微调后即可完成对发动机转速的控制，节省了大量调试时间，且不会发生发动机指标不稳定需更换的情况，保障了批生产的顺利进行，同时提高了调试效率，将调试时间由原来的调试1台产品需要2周缩短至并行调试4台产品需要10天。
附图说明
图1示出了现有的取力发电装置生产工艺流程；
图2示出了本发明所提供的改进的取力发电装置调试及生产工艺流程；
图3示出了本发明所提供的带载试验系统组成。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
在取力发电装置总装完成后的调试过程中，会发生发动机指标不稳定、不能满足取力发电装置技术指标要求的情况，只能通过更换发动机来解决此问题，会造成生产进度的延误。因此，为减少返工环节，确保在取力发电装置总装前发动机已完成测试，本发明提出在底盘厂家完成结构装配后，增加发动机带载功能试验环节，明确发动机带载性能试验内容和测试指标要求，对发动机性能进行初步测试，确认发动机工作状态满足取力发电装置的性能指标。同时，在底盘出场前，增加检验点，以确保发电机性能满足要求。基于这种思路，本发明所提供的一种改进的取力发电装置调试方法，如图2所示，具体包括：
在武器系统的载车底盘结构、显控组合部分、转接组合部分以及控制柜电装均装配完成后，以及将显控组合部分、转接组合部分以及控制柜电装与载车底盘结构进行总装之前，分别执行对载车底盘结构的发动机带载功能试验以及对显控组合部分、转接组合部分以及控制柜电装的调试；
其中，所述对载车底盘结构的发动机带载功能试验过程具体为：
利用转速传感器实时检测发动机转速，并将检测到的转速信号发送至取力发电速度控制器；
所述取力发电速度控制器将接收到的转速信号与设定转速进行比较，输出调制脉宽信号至执行器；
所述执行器基于所述调整脉宽信号，对发动机油门进行供油调节，使发动机输出动力驱动发电机发电并对发电机同时进行反馈控制，维持发电频率满足预定指标；
在发电机的输出端通过断路器连接特定的负载以及用于使电压维持在预定指标的电压调节器，根据加载负载前后的转速对带载功能进行测试并记录测试结果。由流程图可以看出，新增加的发动机带载功能测试是取力发电装置生产调试的基础，因为取力发电装置的调试与发动机的性能指标有着很密切的关系。在本发明的一个优选实施方式中，所述调试中电压调节器具体用于将发电机在95％～100％额定电压时的指标维持满足以下要求：
a)电压稳态调整率：不大于2％；
b)电压瞬态调整率：不大于20％；
c)电压稳定时间：小于0.5s；
d)电压波动率：小于0.5％；
e)频率稳态调整率：不大于2％；
f)频率瞬态调整率：不大于5％；
g)频率稳定时间：小于3s；
h)频率波动率：小于0.5％。
因为发电机输出电压受外界影响较小，基本都能满足要求，所以只要确保发电机输出的频率能满足上述要求即可。
为得到发动机输出频率的指标，需要了解发电机的输出频率与什么有关，才能找到控制频率变化范围的方法。
已知发动机输出交流电的频率f与发电机的输入转速n有关，应满足：
f＝np/60
其中p为发电机极对数，为2。为使发电机的输出频率为50Hz，则发电机的输入转速应为1500r/min。
从这一关系可以看出，发电机输出交流电的频率与发电机输入转速成正比关系。而发电机和发动机结构装配是通过传动轴和齿轮箱连接的，传动轴可将发动机的动力传递到齿轮箱，通过齿轮箱变速，使发电机以额定转速运行。因为齿轮箱的传速比是一定的，为1.62。所以，发电机与发动机的转速也成正比关系，因此可通过对发动机转速的测量得到发电机的输出频率。
驻车发电时发动机额定转速一般在1200～1500r/min之间。通过在发动机飞轮壳上安装的转速传感器，可将发动机机械运动转变为电脉冲信号来感知发动机转速。转速传感器通过飞轮齿切割传感器磁力线来得到矩形波信号，信号的频率与飞轮齿的个数、发动机的转速成正比。已知发动机飞轮齿数为167，通过计算可得到转速传感器采集到的发动机转速信号的频率为1414/60*167≈3.9kHz，远高于交流电的频率50Hz。所以在相同的脉冲时间内，采集到的转速传感器频率波个数要远多于交流电的频率波个数，数量越多精度越高。因此，通过测量发动机转速信号，不仅可间接测量发电机输出频率的测试指标，而且还可以提高测量的精度。
