專利名稱：電加載裝置的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種電加載裝置，尤其是關于一種通過扭矩調節對發動機實行加載的電加載裝置。
背景技術：
電加載裝置，主要用于模擬汽車發動機運轉時的各種工況，以此來測試汽車發動機的性能。一般地，市場上現在常用的電加載裝置有磁粉制動器、磁滯測功機、電渦流測功機、直流電力測功機等。
在目前使用的各種電加載裝置中，其中磁粉制動器因為滑差功率的限制，只能在低轉速的場合中應用；磁滯測功機則只適用于小扭矩、高轉速的場合；在傳統的發動機測試臺架中都使用電渦流測功機作為電加載裝置，雖然設備初次投資相對較少，但電渦流測功機最大的缺點就是沒有實現電能回饋功能，以至于該電加載裝置非常耗電，使用成本相當昂貴，并且電渦流測功機需要冷卻水對機器進行降溫，使其結構也相當復雜。
近幾年出現的基于直流電機的電加載裝置克服了上述電渦流測功機耗電量大的缺點，該基于直流電機的電加載裝置由直流電機、傳感器以及加載控制器組成，其中加載控制器由電網控制單元、四象限直流調速器以及外部控制單元組成，在該基于直流電機的電加載裝置運行時，電網交流電通過電網控制單元輸入四象限直流調速器的輸入端，經四象限直流調速器將交流電整流為直流電供給直流電機，由直流電機對被測發動機進行電加載，以達到測試發動機性能的目的。而且，目前這種基于直流電機的電加載裝置，能夠將直流電機加載運行時的發電能量回饋到電網，節約了大量能源，并且這種基于直流電機的電加載裝置的控制簡單，加載方便的特點也成為直流電加載裝置突出的優點。
但是，直流電加載裝置也具有它所不能解決的問題。一方面，基于直流電機的直流電加載裝置的弱磁轉速不高，使得在應用于發動機測試的高速應用場合中時需要對直流電加載裝置增加升速機構，以適應高速測試場合中的應用，這樣就會使其結構復雜，不利于在發動機測試中直接應用，并且會使成本增加；另一方面，基于直流電機的直流電加載裝置，需要定期為直流電機更換電刷，這樣就增加了維護量，并在一定程度上增加了使用成本。因此，如何解決需要額外增加升速機構，以及成本高的問題成為本領域內有待解決的問題。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中的直流電加載裝置需要額外增加升速機構，不便于直接應用并且成本高的問題，提供一種不需要額外增加升速機構，便于直接應用的成本低的電加載裝置。
本發明提供了一種電加載裝置，所述電加載裝置包括加載控制器、電機和傳感器，其中，所述電機為交流變頻電機，所述加載控制器包括電網控制單元、整流/回饋單元、逆變單元以及外部控制單元；所述電網控制單元、整流/回饋單元以及逆變單元依次連接，外部控制單元分別與電網控制單元、整流/回饋單元以及逆變單元的外部接口連接；加載控制器中的逆變單元的輸出端與交流變頻電機的輸入端連接；所述交流變頻電機的中心軸上連接有連軸器，所述傳感器安裝在連軸器上。
在本發明提供的電加載裝置中，改變了現有技術中的基于直流電機的電加載裝置，提供了一種基于交流變頻電機的電加載裝置，由于交流變頻電機的最高轉速要高于直流電機，所以就避免了電加載裝置在高速場合中應用時需要額外增加升速機構，大大減少了電加載裝置的使用成本。其次，交流變頻電機不存在更換電刷的問題，減少了對于電加載裝置的維護量以及維護成本。
圖1為本發明所提供的電加載裝置的組成部分的連接示意圖；圖2為電加載裝置中加載控制器的各組成部分的連接示意圖；圖3為加載控制器中電網控制單元的各組成部分的連接示意圖；圖4為電網控制單元中變壓器與電抗器和整流/回饋單元的連接示意圖；圖5為本發明的整流/回饋單元和逆變單元的結構圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
按照本發明提供的電加載裝置，如圖1所示，所述電加載裝置包括加載控制器1，電機和傳感器3，其中，所述電機為交流變頻電機2，如圖2所示，其中所述加載控制器1包括電網控制單元6、整流/回饋單元7、逆變單元9以及外部控制單元5；所述電網控制單元6、整流/回饋單元7以及逆變單元9依次連接，外部控制單元5分別與電網控制單元6、整流/回饋單元7以及逆變單元9的外部接口連接；加載控制器1中的逆變單元9的輸出端與交流變頻電機2的輸入端連接；所述交流變頻電機2的中心軸連接有連軸器，所述傳感器3安裝在連軸器上。
