大功率減速器加載試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)

毛現(xiàn)霞

摘 ?要：文章介紹了工業(yè)齒輪箱加載試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)臺為直流母線回饋式傳動試驗(yàn)臺，可進(jìn)行空載試驗(yàn)及同速比、不同速比工況下的加載試驗(yàn)，并將加載試驗(yàn)的能量回饋至試驗(yàn)臺拖動系統(tǒng)的前端，形成能量閉環(huán)。

關(guān)鍵詞：加載試驗(yàn)系統(tǒng);試驗(yàn)臺;能量回饋;能量閉環(huán)

引言

減速器加載驗(yàn)臺是用來檢驗(yàn)齒輪箱制造質(zhì)量的測試設(shè)備，通過全面檢測和驗(yàn)證各項(xiàng)性能指標(biāo)，來滿足齒輪箱負(fù)荷和出廠檢驗(yàn)的國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和要求。700kW減速器試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)以“黨的十八大”重要思想為指導(dǎo)，緊緊圍繞“節(jié)約能源資源”主題，自主研發(fā)。系統(tǒng)采用回饋能量反饋系統(tǒng)，形成能量閉環(huán)，節(jié)能達(dá)到70%-80%，效果明顯。

1 試驗(yàn)臺原理

試驗(yàn)臺基本原理是：電網(wǎng)6kV或10kV的工頻交流電經(jīng)過高壓受電開關(guān)柜進(jìn)行隔離后送到變壓器的原邊，變壓器輸出有兩套次邊繞組，兩組三相之間相差30°，經(jīng)整流柜內(nèi)的兩套整流裝置整流后并聯(lián)輸出直流電（12脈波），再由驅(qū)動逆變器將直流電逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電驅(qū)動電機(jī)按轉(zhuǎn)速閉環(huán)運(yùn)行;驅(qū)動電機(jī)與陪試減速器、被試減速器、加載電機(jī)之間依次機(jī)械聯(lián)接，由加載變頻器控制加載電機(jī)給被試減速器加載，控制加載電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，以轉(zhuǎn)矩閉環(huán)運(yùn)行。

加載電動機(jī)發(fā)出的電能通過加載變頻器變?yōu)橹绷骰氐较到y(tǒng)的直流側(cè)，再向驅(qū)動逆變器供電，系統(tǒng)能量構(gòu)成內(nèi)部循環(huán)反饋，外部電網(wǎng)只提供系統(tǒng)啟動及電器損耗、機(jī)械損耗，約為系統(tǒng)功率的20%-30%。

2 試驗(yàn)臺組成

2.1 高壓柜

高壓柜主要由隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、避雷器、熔斷器等元件組成。高壓柜從電網(wǎng)接受6kV或10kV高壓電源，給變壓器提供電能。主要起保護(hù)作用，防止電網(wǎng)電壓波動對試驗(yàn)設(shè)備的沖擊和損壞。

2.2 變壓器

進(jìn)線變壓器將電網(wǎng)電壓變?yōu)楣┰囼?yàn)設(shè)備使用的電壓。

2.3 配出開關(guān)柜

系統(tǒng)中配置一臺配出開關(guān)柜，柜內(nèi)主要安裝有進(jìn)線熔斷器、接觸器及充電裝置：熔斷器、進(jìn)線接觸器、充電接觸器、充電電阻、電壓互感器、電流互感器。開關(guān)柜的主要作用是連接供電隔離開關(guān)，接受驅(qū)動逆變柜控制器指令，為系統(tǒng)后端的電器柜提供充電及主回路分、合功能，并顯示進(jìn)線電壓、電流。

2.4 整流柜

整流系統(tǒng)采用12脈波的并聯(lián)多重化整流電路。整流柜主要由兩套三相橋式管整流電路構(gòu)成。進(jìn)線變壓器二次繞組分別接一個(gè)整流橋，兩組整流電路并聯(lián)，形成1600VDC電源接入到兩臺逆變柜，給直流母線電容供電。

2.5 加載逆變器

該變頻系統(tǒng)用于將做發(fā)電運(yùn)行的加載電機(jī)所發(fā)出的頻率、電壓不確定的交流電變換為直流電回饋系統(tǒng)直流母線側(cè)（整流柜直流側(cè)）。其工作原理是通過逆變器控制加載電機(jī)發(fā)電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差來調(diào)節(jié)發(fā)電功率，在轉(zhuǎn)差率一定的情況下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，定子頻率也隨著下降，來保證發(fā)電機(jī)發(fā)出電流。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差變大，負(fù)載制動力增大，發(fā)電功率也增大，直流電壓泵升增大。反之亦然。工控機(jī)通過“CAN”總線與其它分布式控制單元相連接。

