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电驱动试验台架的分类、结构和功能

2021-09-20 13:32:13·  来源:驱动视界  
 
随着我国电驱动产业的高速发展,激烈的市场竞争加大了企业对产品的研发力度与技术革新。试验作为产品设计方案结论的验证,能够在研发阶段反馈出产品性能、保证产
随着我国电驱动产业的高速发展,激烈的市场竞争加大了企业对产品的研发力度与技术革新。试验作为产品设计方案结论的验证,能够在研发阶段反馈出产品性能、保证产品质量。因此试验设备的选择是至关重要的,电驱动试验台架是进行电驱动产品出厂试验、型式试验的最基本设备。常用的试验台架有水力测功机、磁滞测功机、磁粉测功机、电涡流测功机、直流测功机和交流测功机,其中直流测功机和交流测功机又被称为电力测功机。
1、水力测功机
结构
水力测功机由制动器、测力机构、供水系统和指示控制部分组成。制动器由转子和定子外壳组成。定子外壳有滚动轴承支撑,可自由摆动,固定在外壳上的力臂可将外壳上的力矩转换为力而作用于测力机构。测力装置的指针齿轮系统决定了水力测功机的测量精度。下图是某国产水力测功机的结构外形图:


1润滑部件 2进水部件 3机体部件 4测力机构部件 5电动排水阀部件 6校正部件
功能
水力测功机利用物体在水中运动产生摩擦阻力吸收被测驱动电机的功率,工作时将驱动电机产生的机械能转化为热能经循环冷却水冷却后把热量带走,能量的吸收是通过水的黏性阻力来实现的,所以对冷却设备要求较高,为冷却设备的维护保养增加了很大的工作量,被测驱动电机发出的能量也无法进行回收,因此转换过程中造成了能源浪费。
水力测功机的结构简单、使用寿命长、造价低廉、高速吸收功率大,运转平稳;缺点是控制不便,不能反拖,加载反应时间长,测量精度差,难以实现远距离操纵及自动调节。主要用于低转速、高功率、高扭矩下试验开发和无快速反应的耐久试验。
2、磁滞测功机
结构
磁滞测功机由内外定子、空心磁滞杯转子、前后端盖、测力机构、激磁线圈、轴承等组成。其定子磁极中有一定间隙,当线圈通电,间隙中产生磁场使转子产生磁滞效应,当磁滞转子在外力作用下克服磁滞力转动时,产生扭矩。扭矩仅与励磁电流大小有关,与转速无关,实现了非接触扭矩传递。下图为磁滞测功机制动器的结构图。


功能
磁滞测功机工作时,通过控制器提供激磁电流给磁滞测功机,磁滞测功机内部线圈通电时产生磁力线,通过定子齿极、气隙、转子磁滞杯,形成一闭合磁路,由于磁力线在齿凸极部分分布较密,齿间分布较稀,当转子旋转时,磁滞杯上感应电势并产生涡流,涡流和磁场相互作用而产生转矩,该转矩即为负载力矩。被试电机拖动磁滞测功机旋转时,电机输出的功率被磁滞测功机吸收并转化为热能,借助散热器及外设冷却电扇将其散热。
磁滞测功机测试精度高、灵敏度高、负载稳定性和重复性好,无电刷滑环结构,气隙中无磁粉摩擦。适用于中小功率电机的型式试验,尤其适合于测试各种微型电机的动态特性曲线。
3、磁粉测功机
结构
磁粉测功机是由定子、转子、激磁线圈、磁粉介质、支架、底板等组成。其定子和转子都由软磁性导磁材料制成,定子和转子之间的工作间隙充满软磁性导磁粉。下图为磁粉测功机磁粉制动器的结构图。


功能
当激磁线圈通过电流时产生磁场,使内部磁粉按磁力线排成磁链,由磁粉链产生拉力变为阻止转子旋转的阻力,该力即为负载力矩。改变激磁电流即可改变负载力矩。当无激磁电流时,磁粉失去束缚,处于松散状态,不传递力矩。
磁粉测功机适用于低速高转矩的测试场合,具有力矩变化具有缓冲性、静态转矩力矩平滑,无齿槽波动转矩,无剩磁转矩,无摩擦结构,使用寿命长等优点
4、电涡流测功机
结构
电涡流测功机主要由旋转部分(感应盘)、摆动部分(电枢和励磁部分)、测力部分和矫正部分,转子轴上的感应子形状犹如齿轮,与转子同轴装有一个直流励磁线圈。当励磁线圈组通以直流电流时,其周围形成的磁场,围绕励磁组产生一闭合磁通。位于绕组两侧的感应子具有相反的极性,当测功机旋转时,由于磁密值的周期性变化而产生涡流,此涡流产生的磁场同产生它的磁场相互作用,从而产生与被试机反向的制动力矩,使电枢摆动,通过电枢上的力臂,将制动力传给测量装置。其结构图如下。


