[发明专利]齿轮箱转矩测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种齿轮箱转矩测试系统，尤其涉及一种通过控制绕线电机转子励磁电流的进行齿轮箱转矩测试的系统。

背景技术

随着风力发电、汽车制造等产业的不断发展，对于其中的核心零部件------齿轮箱的性能要求越来越高。为了满足齿轮箱的性能测试，就需要设计出一套针对齿轮箱在不同转速下，对其施加不同转矩的测试平台。比较常见的有两种方案：第一种是用两台异步电机分别作为发电机和电动机，如图1所示。通过全功率变频器分别控制两个电机，在要求的速度下，对被测齿轮箱产生要求的转矩，从而测试齿轮箱的性能。第二种方案如图2所示，是用两台同步电机分别作为发电机G2和电动机G1，G3是原动机。工作的时候，先将电动机G1和发电机G2的定子调整出一定角度，使得系统在运行中，电动机G1的转子励磁角度滞后于发电机G2的转子励磁角度，便于施加转矩。用G3将系统提升至要求转速。此时作为发电机的发电机G2将发出的电送给电动机G1，调节电动机G1，发电机G2的励磁电流，就可以实现在要求转速下，在被测齿轮箱中产生要求的转矩，达到测试的目的。

在实际应用中，上述两种方案有如下缺点：

对于第一种异步电机方案，由于定子侧变频器是全功率工作，变频器的容量要同电机容量匹配。在电机容量不大的时候，变频器中的电子元器件容易满足要求，但对于大中容量电机(1500KW以上)，电子元器件的容量要求很高，使得变频器成本大幅提升，导致整体方案造价过高。

对于第二种同步电机方案，被测齿轮箱在测试中要承载很大的转矩，在齿轮箱的各级齿轮面上以及机械轴上会产生一定的弹性变形，这就使得齿轮箱的输入轴与输出轴之间产生一定的扭角。由于同步电机的电磁转矩同功率角和转子励磁电流相关，上述原因导致电动机G1转子同发电机G2转子的滞后励磁角度变大，使得功率角的调整范围变小，由于同步电机励磁电流是直流励磁，转子励磁角度不可控，因此无法通过单独调整转子励磁电流来达到要求的转矩，必须通过机械方法(转动同步电机外壳)调整同步电机定子角度，进而改变转子励磁相位角来补偿功率角变化范围变小产生的影响。

综上所述一种造价低，使用方便的齿轮箱转矩测试系统被研制是十分必要的。

发明内容

针对上述同步电机和异步电机方案中齿轮箱试验台的问题，本发明提出了一种通过控制绕线电机转子励磁电流的进行齿轮箱转矩测试的系统。本发明所采用的技术手段如下：

一种齿轮箱转矩测试系统，包括电动机单元、发电机单元、原动机单元和被测齿轮箱单元；其特征在于所述电动机单元包括电机G1和变频器C1，所述发电机单元包括电机G2和变频器C2，且电动机单元和发电机单元中的电机为双馈电机；被测齿轮箱单元包括速比相同的被测齿轮箱R1和被测齿轮箱R2，其中被测齿轮箱R1和被测齿轮箱R2的低速端通过法兰刚性连接，高速端分别连接到电动机单元和发电机单元中的电机上；所述原动机单元中原动机G3同电机G1或电机G2相连接，电机G1和电机G2的定子电源接线互连接。

在被测齿轮箱R1和被测齿轮箱R2同电机G1和电机G2的连接处设有扭矩传感器S1和扭矩传感器S2。

在转动方向不变的前提下，通过改变变频器C1和变频器C2的频率，从而调节电动机单元和发电机单元中电机的转子励磁电流来改变转子励磁的相位角使电动机单元变为发电机单元，发电机单元变为电动机单元。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的齿轮箱转矩测试系统，同现有技术相比其优点是显而易见的，具体如下：

1、与异步电机方案相比，本发明不需要采用全功率变频器来进行电机控制，设备维护方便，大大节约设备成本。

2、与同步电机方案相比，由于本发明电机转子励磁电流幅值和相位均可调节，从而可以大范围调整转矩，使得设备可以在各种转矩下工作。

本申请通过动态调节转子电流的频率及大小，来实现绕线电机的转矩控制，既解决了上述问题，既保留了异步电机方案的控制精度好、能量损失小优点，又保留了同步电机方案的设备成本低的优点。基于其结构简单，便于生产，而且成本低廉适于在齿轮箱转矩测试领域广泛推广。

附图说明

图1为异步电机方案单线图；

图2为同步电机方案单线图；

图3为本发明实施例的电气配置简图。

具体实施方式

本发明采用控制绕线电机(双馈电机)的转子励磁电流来调整转子励磁相位角和强度，进而控制电机的转矩，实现齿轮箱的转矩测试。