2.6 驅(qū)動及加載電機(jī)

驅(qū)動電機(jī)和加載電機(jī)為同型號變頻異步電動機(jī)。電動機(jī)自帶速度傳感器，以增加系統(tǒng)速度閉環(huán)的控制精度和穩(wěn)定性，采用進(jìn)口的抗振動、耐油污、安裝空間小的Hall速度傳感器，進(jìn)一步提高低速區(qū)的速度閉環(huán)的控制精度。

2.7 機(jī)械傳動

機(jī)械部分要由工作平臺、減速器測試支持工裝、電機(jī)與減速器間聯(lián)接裝置等構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，安裝使用方便。

3 控制系統(tǒng)

控制網(wǎng)絡(luò)分為電氣控制和網(wǎng)絡(luò)控制兩套系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)可以獨(dú)立工作并互為備用。

3.1 電氣控制

電控部分是通過網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與測試系統(tǒng)相連進(jìn)行控制調(diào)節(jié)和顯示，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動、運(yùn)行和停機(jī)已達(dá)到檢測所需工況。該控制分為兩個(gè)電控部分：分別用來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動變頻器的控制和加載變頻器的控制。

電控原件通過按鈕、旋鈕、儀表及指示燈的信息與網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)連接，并通過網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與測試系統(tǒng)相連接。

3.2 網(wǎng)絡(luò)控制

網(wǎng)絡(luò)控制通過控制微機(jī)實(shí)現(xiàn)對所有主令電器控制、運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定、選定試驗(yàn)程序的執(zhí)行來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各單元的啟動、運(yùn)行和停機(jī)，并實(shí)時(shí)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)。同時(shí)系統(tǒng)具備信息處理、自檢、過程監(jiān)控能力。網(wǎng)控系統(tǒng)的工控機(jī)與變頻器控制單元通過“CAN”總線連接，保證試驗(yàn)過程可靠的數(shù)據(jù)交換。

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)功能：

（1）按邏輯要求完成對低壓開關(guān)的遠(yuǎn)程分/合閘，逆變器啟動、停止與急停，輔助系統(tǒng)的啟/停。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等運(yùn)行參數(shù)設(shè)置及超限保護(hù)。

（2）通過工控機(jī)對變頻器的控制，實(shí)現(xiàn)在允許速度、功率范圍內(nèi)，依據(jù)給定速度指令恒速運(yùn)行;在允許轉(zhuǎn)矩、功率范圍內(nèi)，依據(jù)給定轉(zhuǎn)矩指令恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行;具備捕捉啟動功能。

（3）網(wǎng)控系統(tǒng)的工控機(jī)與變頻器控制單元通過“CAN”總線連接，保證試驗(yàn)過程可靠的數(shù)據(jù)交換。

（4）系統(tǒng)具備自檢功能，開機(jī)后通過自檢判斷各單元狀態(tài)正常與否;系統(tǒng)運(yùn)行中定時(shí)進(jìn)行自檢，確保系統(tǒng)運(yùn)行正常。

（5）通過信息處理系統(tǒng)，對各控制單元提供的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行處理和傳遞，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生通訊中斷、指令丟失等異常情況時(shí)能恰當(dāng)處理，對重要信息在操作界面明顯部位顯示。

（6）系統(tǒng)具有過程監(jiān)控能力。遇有故障，執(zhí)行相應(yīng)的警示和保護(hù)，同時(shí)系統(tǒng)可自動記錄和保存故障信息。

4 測試系統(tǒng)

測試系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)速扭矩傳感器用來測量被試和陪試齒輪箱的高速軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，計(jì)算輸入、輸出功率、效率。由聲級計(jì)通過RS232C接口與測試工控機(jī)通信，測出噪聲參數(shù)，通過測試軟件將測量數(shù)據(jù)保存到專用數(shù)據(jù)庫，生成曲線，輸出打印報(bào)表。

5 結(jié)束語

該減速器試驗(yàn)臺的建設(shè)，成功實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，提高了減速器質(zhì)量檢測測試精度。系統(tǒng)能量構(gòu)成內(nèi)部循環(huán)反饋，實(shí)現(xiàn)外部電網(wǎng)只提供系統(tǒng)啟動及電器損耗、機(jī)械損耗，經(jīng)實(shí)際檢測為系統(tǒng)功率的20%-30%，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全可靠。

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