一种电功率反馈拖动系统的制作方法

本实用新型涉及产品性能检测专用设备领域，具体涉及一种电功率反馈拖动系统。

背景技术：

船用及风电齿轮箱在出厂前都需要在专用试验台上进行性能检测，以测试其运行参数。试验台的驱动和加载系统包括开放式和封闭式，开放式系统产生的负载能量以热能的形式消耗，会造成极大的资源浪费。而封闭式系统可以将负载能量反馈到驱动端，将能源二次利用。但常用的封闭式驱动和加载系统为机械封闭系统，在进行齿轮箱的性能和负荷试验时，机械封闭系统采用机械轴连接传动，容易受到被测器件的机械特性的限制，不能满足所有传动装置的需求，也不便于安装。

技术实现要素：

本实用新型为了克服现有技术存在的问题，提供了一种电功率反馈拖动系统。

所述电功率反馈拖动系统包括依次连接的进线开关柜10、变压器11和整流装置12，以及与所述整流装置12的输出端连接的直流母线和连接在所述直流母线上的至少一个变频输入单元和至少一个变频输出单元；

每个所述变频输入单元包括驱动端逆变器13和驱动电机14，所述驱动电机14的输入端通过所述驱动端逆变器13与所述直流母线连接，所述驱动电机14的输出端用于连接被测齿轮箱18；

每个所述变频输出单元包括加载端逆变器15和加载电机16，所述加载电机16的输出端通过所述加载端逆变器15与所述直流母线连接，所述加载电机16的输入端用于连接所述被测齿轮箱18；

所述驱动电机14与所述驱动端逆变器13之间、所述加载电机16与所述加载端逆变器15之间均设置有隔离开关17。

优选地，所述驱动电机14和所述加载电机16可以为单轴伸电机或双轴伸电机，以构成所述系统的不同工作模式，包括单机模式、串联模式和并联模式；

所述单机模式为：被测齿轮箱18安装在一个变频输入单元和一个变频输出单元之间，所述变频输入单元的驱动电机14、所述变频输出单元的加载电机16分别与所述被测齿轮箱18连接，以构成一对一的反馈回路；

所述串联模式为：将多个变频输入单元的驱动电机14的电机轴串联为驱动轴，多个变频输出单元的加载电机16的电机轴串联为加载轴，被测齿轮箱18分别与所述驱动轴和所述加载轴连接，其中，所述被测齿轮箱18的电流输入方向与所述变频输入单元的串联方向相同，以构成单输入单输出的反馈回路；

所述并联模式为：多个变频输入单元的驱动电机14分别与被测齿轮箱18的多个输入端口连接，多个变频输出单元的加载电机16分别与被测齿轮箱18的多个输出端口连接，以构成多输入多输出的反馈回路。

优选地，在以单机模式运行的变频输入单元中，驱动端逆变器13用于控制驱动电机14的实际转速；

在以单机模式运行的变频输出单元中，加载端逆变器15用于控制加载电机16的输出转矩。

优选地，以单机模式运行的变频输入单元和变频输出单元可以通过正/反转选择实现驱动电机14和加载电机16的功能切换。

优选地，在以串联模式运行的多个变频输入单元中，沿被测齿轮箱18的电流输入方向，第一变频输入单元的第一驱动端逆变器13用于控制对应驱动电机14的实际转速，第二变频输入单元及其他变频输入单元的驱动端逆变器13用于分别根据所述第一驱动端逆变器13的转矩给定信号控制对应驱动电机14的输出转矩；

在以串联模式运行的多个变频输出单元中，每个变频输出单元的加载端逆变器15用于控制对应加载电机16的输出转矩。

优选地，以串联模式运行的变频输入单元与变频输出单元可以通过正/反转选择实现驱动电机14和加载电机16的功能切换。

优选地，在以并联模式运行的多个变频输入单元中，指定一变频输入单元的驱动端逆变器13控制对应驱动电机14的实际转速，其他变频输入单元的驱动端逆变器13用于分别根据指定的所述变频输入单元的转矩给定信号控制对应驱动电机14的输出转矩；

在以并联模式运行的多个变频输出单元中，每个变频输出单元的加载端逆变器15用于控制对应加载电机16的输出转矩。

优选地，所述系统的工作模式还包括串并联扩展模式：在不超过系统容量的前提下，将所述串联模式和所述并联模式组合成满足测试工况要求的反馈回路。

优选地，所述系统的工作模式还包括带离合器模式；

所述带离合器模式为：以单机模式、串联模式或并联模式为基础，被测齿轮箱18与驱动电机14和/或加载电机16之间设置有离合器，当反馈回路中的离合器闭合时实现加载。

优选地，所述系统的工作模式还包括机械刚性连接模式；

所述机械刚性连接模式为：以单机模式、串联模式或并联模式为基础，被测齿轮箱18通过联轴器与驱动电机14和/或加载电机16连接。

根据上述技术方案，电能依次经过直流母线、变频输入单元、被测齿轮箱、变频输出单元和直流母线构成循环回路，其中，驱动电机从直流母线中获取的电能用于驱动被测齿轮箱，被测齿轮箱产生的能量经加载电机转换为电能后输送到直流母线中供驱动电机使用，本方案中通过电功率平衡的封闭式拖动系统将负载能量转换为电能二次使用，降低了能源消耗，同时该拖动系统对被测器件也没有特殊的要求，安装方便，能够满足所有的传动装置实验。

