一種電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置與測試方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置與測試方法。包括設置在剛性基礎上的安裝支架，被測電機的端部水平置于安裝支架上，力傳感器剛性連接在被測電機的端部與安裝支架之間，被測電機的輸出軸通過聯(lián)軸器與固定在剛性基礎上的磁粉制動器連接。通過信號采集儀測得電機端蓋處的切向力與機身振動加速度，切向力再乘上作用力臂即可得到電機動靜態(tài)轉矩，并同步測試電機電壓電流計算得到電機轉矩。通過調節(jié)磁粉制動器的電流得到不同負載工況，進而可以測得電機不同負載下的動靜態(tài)轉矩。本發(fā)明可用于測試拖動電機空載、負載以及受到不同外部不平衡力時的動靜態(tài)轉矩。
【專利說明】
一種電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置與測試方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種電機動靜態(tài)轉矩測試裝置，本發(fā)明也涉及的是一種電機動靜態(tài)轉矩測試方法。具體地說是一種電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置與測試方法。
【背景技術】
[0002]拖動電機的動靜態(tài)轉矩大小直接影響電機運行的平穩(wěn)性，并對電力拖動系統(tǒng)的振動噪聲有重大影響，尤其對于永磁同步電動機、開關磁阻電機等，其動靜態(tài)轉矩的精確測量是實現(xiàn)對其有效抑制、提高系統(tǒng)控制精度的前提。相對于電機空載工況，定量分析電機負載工況下的動靜態(tài)轉矩特性更為重要，拖動電機在工作時往往受到不同程度的外部徑向載荷，不同的載荷對電機動靜態(tài)轉矩產生影響，因此準確測試電機不同工況下的動靜態(tài)轉矩具有重要的工程意義。
[0003]《A Simple Method for Measuring Cogging Torque in Permanent MagnetMachines》(諸自強Proc.1EEE PES Gen.Meeting, 2009:1-4)中，介紹了一種利用定子側感受到的反作用力矩，使用一種簡單的杠桿，根據(jù)力矩由力和力臂相乘的原理，將力矩轉化為力的輸出，利用一臺電子秤測量自由端重物所受力的變化，將永磁電機安裝在車床卡具上并轉動，從而動態(tài)地測得電機的齒槽力矩，且成本較低，該測試方法僅能測試特定電機斷電狀態(tài)下的剩余轉矩，且需要機床平穩(wěn)地旋轉，采用的長杠桿易變形對測試結果產生影響。
[0004]專利申請?zhí)枮?01020046796.1的專利文件中公開了一種“轉鼓制動試驗臺動態(tài)轉矩測量裝置”，利用杠桿原理，通過測試轉鼓制動試驗臺臥式驅動電機安裝底座一側的垂向受力來測試電機的轉矩但該測試裝置會引入由底座垂向振動造成的轉矩干擾，對于一端鉸接，一端測力的實驗結構可能存在鉸接不緊固的情況，會對測試結果造成干擾，同時電機受到外部皮帶的徑向載荷，其對鉸接支點產生矩的作用，同樣影響測試結果。
[0005]“無刷直流電機的力矩波動在線測試”(張志忠等《微特電機》，1995，(3):32-33)中，對傳統(tǒng)直接測量法進行了改進，提出了一種平衡式測量方法，該方法將恒定轉矩部分平衡掉，利用大慣量飛輪作為基準，用串在軸上的力矩傳感器測試傳遞到飛輪端的轉矩波動，可以選用小量程高分辨率傳感器，從而提高測試精度。
[0006]此外現(xiàn)有電機轉矩直接測試方法往往無法同時測試電機空載、負載、及轉子不平衡與不對中工況下的動靜態(tài)轉矩，且測試結果存在精確不高，所受干擾因素較多等因素。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種可以同時測試電機空載、負載及轉子不平衡與不對中工況下的動靜態(tài)轉矩，測試精度高、容易實施的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試方法。
[0008]本發(fā)明的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置包括設置在剛性基礎上的安裝支架，被測電機的端部水平置于安裝支架上，力傳感器剛性連接在被測電機的端部與安裝支架之間，被測電機的輸出軸通過聯(lián)軸器與固定在剛性基礎上的磁粉制動器連接。[0009 ]本發(fā)明的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置還可以包括:
[0010]1、安裝支架上設置平面推力軸承，平面推力軸承位于被測電機的端部與安裝支架之間。
[0011]2、在被測電機上設置加速度傳感器。
[0012]3、包括兩個力傳感器，兩個力傳感器對稱布置。
[0013]4、在被測電機的輸出軸上安裝飛輪盤。
[0014]5、飛輪盤上有均布的螺栓孔。
[0015]6、被測電機端部的法蘭伸出力傳感器安裝塊，安裝支架上設置力傳感器安裝凸臺，力傳感器剛性連接在力傳感器安裝塊于力傳感器安裝凸臺之間。
