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電驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架的分類、結(jié)構(gòu)和功能

2021-09-20 13:32:13·  來(lái)源：驅(qū)動(dòng)視界  
　
隨著我國(guó)電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加大了企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的研發(fā)力度與技術(shù)革新。試驗(yàn)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案結(jié)論的驗(yàn)證，能夠在研發(fā)階段反饋出產(chǎn)品性能、保證產(chǎn)
隨著我國(guó)電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加大了企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的研發(fā)力度與技術(shù)革新。試驗(yàn)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案結(jié)論的驗(yàn)證，能夠在研發(fā)階段反饋出產(chǎn)品性能、保證產(chǎn)品質(zhì)量。因此試驗(yàn)設(shè)備的選擇是至關(guān)重要的，電驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架是進(jìn)行電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品出廠試驗(yàn)、型式試驗(yàn)的最基本設(shè)備。常用的試驗(yàn)臺(tái)架有水力測(cè)功機(jī)、磁滯測(cè)功機(jī)、磁粉測(cè)功機(jī)、電渦流測(cè)功機(jī)、直流測(cè)功機(jī)和交流測(cè)功機(jī)，其中直流測(cè)功機(jī)和交流測(cè)功機(jī)又被稱為電力測(cè)功機(jī)。
1、水力測(cè)功機(jī)
結(jié)構(gòu)
水力測(cè)功機(jī)由制動(dòng)器、測(cè)力機(jī)構(gòu)、供水系統(tǒng)和指示控制部分組成。制動(dòng)器由轉(zhuǎn)子和定子外殼組成。定子外殼有滾動(dòng)軸承支撐，可自由擺動(dòng)，固定在外殼上的力臂可將外殼上的力矩轉(zhuǎn)換為力而作用于測(cè)力機(jī)構(gòu)。測(cè)力裝置的指針齒輪系統(tǒng)決定了水力測(cè)功機(jī)的測(cè)量精度。下圖是某國(guó)產(chǎn)水力測(cè)功機(jī)的結(jié)構(gòu)外形圖：


1潤(rùn)滑部件 2進(jìn)水部件 3機(jī)體部件 4測(cè)力機(jī)構(gòu)部件 5電動(dòng)排水閥部件 6校正部件
功能
水力測(cè)功機(jī)利用物體在水中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦阻力吸收被測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率，工作時(shí)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能經(jīng)循環(huán)冷卻水冷卻后把熱量帶走，能量的吸收是通過(guò)水的黏性阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以對(duì)冷卻設(shè)備要求較高，為冷卻設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)增加了很大的工作量，被測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出的能量也無(wú)法進(jìn)行回收，因此轉(zhuǎn)換過(guò)程中造成了能源浪費(fèi)。
水力測(cè)功機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、造價(jià)低廉、高速吸收功率大，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；缺點(diǎn)是控制不便，不能反拖，加載反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)量精度差，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱及自動(dòng)調(diào)節(jié)。主要用于低轉(zhuǎn)速、高功率、高扭矩下試驗(yàn)開發(fā)和無(wú)快速反應(yīng)的耐久試驗(yàn)。
2、磁滯測(cè)功機(jī)
結(jié)構(gòu)
磁滯測(cè)功機(jī)由內(nèi)外定子、空心磁滯杯轉(zhuǎn)子、前后端蓋、測(cè)力機(jī)構(gòu)、激磁線圈、軸承等組成。其定子磁極中有一定間隙，當(dāng)線圈通電，間隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁滯效應(yīng)，當(dāng)磁滯轉(zhuǎn)子在外力作用下克服磁滯力轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生扭矩。扭矩僅與勵(lì)磁電流大小有關(guān)，與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了非接觸扭矩傳遞。下圖為磁滯測(cè)功機(jī)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)圖。