附图说明

图1是电功率反馈拖动系统的结构示意图；

图2是电功率反馈拖动系统以单机模式运行的结构示意图；

图3是电功率反馈拖动系统以串联模式运行的结构示意图；

图4是电功率反馈拖动系统以双输入双输出并联模式运行的结构示意图；

图5是电功率反馈拖动系统以四输入双输出并联模式运行的结构示意图。

附图标记说明

进线开关柜10；变压器11；整流装置12；驱动端逆变器13；驱动电机14；载端逆变器15；加载电机16；隔离开关17；被测齿轮箱18。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

本实用新型提供了一种电功率反馈拖动系统，如图1所示，所述系统包括进线开关柜10、变压器11和整流装置12，从所述进线开关柜10中导出的6.3kv的交流电经50mva变压器后输送到整流装置12中，整流装置12的输出端连接一直流母线。所述系统还包括连接在所述直流母线上的至少一个变频输入单元和至少一个变频输出单元。

每个所述变频输入单元包括驱动端逆变器13和驱动电机14，所述驱动电机14的输入端通过所述驱动端逆变器13与所述直流母线连接，所述驱动电机14的输出端连接被测齿轮箱(图中未示出)。其中，所述驱动端逆变器13用于从所述直流母线获取电力，并供电给所述驱动电机14。所述驱动电机14用于驱动被测齿轮箱。

每个所述变频输出单元包括加载端逆变器15和加载电机16，所述加载电机16的输出端通过所述加载端逆变器15与所述直流母线连接，所述加载电机16的输入端连接所述被测齿轮箱。其中，所述加载电机16为发电机，用于将被测齿轮箱产生的能量转换为电能，所述加载电机16提供的电能经所述加载端逆变器15后输送回直流母线。

同时，所述驱动电机14与所述驱动端逆变器13之间、所述加载电机16与所述加载端逆变器15之间均设置有隔离开关17。通过隔离开关17与断路器的配合，按系统运行方式的需要进行倒闸操作，以适应性地改变系统运行接线方式。

根据本实用新型提供的技术方案，通过在直流母线上实现电功率平衡的封闭式驱动和加载系统，将负载能量由加载电机转换为电能后反馈到供驱动电机中，实现能量的循环利用，降低了能源消耗，同时该拖动系统对被测器件也没有特殊的要求，加载方便，能够满足所有的传动装置实验。

在本实用新型中，所述驱动电机14和所述加载电机16可以为单轴伸电机或双轴伸电机，构成所述电功率反馈拖动系统的不同工作模式，包括单机模式、串联模式、并联模式、串并联扩展模式、带离合器模式和机械刚性连接模式。

本实用新型第一实施例提供了电功率反馈拖动系统以单机模式运行的方案，所述单机模式为：被测齿轮箱18安装在一个变频输入单元和一个变频输出单元之间，所述变频输入单元的驱动电机14、所述变频输出单元的加载电机16分别与所述被测齿轮箱18连接，以构成一对一的反馈回路。图2所示为以单机模式运行的一个反馈回路，1#逆变器为驱动端逆变器13，与1#逆变器连接的1m电机为驱动电机14，2#逆变器为加载端逆变器15，与2#逆变器连接的2m电机为加载电机16，1m电机和2m电机之间安装有被测齿轮箱18。

具体地，在以单机模式运行的变频输入单元中，驱动端逆变器13用于控制驱动电机14的实际转速；在以单机模式运行的变频输出单元中，加载端逆变器15用于控制加载电机16的输出转矩。示例性的，1#逆变器用于控制1m电机的实际转速，2#逆变器用于控制2m电机的输出转矩。

根据本实用新型另一个优选的实施方式，以单机模式运行的变频输入单元和变频输出单元可以通过正/反转选择实现驱动电机14和加载电机16的功能切换，即驱动电机14可以作为加载电机16使用，反之亦然。

本实用新型第二实施例提供了电功率反馈拖动系统以串联模式运行的方案，所述串联模式为：将多个变频输入单元的驱动电机14的电机轴串联为驱动轴，多个变频输出单元的加载电机16的电机轴串联为加载轴，被测齿轮箱18分别与所述驱动轴和所述加载轴连接，其中，所述被测齿轮箱18的电流输入方向与所述变频输入单元的串联方向相同，以构成单输入单输出的反馈回路。

如图3所示，1#逆变器、4#逆变器为驱动端逆变器13，对应连接的1m电机、4m电机为驱动电机14，1m电机和4m电机的电机轴串联为驱动轴，2#逆变器、3#逆变器为加载端逆变器15，对应连接的2m电机、3m电机为加载电机16，2m电机和3m电机的电机轴串联为加载轴，该驱动轴与加载轴之间安装有被测齿轮箱18。