[0016]本發(fā)明的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試方法為:
[0017]啟動被測電機，待被測電機運轉平穩(wěn)后，調節(jié)磁粉制動器的輸入電流為0A，采集力傳感器的動靜態(tài)力，利用動靜態(tài)轉矩=動靜態(tài)力X力臂，得到被測電機動靜態(tài)轉矩;逐漸增大磁粉制動器轉矩至額定轉矩的25%、50%、75%、100 %、110 %，分別采集力傳感器的動靜態(tài)力并利用動靜態(tài)轉矩=動靜態(tài)力X力臂，進一步得到被測電機在不同負載時的動靜態(tài)轉矩。
[0018]本發(fā)明的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試方法還可以包括:
[0019]1、通過加速度傳感器測得被測電機的動態(tài)響應，由被測電機電、壓電流計算得到的電機轉矩。
[0020]2、采集兩個力傳感器的動靜態(tài)力，并進行平均得到平均切向動靜態(tài)力。
[0021]3、在飛輪盤上的螺栓孔中增加不同的配重，測試被測電機在受到不同外部不平衡載荷作用下的動靜態(tài)轉矩及被測電機沒有動偏心狀態(tài)下的動靜態(tài)轉矩。
[0022]本發(fā)明利用電機工作過程中定子受到的反作用力矩，通過測試電機端蓋所受的切向力，根據(jù)力矩等于力乘力臂的關系得到電機動靜態(tài)轉矩。給電機通電，待電機運行平穩(wěn)后，用數(shù)字信號采集儀采集電機端蓋兩側對稱布置的力傳感器信號和電機上的加速度信號，測得的兩端動靜態(tài)力取平均可去除電機所受到的外部徑向力的干擾，動靜態(tài)力乘上力臂即得到電機動靜態(tài)轉矩;并且可以同步測試電機的電壓電流，進一步計算得到電機轉矩，并與直接測試結果對比驗證。通過張力控制器調整磁粉制動器工作電流，可以改變負載轉矩的大小，進而測得電機不同負載時的動靜態(tài)工作轉矩。
[0023]電機輸出軸上安裝的飛輪盤帶有均布的孔，可以在孔上增加不同的配重，這樣可使電機受到不同程度的外部徑向載荷，測試兩個力傳感器的動靜態(tài)力以及電機上的加速度信號，可以得到電機在受到不同程度的外部徑向載荷時的動靜態(tài)轉矩和機身加速度，還可以對電機轉子進行現(xiàn)場動平衡，測試電機無動偏心時的動靜態(tài)轉矩。
[0024]本發(fā)明具有測量精度高、可同時測試電機多種工況下的動靜態(tài)轉矩、安裝調整方便等特點，與現(xiàn)有動態(tài)轉矩測試方法相比，本發(fā)明采用應變式力傳感器測試電機工作過程中定子所受的反作用切向力，由反作用切向力乘上力臂得到電機的動靜態(tài)轉矩，采用應變式力傳感器和壓電式加速度傳感器測試電機的動靜態(tài)力和動態(tài)響應，測試頻帶寬，結果精度高，通過B&K Pulse振動測試分析儀可方便在線得到電機的動靜態(tài)轉矩和機身振動加速度，并且可以同步測試電機的電壓電流，進一步計算得到電機轉矩，并與直接測試結果對比驗證;測試過程中還可以在線調整磁粉制動器負載轉矩，同時可以通過改變飛輪盤上的配重來調整電機所受的外部不平衡載荷。本發(fā)明使用力傳感器對稱測試電機切向受力，可有效消除電機受到外部作用力等干擾的影響；電機安裝在潤滑良好的平面推力軸承上，切向附加約束??；電機法蘭伸出的力傳感器安裝塊和力傳感器安裝凸臺尺寸小、剛性大，有效減小結構局部振動帶來的測試誤差。
[0025]本發(fā)明可用于測試拖動電機空載、負載以及受到不同外部不平衡力時的動靜態(tài)轉矩。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置的結構示意圖。
[0027]圖2為力傳感器安裝的側視圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合舉例對本發(fā)明作詳細說明。
[0029]結合圖1和圖2，本發(fā)明的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置包括被測電機7、平面推力軸承4、飛輪盤5、磁粉制動器6、高彈性聯(lián)軸器10、安裝支架9、兩個高精度力傳感器3、加速度傳感器I及信號采集分析系統(tǒng)。
[0030]首先將被測電機7的端部水平安裝在剛性安裝支架9上的平面推力軸承4上，接著將飛輪盤5安裝在被測電機7的輸出軸上，并用高彈聯(lián)軸器10連接磁粉制動器6和被測電機7輸出軸，安裝過程保證磁粉制動器6剛性安裝在剛性基礎11上，并且保證磁粉制動器6的軸與被測電機7的輸出軸對中良好，然后將對稱布置的力傳感器3分別與被測電機法蘭兩側伸出的相隔180°對稱布置力傳感器安裝塊8和安裝支架9上的力傳感器安裝凸臺2剛性連接，并在被測電機7中部布置加速度傳感器I。安裝過程應保證被測電機7的輸出軸垂直;兩側對稱布置的力傳感器3具有相同的剛性水平安裝狀態(tài);平面推力軸承4具有良好的潤滑狀態(tài)，且與被測電機7法蘭安裝平面接觸良好;被測電機7無其他明顯的切向約束。