功能
磁滯測(cè)功機(jī)工作時(shí)，通過(guò)控制器提供激磁電流給磁滯測(cè)功機(jī)，磁滯測(cè)功機(jī)內(nèi)部線圈通電時(shí)產(chǎn)生磁力線，通過(guò)定子齒極、氣隙、轉(zhuǎn)子磁滯杯，形成一閉合磁路，由于磁力線在齒凸極部分分布較密，齒間分布較稀，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁滯杯上感應(yīng)電勢(shì)并產(chǎn)生渦流，渦流和磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩即為負(fù)載力矩。被試電機(jī)拖動(dòng)磁滯測(cè)功機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)輸出的功率被磁滯測(cè)功機(jī)吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，借助散熱器及外設(shè)冷卻電扇將其散熱。
磁滯測(cè)功機(jī)測(cè)試精度高、靈敏度高、負(fù)載穩(wěn)定性和重復(fù)性好，無(wú)電刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)，氣隙中無(wú)磁粉摩擦。適用于中小功率電機(jī)的型式試驗(yàn)，尤其適合于測(cè)試各種微型電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性曲線。
3、磁粉測(cè)功機(jī)
結(jié)構(gòu)
磁粉測(cè)功機(jī)是由定子、轉(zhuǎn)子、激磁線圈、磁粉介質(zhì)、支架、底板等組成。其定子和轉(zhuǎn)子都由軟磁性導(dǎo)磁材料制成，定子和轉(zhuǎn)子之間的工作間隙充滿軟磁性導(dǎo)磁粉。下圖為磁粉測(cè)功機(jī)磁粉制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)圖。


功能
當(dāng)激磁線圈通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，使內(nèi)部磁粉按磁力線排成磁鏈，由磁粉鏈產(chǎn)生拉力變?yōu)樽柚罐D(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的阻力，該力即為負(fù)載力矩。改變激磁電流即可改變負(fù)載力矩。當(dāng)無(wú)激磁電流時(shí)，磁粉失去束縛，處于松散狀態(tài)，不傳遞力矩。
磁粉測(cè)功機(jī)適用于低速高轉(zhuǎn)矩的測(cè)試場(chǎng)合，具有力矩變化具有緩沖性、靜態(tài)轉(zhuǎn)矩力矩平滑，無(wú)齒槽波動(dòng)轉(zhuǎn)矩，無(wú)剩磁轉(zhuǎn)矩，無(wú)摩擦結(jié)構(gòu)，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)
4、電渦流測(cè)功機(jī)
結(jié)構(gòu)
電渦流測(cè)功機(jī)主要由旋轉(zhuǎn)部分（感應(yīng)盤）、擺動(dòng)部分（電樞和勵(lì)磁部分）、測(cè)力部分和矯正部分，轉(zhuǎn)子軸上的感應(yīng)子形狀猶如齒輪，與轉(zhuǎn)子同軸裝有一個(gè)直流勵(lì)磁線圈。當(dāng)勵(lì)磁線圈組通以直流電流時(shí)，其周圍形成的磁場(chǎng)，圍繞勵(lì)磁組產(chǎn)生一閉合磁通。位于繞組兩側(cè)的感應(yīng)子具有相反的極性，當(dāng)測(cè)功機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于磁密值的周期性變化而產(chǎn)生渦流，此渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)同產(chǎn)生它的磁場(chǎng)相互作用，從而產(chǎn)生與被試機(jī)反向的制動(dòng)力矩，使電樞擺動(dòng)，通過(guò)電樞上的力臂，將制動(dòng)力傳給測(cè)量裝置。其結(jié)構(gòu)圖如下。


1感應(yīng)盤 2主軸 3聯(lián)軸器 4勵(lì)磁線圈 5冷卻器 6氣隙 7出水管道 8油杯 9測(cè)速齒輪 10軸承座 11進(jìn)水管道12支撐環(huán) 13外環(huán) 14管道
功能
電渦流測(cè)功機(jī)吸收被測(cè)品輸出的轉(zhuǎn)矩和功率是利用渦流環(huán)產(chǎn)生的電磁效應(yīng)的來(lái)的，具有高穩(wěn)定性、精度高、低慣量及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，并且測(cè)試功率范圍廣、額定轉(zhuǎn)速高、響應(yīng)速度較快，因?yàn)槠涔に嚦墒?、價(jià)格低廉而被廣泛使用。適用于高轉(zhuǎn)速、大功率動(dòng)力機(jī)械的轉(zhuǎn)矩和功率測(cè)量，尤其適用于動(dòng)力機(jī)械的仿真壽命試驗(yàn)及溫升試驗(yàn)、性能試驗(yàn)、型式試驗(yàn)等
5、直流電力測(cè)功機(jī)
結(jié)構(gòu)
由直流電機(jī)、測(cè)力計(jì)和測(cè)速發(fā)電機(jī)組合而成。直流電機(jī)的定子由獨(dú)立的軸承座支承，它可以在某一角度范圍內(nèi)自由擺動(dòng)。機(jī)殼上帶有測(cè)力臂，它與測(cè)力計(jì)配合，可以檢測(cè)定子所受到的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)直流電機(jī)原理，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩同時(shí)施加于定子和轉(zhuǎn)子。定子所受到的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子所受到的轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反，所以轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩可以由定子上量測(cè)。