1感应盘 2主轴 3联轴器 4励磁线圈 5冷却器 6气隙 7出水管道 8油杯 9测速齿轮 10轴承座 11进水管道12支撑环 13外环 14管道
功能
电涡流测功机吸收被测品输出的转矩和功率是利用涡流环产生的电磁效应的来的,具有高稳定性、精度高、低惯量及结构简单等特点,并且测试功率范围广、额定转速高、响应速度较快,因为其工艺成熟、价格低廉而被广泛使用。适用于高转速、大功率动力机械的转矩和功率测量,尤其适用于动力机械的仿真寿命试验及温升试验、性能试验、型式试验等
5、直流电力测功机
结构
由直流电机、测力计和测速发电机组合而成。直流电机的定子由独立的轴承座支承,它可以在某一角度范围内自由摆动。机壳上带有测力臂,它与测力计配合,可以检测定子所受到的转矩。根据直流电机原理,电机的电磁转矩同时施加于定子和转子。定子所受到的转矩与转子所受到的转矩大小相等,方向相反,所以转轴上的转矩可以由定子上量测。


1转子 2定子 3励磁绕组 4电枢绕组 5测力机构 6力臂
功能
当被测动力机械的输出轴与直流电力测功机的转子连接在一起旋转时,电枢绕组切割定子绕组磁场的磁力线,在电枢绕组中产生感应电动势,即产生一个与旋转方向相反的制动转矩,此时,电机作发电机运行,以实现作为负荷进行测功的目的。相反,当电枢回路有电流通过时,在磁场中会受到电磁力的作用而产生一个与旋转方向相同的驱动力矩,这时电机作电动机运行,用来拖动动力机械转动。
直流电力测功机由于控制简单、调速平滑及性能良好一直被应用,但因其具有很难克服的缺点如:成本高、寿命短及换向器影响不能高速运行等而逐渐被取代。
6、交流电力测功机
结构
交流电力测功机主要由三相交流电机、扭矩法兰和转速测量传感器、底座、交流变频调速与配电系统及交流电测功机测控仪组成。交流电力测功机通过联轴器与被测件同轴对接,用于模拟和控制电机,通过三相异步交流电机的转换将电机转子的输出机械能转换成电能,同时可测量电机的扭矩、转速、功率等性能参数,还可对此进行功能延伸进行其他项目的试验,如安全、振动、噪音、寿命试验等。


1底座 2三相异步交流电机及轴承座 3扭矩法兰传感器、转速传感器 4电机与发动机的联轴器 5轴承座 6防护罩
功能
交流电力测功机是目前市面上最先进的加载测功设备,尤其在中小功率以及微小功率的动力机械加载测功试验中,可以兼顾各动力机械的低速及高速加载测功试验,相对其它类型测功加载设备而言,在性能、可靠性、维护难易程度等方面都有比较明显的优势;尤其在低速机械的加载测功方面,则更是其它方法无可比拟的,它几乎可以从0转速开始就可以提供电力测功机的额定转矩;交流电力测功机还有一个最大的优点是能源回馈功能,它可以将被测机械发出的能量以电能的型式回馈给电网,供其他设备使用,从这一点来说,交流测功机使用经济性是其他测功机无法比拟的,
交流电力测功机凭借其毫秒级的控制响应、转动惯量小、控制稳定性高、系统振动小、测试重复性好, 以及满足瞬态试验、倒拖、低速加载能力强、能源利用率高、运行成本低等优点, 成为目前最为先进的测功机设备,也是目前电驱动试验台架的最主流、最先进的设备。
7、小结
电驱动试验台架的选型是需要多方面进行考量的,一方面根据产品转速、转矩及功率特性的试验需求进行匹配测功机台架,另一方面也要在试验方法、试验室建设成本与后期维护成本、设备折旧率等方面进行综合评估,最适合的才是最好的。
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