[0031 ]本發(fā)明的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試方法為:測試裝置安裝完成后，啟動被測電機7，待被測電機運轉平穩(wěn)后開始測試，首先通過磁粉制動器自帶的控制器(張力控制器)調節(jié)磁粉制動器6的輸入電流為0A，即電機7處于空載狀態(tài)，通過信號采集分析系統(tǒng)(B&KPulse振動測試分析儀)采集力傳感器3測得的高精度動靜態(tài)力和加速度傳感器I測得的高精度動態(tài)響應，兩側力傳感器信號進行平均消除電機所受外部徑向載荷的影響，得到平均動靜態(tài)力，利用動靜態(tài)轉矩=平均動靜態(tài)力X力臂，得到電機動靜態(tài)轉矩，并且可與電機動態(tài)加速度響應進行對比分析;同步測試電機的電壓電流，進一步計算得到電機轉矩，并與直接測試結果對比驗證。因為應變式力傳感器2同樣可以測試靜態(tài)力，則可得到電機靜轉矩，空載時該值即為電機所受的摩擦力矩和阻尼力矩之和;逐漸增大磁粉制動器9轉矩至額定轉矩的25 %、50%、75%、100%、110%，按上述測試過程測試，進一步得到被測電機3在不同負載時的動靜態(tài)轉矩，動態(tài)加速度響應以及由電機電壓電流計算得到的電機轉矩。
[0032]被測電機輸出軸上安裝的飛輪盤帶有均布的孔，可以在孔上增加不同的配重，這樣可使電機受到不同程度的外部徑向載荷，測試兩個力傳感器的動靜態(tài)力以及被測電機上的加速度信號，可以得到被測電機在受到不同程度的外部徑向載荷時的動靜態(tài)轉矩，機身加速度以及由電機電壓電流計算得到的電機轉矩，還可以對電機轉子進行現(xiàn)場動平衡，測試電機無動偏心時的動靜態(tài)轉矩。
【主權項】
1.一種電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置，包括設置在剛性基礎上的安裝支架，其特征是:被測電機的端部水平置于安裝支架上，力傳感器剛性連接在被測電機的端部與安裝支架之間，被測電機的輸出軸通過聯(lián)軸器與固定在剛性基礎上的磁粉制動器連接。2.根據(jù)權利要求1所述的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置，其特征是:安裝支架上設置平面推力軸承，平面推力軸承位于被測電機的端部與安裝支架之間。3.根據(jù)權利要求2所述的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置，其特征是:在被測電機上設置加速度傳感器。4.根據(jù)權利要求3所述的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置，其特征是:包括兩個力傳感器，兩個力傳感器對稱布置。5.根據(jù)權利要求4所述的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置，其特征是:在被測電機的輸出軸上安裝飛輪盤，飛輪盤上有均布的螺栓孔。6.根據(jù)權利要求5所述的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置，其特征是:被測電機端部的法蘭伸出力傳感器安裝塊，安裝支架上設置力傳感器安裝凸臺，力傳感器剛性連接在力傳感器安裝塊于力傳感器安裝凸臺之間。7.—種基于權利要求1所述的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置的測試方法，其特征是:啟動被測電機，待被測電機運轉平穩(wěn)后，調節(jié)磁粉制動器的輸入電流為0A，采集力傳感器的動靜態(tài)力，利用動靜態(tài)轉矩=動靜態(tài)力X力臂，得到被測電機動靜態(tài)轉矩;逐漸增大磁粉制動器轉矩至額定轉矩的25%、50%、75%、100%、110%，分別采集力傳感器的動靜態(tài)力并利用動靜態(tài)轉矩=動靜態(tài)力X力臂，進一步得到被測電機在不同負載時的動靜態(tài)轉矩。8.—種基于權利要求3所述的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置的測試方法，其特征是:通過加速度傳感器測得被測電機的動態(tài)響應，由被測電機電、壓電流計算得到的電機轉矩。9.一種基于權利要求4所述的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置的測試方法，其特征是:采集兩個力傳感器的動靜態(tài)力，并進行平均得到平均切向動靜態(tài)力。10.—種基于權利要求5所述的電機動靜態(tài)轉矩同步在線測試裝置的測試方法，其特征是:在飛輪盤上的螺栓孔中增加不同的配重，測試被測電機在受到不同外部不平衡載荷作用下的動靜態(tài)轉矩及被測電機沒有動偏心狀態(tài)下的動靜態(tài)轉矩。
【文檔編號】G01L3/00GK106017758SQ201610338843
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】李玩幽, 吳江飛, 閆東生, 田震, 焦殿林, 魯涵峰, 魯露, 萬偉, 郝玉濤
【申請人】哈爾濱工程大學