1轉(zhuǎn)子 2定子 3勵(lì)磁繞組 4電樞繞組 5測(cè)力機(jī)構(gòu) 6力臂
功能
當(dāng)被測(cè)動(dòng)力機(jī)械的輸出軸與直流電力測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)子連接在一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組切割定子繞組磁場(chǎng)的磁力線，在電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即產(chǎn)生一個(gè)與旋轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，此時(shí)，電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)作為負(fù)荷進(jìn)行測(cè)功的目的。相反，當(dāng)電樞回路有電流通過(guò)時(shí)，在磁場(chǎng)中會(huì)受到電磁力的作用而產(chǎn)生一個(gè)與旋轉(zhuǎn)方向相同的驅(qū)動(dòng)力矩，這時(shí)電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，用來(lái)拖動(dòng)動(dòng)力機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。
直流電力測(cè)功機(jī)由于控制簡(jiǎn)單、調(diào)速平滑及性能良好一直被應(yīng)用，但因其具有很難克服的缺點(diǎn)如:成本高、壽命短及換向器影響不能高速運(yùn)行等而逐漸被取代。
6、交流電力測(cè)功機(jī)
結(jié)構(gòu)
交流電力測(cè)功機(jī)主要由三相交流電機(jī)、扭矩法蘭和轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器、底座、交流變頻調(diào)速與配電系統(tǒng)及交流電測(cè)功機(jī)測(cè)控儀組成。交流電力測(cè)功機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與被測(cè)件同軸對(duì)接，用于模擬和控制電機(jī)，通過(guò)三相異步交流電機(jī)的轉(zhuǎn)換將電機(jī)轉(zhuǎn)子的輸出機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，同時(shí)可測(cè)量電機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速、功率等性能參數(shù)，還可對(duì)此進(jìn)行功能延伸進(jìn)行其他項(xiàng)目的試驗(yàn)，如安全、振動(dòng)、噪音、壽命試驗(yàn)等。


1底座 2三相異步交流電機(jī)及軸承座 3扭矩法蘭傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器 4電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的聯(lián)軸器 5軸承座 6防護(hù)罩
功能
交流電力測(cè)功機(jī)是目前市面上最先進(jìn)的加載測(cè)功設(shè)備，尤其在中小功率以及微小功率的動(dòng)力機(jī)械加載測(cè)功試驗(yàn)中，可以兼顧各動(dòng)力機(jī)械的低速及高速加載測(cè)功試驗(yàn)，相對(duì)其它類型測(cè)功加載設(shè)備而言，在性能、可靠性、維護(hù)難易程度等方面都有比較明顯的優(yōu)勢(shì)；尤其在低速機(jī)械的加載測(cè)功方面，則更是其它方法無(wú)可比擬的，它幾乎可以從0轉(zhuǎn)速開始就可以提供電力測(cè)功機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；交流電力測(cè)功機(jī)還有一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是能源回饋功能，它可以將被測(cè)機(jī)械發(fā)出的能量以電能的型式回饋給電網(wǎng)，供其他設(shè)備使用，從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，交流測(cè)功機(jī)使用經(jīng)濟(jì)性是其他測(cè)功機(jī)無(wú)法比擬的，
交流電力測(cè)功機(jī)憑借其毫秒級(jí)的控制響應(yīng)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、控制穩(wěn)定性高、系統(tǒng)振動(dòng)小、測(cè)試重復(fù)性好, 以及滿足瞬態(tài)試驗(yàn)、倒拖、低速加載能力強(qiáng)、能源利用率高、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn), 成為目前最為先進(jìn)的測(cè)功機(jī)設(shè)備，也是目前電驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架的最主流、最先進(jìn)的設(shè)備。
7、小結(jié)
電驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架的選型是需要多方面進(jìn)行考量的，一方面根據(jù)產(chǎn)品轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率特性的試驗(yàn)需求進(jìn)行匹配測(cè)功機(jī)臺(tái)架，另一方面也要在試驗(yàn)方法、試驗(yàn)室建設(shè)成本與后期維護(hù)成本、設(shè)備折舊率等方面進(jìn)行綜合評(píng)估，最適合的才是最好的。
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