具体地，在以串联模式运行的多个变频输入单元中，沿被测齿轮箱18的电流输入方向，第一变频输入单元的第一驱动端逆变器13用于控制对应驱动电机14的实际转速，第二变频输入单元及其他变频输入单元的驱动端逆变器13用于分别根据所述第一驱动端逆变器13的转矩给定信号控制对应驱动电机14的输出转矩。在以串联模式运行的多个变频输出单元中，每个变频输出单元的加载端逆变器15用于控制对应加载电机16的输出转矩。示例性的，图3中的1#逆变器用于控制1m电机的实际转速，4#逆变器用于根据1#逆变器的转矩给定信号控制4m电机的输出转矩；2#逆变器、3#逆变器分别用于控制2m电机和3m电机的输出转矩。

根据本实用新型另一个优选的实施方式，以串联模式运行的变频输入单元和变频输出单元通过正/反转选择实现驱动电机14和加载电机16的功能切换，即驱动电机14可以作为加载电机16使用。

本实用新型第三实施例提供了电功率反馈拖动系统以并联模式运行的方案。所述并联模式为：多个变频输入单元的驱动电机14分别与被测齿轮箱18的多个输入端口连接，多个变频输出单元的加载电机16分别与被测齿轮箱18的多个输出端口连接，以构成多输入多输出的反馈回路。

具体地，在以并联模式运行的多个变频输入单元中，指定一变频输入单元的驱动端逆变器13控制对应驱动电机14的实际转速，其他变频输入单元的驱动端逆变器13用于分别根据指定的所述变频输入单元的转矩给定信号控制对应驱动电机14的输出转矩。在以并联模式运行的多个变频输出单元中，每个变频输出单元的加载端逆变器15用于控制对应加载电机16的输出转矩。

如图4所示为电功率反馈拖动系统以双输入双输出并联模式运行的结构示意图。在图4中，1#逆变器、4#逆变器为驱动端逆变器13，对应连接的1m电机、4m电机为驱动电机14，1m电机和4m电机并联接入被测齿轮箱18；2#逆变器、3#逆变器为加载端逆变器15，对应连接的2m电机、3m电机为加载电机16，2m电机和3m电机并联接入被测齿轮箱18。示例性的，指定1#逆变器控制1m电机的转速，4#逆变器根据1#逆变器的转矩给定信号控制4m电机的转矩；2#逆变器和3#逆变器均采用转矩控制模式。

如图5所示为电功率反馈拖动系统以四输入双输出并联模式运行的结构示意图。在图5中，1#逆变器、2#逆变器、5#逆变器和6#逆变器为驱动端逆变器13，对应连接的1m电机、2m电机、5m电机和6m电机为驱动电机14，1m电机、2m电机、5m电机和6m电机并联接入被测齿轮箱18；3#逆变器、4#逆变器为加载端逆变器15，对应连接的3m电机和4m电机为加载电机16，3m电机和4m电机并联接入被测齿轮箱18。示例性的，指定1#逆变器控制1m电机的转速，2#逆变器、5#逆变器和6#逆变器根据1#逆变器的转矩给定信号进行转矩控制；2#逆变器和3#逆变器均采用转矩控制模式。

进一步地，所述系统的工作模式还包括串并联扩展模式：在不超过系统容量的前提下，将所述串联模式和所述并联模式组合成满足测试工况要求的反馈回路。

进一步地，所述系统的工作模式还包括带离合器模式。

所述带离合器模式为：以单机模式、串联模式或并联模式为基础，被测齿轮箱18与驱动电机14和/或加载电机16之间设置有离合器，当反馈回路中的离合器闭合时实现加载。

在本实用新型方案中，带离合器模式包括带离合器单机模式和带离合器并车模式。优选地，根据所述带离合器并车模式，一台驱动电机14运行，另外一台/多台驱动电机14达到运行速度要求时通过离合器实现并车，驱动电机14的转速及功率均可按比例要求进行分配。

进一步地，所述系统的工作模式还包括机械刚性连接模式。

所述机械刚性连接模式为：以单机模式、串联模式或并联模式为基础，被测齿轮箱18通过联轴器与驱动电机14和/或加载电机16连接，驱动电机14的转速可以不同，驱动或加载电机16的输出功率可以按比例要求进行分配。

本实用新型实施例提供的电功率反馈拖动系统采用中压交流变频驱动技术对齿轮箱进行出厂性能测试，该系统具有不同的工作模式，包括单机模式、串联模式、并联模式，以及在不超过系统容量的前提下由串联模式和并联模式组合成的串并联扩展模式，以及以单机模式、串联模式或并联模式为基础形成的带离合器模式和机械刚性连接模式，不同的工作模式可实现对大型齿轮箱的多工况电力回馈驱动/加载实验，并在实验过程中实时采集齿轮箱的运行数据。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。