按照本發明提供的電加載裝置，所述加載控制器1的作用是為交流變頻電機2提供頻率可變的交流電。如圖2所示，所述加載控制器1包括電網控制單元6、整流/回饋單元7、逆變單元9以及外部控制單元5。電網控制單元6的輸出端與整流/回饋單元7的輸入端連接，整流/回饋單元7的輸出端通過直流母線8與逆變單元9的輸入端連接，所述直流母線8為大功率的電纜或銅排。外部控制單元5通過電纜分別與電網控制單元6、整流/回饋單元7以及逆變單元9的外部接線接口連接。
其中，所述電網控制單元6可以是任意的能實現控制主電路的通斷并在電路發生短路及過流時對裝置進行保護的裝置。一般來說，所述電網控制單元6包括主開關10、熔斷器11、接觸器12、電抗器13以及變壓器14，其連接方式參考圖3及圖4。所述主開關10、熔斷器11、接觸器12、電抗器13依次連接，電抗器13的輸出端連接到整流/回饋單元7的輸入端，變壓器14的兩端分別與電抗器13以及整流/回饋單元7連接。所述主開關10用于控制電網電源的通斷；電網電流經過主開關后流入熔斷器11，所述熔斷器11用于在電路發生短路及過流情況時，對電路進行保護；所述接觸器12用于控制電流是否經過電抗器13接入整流/回饋單元7的輸入端；所述電抗器13用于使經過它而進入整流/回饋單元7的交流電的功率因數得到提高，并削弱電網短時尖峰電流，并且當整流/回饋單元7工作在回饋狀態時，所述電抗器13可以有效地抑制電流的高次諧波，改善電壓波形，以減小回饋到電網的電流對電網造成的污染；所述變壓器14用于提高從所述整流/回饋單元7回饋到電網的電壓，以使回饋到電網的電壓達到與電網相匹配的效果，減少對電網的污染。其中，所述主開關10、熔斷器11、接觸器12、電抗器13選擇其電流等級大于所選電機的電流等級，所述變壓器14根據整流/回饋單元7選擇適合的變壓器。
所述整流/回饋單元7為任意的能夠實現將交流電整流為直流電以及能夠將發電能量回饋至電網的裝置。一般地，如圖5所示，所述整流/回饋單元7包括12只雙向功率開關器件，構成整流橋和回饋橋，所述整流橋與回饋橋之間相互獨立。當交流變頻電機2工作在電動狀態時，所述整流/回饋單元7的整流橋將電網電整流成直流電并傳送至直流母線8，如圖2所示電流流向；當交流變頻電機2工作在發電狀態時，所述整流/回饋單元7的回饋橋從直流母線8回饋電能到電網，其中所回饋的電能經過變壓器14達到與電網電匹配的要求，并保證回饋過程與電網同步，回饋電流滿足回饋功率的要求。
所述逆變單元9為任意的能夠實現將直流電逆變為頻率可變的交流電的裝置。一般地，如圖5所示，所述逆變單元9包括6只IGBT功率元件。在整流/回饋單元7將頻率固定的電網交流電整流成直流電后，所述逆變單元9將取自直流母線8的直流電逆變成頻率可調的三相交流電，提供給交流變頻電機2。
所述外部控制單元5為任意的能夠實現控制電加載裝置的啟停以及通過逆變單元9的外部接口調節對被測試發動機4所加載扭矩的大小的裝置，可以為基于PC機的測控系統或基于PLC的測控系統，可以通過開關量、模擬量、數字量接口來控制電路的通斷及調節逆變單元9的加載扭矩的大小。
根據本發明提供的電加載裝置，可以根據被測發動機4選取合適轉速的交流變頻電機2，一般可以選取轉速范圍在0-6000轉/分鐘的交流變頻電機，這樣克服了現有技術中基于直流電機的電加載裝置的轉速低的缺點，無需另外增加升速機構就可以滿足高轉速場合的應用。
所述傳感器3用于測量交流變頻電機2加給被測發動機4傳動軸上的負載扭矩，在使用本發明所述電加載裝置時，要將傳感器3與被測發動機4的輸出軸連接。此外，因為在發動機測試中傳動軸上的扭矩是動態變化的，需要進行動態測量，所以傳感器3選取動態扭矩傳感器，優選為相位差式動態扭矩傳感器。所述交流變頻電機2通過連軸器與被測發動機4連接，在所述連軸器上安裝有所述動態扭矩傳感器，用來監測交流變頻電機2的加載扭矩，這樣可以使工作人員在測試過程中實時監測被測發動機的狀態。
在利用該裝置對被測發動機4進行測試時，三相電網的交流電輸入到加載控制器1的電網控制單元6的輸入端給系統供電，使之處于運行準備狀態。然后，外部控制單元5使逆變單元9工作在速度控制模式或扭矩控制模式，通過逆變單元9的數字量接口來控制電機的啟停，通過逆變單元9的模擬量接口調節加載扭矩的大小，以模擬對被測發動機的負載大小，從而完成各種工況的實驗要求。
