交流电力测功仪控制器之研究与开发

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1、交流电力测功仪控制器之研究与开发1绪论1.1课题背景发动机试验是发动机生产和科学研究中不可缺少的一个环节。随着工业生产和科学技术的迅速发展，发动机的应用范围在不断扩大。因此，进行发动机工作过程、新型结构、控制策略等研究工作成为发动机工程技术人员的重要任务，而所有这些研究工作都需要相应的发动机测试技术做支持才能得以顺利进行。可以说，发动机测试技术的发展对发动机技术的发展起着至关重要的作用。测功机就是用来测量发动机有效功率的一个主要设备。测功机是发动机试验台架的基本设备，用于模拟发动机工作时的实际载荷，在发动机生产、试验中得到了广泛的应用。测功机主要由制动器、测力机构和

2、测速装置等几部分组成。制动器调节发动机的负载，并同时把所吸收的发动机功率转化为热能或电能。测力机构和测速装置则分别测量发动机输出转矩以及相应的输出轴转速，现代测功机还有一套自动调节和控制系统。交流电力测功机就是测功机的一种。测功机控制方面的指标主要有控制精度、控制响应速度和可靠性等几个方面，这些指标决定了发动机试验的精度、工况调节的速度以及试验工作的可靠开展。因此，从发动机试验的角度讲，测功机的控制技术的发展影响着发动机试验技术的发展。在测功机发展的初期，测功机的控制是采用模拟控制器实现的。它是根据测功机反馈的转矩和转速信号，通过复杂的机械机构、模拟电路或者机电系统

3、实现对测功机的控制。其缺点是不能实现复杂的控制功能，而且控制品质比较低。随着计算机技术和数字控制技术的发展，出现了测功机数字控制器。它采用具有逻辑判断功能的微控制器作为控制核心，不仅可以完成模拟控制器的控制功能，还可以实现复杂的信号处理和试验控制功能。目前，国内在交流电力测功机控制器技术方面与国外水平差距较大。研制出品质相对优良的交流电力测功机控制器，对国内发动机测试相关领域技术的发展具有重要意义。1.2国内外测功机控制器发展概况及相关技术1.2.1测功机简介测功机通常按制动器工作原理的不同分类，主要有机械测功机、气力测功机、水力测功机和电力测功机等基本类型。不同类

4、型的测功机具有不同的性能和使用特点。目前，国内外发动机试验台架上常用的测功机主要有水力测功机、电涡流测功机、直流电力测功机和交流异步测功机等[s]。水力测功机通过改变水层厚度来吸收转矩，发动机的输出功率以水分子之间的摩擦而产生的热量的形式由水带走。水力测功机价格相对比较便宜，但是转速范围不宽，适应性比较差。近年来通过可调节性技术的新发展，使得水力测功机的性能得以进一步改善，所以也能适用于自动控制的试验台架。水力测功机的适用领域从发动机的开发和批量生产的测试延伸至发动机的维修运转检验。电涡流测功机主体是利用涡流损耗的原理来吸收功率的，具有低惯性、高精度、高稳定性和结构

5、简单、维护方便并适用于操作、控制自动化等优点，而且功率范围较宽、使用转速较高、响应速度较快。电涡流测功机基于其良好的控制性、可调性及负载稳定性，广泛应用于发动机的开发和试验稳态台架。水力测功机和电涡流测功机所转换为冷却水热量的能量大部分不可重新利用。此外，这两种测功机都不能作为源动力来拖动发动机。直流电力测功机采用复式激励的直流电机，在电磁力的作用下产生与转向相反的制动力矩(作发电机用)或转向相同的驱动力矩(作电动机用)。直流电力测功机的动态响应速度很快，但高转矩特性相对而言要差一些。同时，价格相对较高。2交流电力测功机系统试验台2.1试验台简介交流电力测功机的基本

6、原理是使用三相交流异步电机作为加载设备，变频器为异步电机提供可变频率的驱动电源，并精确控制其转矩和转速。与其他测功机技术相比，交流测功机具有以下特点:l)转矩和转速控制精度高2)动态响应时间短3)结构灵活多样4)高效节能5)可靠性高交流电力测功机基本原理是使用三相交流异步电机作为加载设备，变频器为异步电机提供可变频率的驱动电源，并精确控制其转矩和转速。与其它测功机技术相比，交流测功机具有转矩和转速控制精度高、动态响应时间短、结构灵活多样以及高效节能和高可靠性等特性。图2.1为欧洲著名测功机厂家DZT的MDA系列交流测功机的系统结构连接示意图。系统中主要包括交流电机及

7、其控制器、能量处理系统、油门执行器、转速与转矩测量设备以及实时控制器等。其中交流电机及其控制器主要负责测功机的加载及调速控制;能量处理系统可对所测对象发出的电能进行相应处理，主要有电阻泄流和反馈电网两种方式;油门执行器主要通过油门对发动机进行控制.;转速与转矩测量设备在试验过程中即时地精确测量转速与转矩值;实时控制器是整个系统的核心设备，它实时地采集各种数据，并以此为基础对以上设备进行协调控制。图2.2为AVL交流电力测功机系统结构示意图，也包括了交流电机及其控制器、能量处理系统、转速与转矩测量设备以及实时控制器等。同样的，申克、西门子等测功机公司的交流电力测功