由于发电机输出交流电的频率与发动机转速成正比关系，所以发动机转速的变化轨迹与交流电频率的变化轨迹完全一致。可以采用发动机转速的变化轨迹作为代替发电机输出频率的变化轨迹，作为测量、验收发电机频率调整率及其稳定时间指标的测量方法。
因为发动机转速与频率成正比，因此为满足频率瞬态调整率不大于±5％，则要求突然加载时发动机转速突变不超过±5％。就某车取力发电装置而言，其额定转速为1414r/min，则可计算出加载后发动机转速的变化范围。根据公式
nB＝n+n×5％
式中：
nB表示加载后发动机的转速，r/min；
n标识发动机额定转速，r/min；
nBmax表示最高转速，nBmin表示最低转速。
可计算得出转速的最大值nBmax＝1484.7r/min，最小值nBmin＝1343.3r/min。
由此可知，当取力发电装置突然加载时，发动机的转速不能低于1343r/min，且不能超过1484r/min，要控制在1343r/min～1484r/min之间，否则发电机频率将不能满足技术指标要求。因此在本发明的一个优选实施方式中，对于发电时额定转速在1200～1500r/min范围的发电机，根据带载时转速是否处于1343r/min～1484r/min范围，确定发动机性能是否需要更换。
通过控制发动机的转速，即可控制发电机频率，从而使其调整率、稳定时间和波动率满足取力发电装置的调试要求。但是取力发电装置在底盘厂家进行结构装配时还未装配电气系统，没有显控组合及转接组合，不能进行控制及显示，因此测试发动机性能成为一个难点。为此，需要在现有调试系统中增设带载功能试验，来满足取力发电装置结构装配后的调试需求，以通过速度控制器调节频率，通过电压调节器调节电压，使两者在施加30kW负载时的调整率、稳定时间及波动率满足要求。相应地，本发明还提供了一种用于执行上述方法的改进的取力发电装置调试系统，如图3所示，包括：
带载功能试验系统，由发动机、转速传感器、取力发电速度控制器、执行器、发电机、电压调节器、断路器以及负载组成；
其中，执行器、发动机、转速传感器、取力发电速度控制器闭环连接，用于反馈控制发动机转速；
发动机输出端与发电机输入端连接，发电机输出端通过断路器分别连接特定负载以及电压调节器。
所述执行器可通过相关附件安装在发动机散热器支架上，并与发动机油门连接；所述转速传感器安装在发动机飞轮壳适当位置，通过飞轮壳来检测发动机的实时转速。
所述发电速度控制器通过电源电缆W1外接蓄电池供电；执行器通过测试电缆W2连接取力发电速度控制器；取力发电速度控制器通过转速测试电缆W3连接转速传感器，并通过串口测试电缆W4外接电脑；发电机通过发电机励磁电缆连接电压调节器，并通过发电机输出电缆连接断路器；断路器通过电压采集电缆W5和30kW负载电缆W6分别连接电压调节器以及负载；电压调节器通过电位器电缆W7外接电位器。上述的电缆W1～W7为新增工装电缆，发电机励磁电缆和发电机输出电缆为发电机自带电缆。
在本发明的一个优选实例中，可以采用如表1所示的连接关系建立带载功能测试系统。
表1调试电缆接线表
按照上述方式连接好所有电缆后，整个测试系统便建立完成。载车启机挂取力后，发动机的转速便被采集到电脑中，通过软件显示出来。通过施加30kW负载，观察转速波形的变化，如果能通过使用电子调速软件调整PID参数，将发动机转速控制在1343r/min～1484r/min之间，则说明发动机指标可满足取力发电要求，通过带载功能测试。否则，若不能通过调整PID参数将发动机转速控制在规定范围内，则需要更换发动机。通过测试的发动机编号及调整后的PID参数值需要记录，在取力发电装置总调时，将此参数直接录入到已装配到转接组合内的速度控制器中，进行微调，即可将发动机转速控制在规定范围内，从而满足取力发电装置技术指标要求。