當所述逆變單元9工作在速度控制模式時，所述交流變頻電機2帶動被測發動機4作同向運轉時，交流變頻電機2工作在電動狀態，即轉速方向與扭矩方向相同，電能的流向為交流電網→主開關10→熔斷器11→接觸器12→電抗器13→整流/回饋單元7→逆變單元9→交流變頻電機2。
當所述逆變單元9工作在扭矩控制模式時，所述交流變頻電機2對被測發動機4施加扭矩，交流變頻電機2工作在發電狀態，即轉速方向與扭矩方向相反，所發電能回饋到電網，此時電能的流向為交流變頻電機2→逆變單元9→整流/回饋單元7→變壓器14→電抗器13→接觸器12→熔斷器11→主開關10→交流電網，從而形成能量回饋。
下面的實施例將對本發明做進一步說明。
實施例本實例說明本發明提供的電加載裝置。
采用一臺重慶德馬變頻電機研發有限公司型號為YVPCG280M2-67-A功率為132千瓦的交流變頻電機，一臺湖湘測控儀器有限公司型號為JZ-500扭矩為500牛·米的動態扭矩傳感器，一臺西門子公司生產的型號為6SE70功率為160千瓦的整流/回饋單元，及與之匹配的西門子公司生產的型號為6SE70功率為160千瓦的逆變單元和西門子公司生產的功率為1.7千瓦的變壓器，加上匹配的西門子公司生產的型號為535A電抗器、西門子公司生產的型號為630A的接觸器、西門子公司生產的型號為480A的熔斷器，組成的交流電加載裝置。
使用該交流電加載裝置對一臺三菱公司生產的型號為483功率為90千瓦的被測發動機進行性能測試。連續測試一個月，該裝置從發動機怠速到最高轉速之間均能很好的控制轉速穩定在±10rpm范圍內，與直流測功機效果相當而無需升速機構，且回饋平穩，對周圍同一電網的其他電子設備的工作無影響。
權利要求
1.一種電加載裝置，包括加載控制器(1)、電機和傳感器(3)，其中，所述電機為交流變頻電機(2)，所述加載控制器(1)包括電網控制單元(6)、整流/回饋單元(7)、逆變單元(9)以及外部控制單元(5)；所述電網控制單元(6)、整流/回饋單元(7)以及逆變單元(9)依次連接，外部控制單元(5)分別與電網控制單元(6)、整流/回饋單元(7)以及逆變單元(9)的外部接口連接；加載控制器(1)中的逆變單元(9)的輸出端與交流變頻電機(2)的輸入端連接；所述交流變頻電機(2)的中心軸上連接有連軸器，所述傳感器(3)安裝在連軸器上。
2.根據權利要求1所述裝置，其中，所述電網控制單元(6)包括主開關(10)、熔斷器(11)、接觸器(12)、電抗器(13)以及變壓器(14)，所述主開關(10)、熔斷器(11)、接觸器(12)、電抗器(13)依次連接，電抗器(13)的輸出端連接到整流/回饋單元(7)的輸入端，變壓器(14)的兩端分別與電抗器(13)以及整流/回饋單元(7)連接。
3.根據權利要求1所述裝置，其中，所述整流/回饋單元(7)包括12只雙向功率開關器件，構成整流橋和回饋橋，所述整流橋與回饋橋之間相互獨立。
4.根據權利要求1所述裝置，其中，所述逆變單元(9)包括6只IGBT功率元件。
5.根據權利要求1所述裝置，其中，所述外部控制單元(5)為基于PC機的測控系統或基于PLC的測控系統，通過開關量、模擬量、數字量接口來控制電路的通斷及調節逆變單元(9)的加載扭矩的大小。
6.根據權利要求1所述裝置，其中，所述交流變頻電機(2)的轉速范圍為0-6000轉/分鐘。
7.根據權利要求1所述裝置，其中，所述傳感器(3)為動態扭矩傳感器。
8.根據權利要求7所述裝置，其中，所述傳感器(3)為相位差式動態扭矩傳感器。
全文摘要
一種電加載裝置，包括加載控制器(1)、電機和傳感器(3)，其中，所述電機為交流變頻電機(2)，所述加載控制器(1)包括電網控制單元(6)、整流/回饋單元(7)、逆變單元(9)以及外部控制單元(5)，所述交流變頻電機(2)的中心軸上連接有連軸器，所述傳感器(3)安裝在連軸器上。本發明提供的基于交流變頻電機的電加載裝置，由于交流變頻電機的最高轉速要高于直流電機，所以就避免了電加載裝置在高速場合中應用時需要額外增加升速機構，大大減少了電加載裝置的使用成本。其次，交流變頻電機不存在更換電刷的問題，減少了對于電加載裝置的維護量以及維護成本。
文檔編號G01M15/02GK1948936SQ20051010935
公開日2007年4月18日 申請日期2005年10月13日 優先權日2005年10月13日
發明者張文, 龍光展, 王鵬, 房楊, 張明朗 申請人:比亞迪股份有限公司