以上对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种改进的取力发电装置调试方法，其特征在于，所述方法包括：
在武器系统的载车底盘结构、显控组合部分、转接组合部分以及控制柜电装均装配完成后，以及将显控组合部分、转接组合部分以及控制柜电装与载车底盘结构进行总装之前，分别执行对载车底盘结构的发动机带载功能试验以及对显控组合部分、转接组合部分以及控制柜电装的调试；
其中，所述对载车底盘结构的发动机带载功能试验过程具体为：
利用转速传感器实时检测发动机转速，并将检测到的转速信号发送至取力发电速度控制器，其中，所述转速传感器安装在发动机飞轮壳上，可将发动机机械运动转变为电脉冲信号来感知发动机转速，所述转速传感器通过飞轮齿切割传感器磁力线来得到矩形波信号，信号的频率与飞轮齿的个数、发动机的转速成正比；
所述取力发电速度控制器将接收到的转速信号与设定转速进行比较，输出调制脉宽信号至执行器；
所述执行器基于所述调制脉宽信号，对发动机油门进行供油调节，使发动机输出动力驱动发电机发电并对发电机同时进行反馈控制，维持发电频率满足预定指标；
在发电机的输出端通过断路器连接特定的负载以及用于使电压维持在预定指标的电压调节器，根据加载负载前后的转速对带载功能进行测试并记录测试结果，直到确认发动机工作状态能满足性能要求后，再进行后续总装生产；
在总装后的系统调试时，将在底盘厂家调试完保存的参数直接输入到软件中，录入到已装配在转接组合部分的速度控制器里，便可控制发动机转速到达当初调试的状态，进行微调后完成对发动机转速的控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述调试中电压调节器具体用于将发电机在95％～100％额定电压时的指标维持满足以下要求：
a)电压稳态调整率：不大于±2％；
b)电压瞬态调整率：不大于±20％；
c)电压稳定时间：小于0.5s；
d)电压波动率：小于0.5％；
e)频率稳态调整率：不大于±2％；
f)频率瞬态调整率：不大于±5％；
g)频率稳定时间：小于3s；
h)频率波动率：小于0.5％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：对于发电时额定转速在1200～1500r/min范围的发电机，根据带载时转速是否处于1343r/min～1484r/min范围，确定发动机性能是否需要更换。
4.一种用于执行如权利要求1-3任一项所述方法的改进的取力发电装置调试系统，包括：
带载功能试验系统，由发动机、转速传感器、取力发电速度控制器、执行器、发电机、电压调节器、断路器以及负载组成；
其中，执行器、发动机、转速传感器、取力发电速度控制器闭环连接，用于反馈控制发动机转速；
发动机输出端与发电机输入端连接，发电机输出端通过断路器分别连接负载以及电压调节器。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述执行器通过相关附件安装在发动机散热器支架上，并与发动机油门连接；所述转速传感器安装在发动机飞轮壳适当位置，通过飞轮壳来检测发动机的实时转速。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述取力发电速度控制器通过电源电缆W1外接蓄电池供电；执行器通过测试电缆W2连接取力发电速度控制器；取力发电速度控制器通过转速测试电缆W3连接转速传感器，并通过串口测试电缆W4外接电脑；发电机通过发电机励磁电缆连接电压调节器，并通过发电机输出电缆连接断路器；断路器通过电压采集电缆W5和负载电缆W6分别连接电压调节器以及负载；电压调节器通过电位器电缆W7外接电位器。
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