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测功机系统的发展现况
 

    近年来,由于我国汽车工业及装备制造业的迅速发展,及国家构建低碳社会、对节能减排要求的提出,汽车发动机及动力与传动机械的功率传递与传动效率受到越来越多的关注,因此,发动机、齿轮变速箱等装置的转速、转矩和传动效率成了反映其产品性能的重要指标。这些量的检测是出厂试验的必要内容,也是进行产品质量控制的基础。


    测功机是直接对各种传动机械与动力机械进行检测的主要测试设备之一。它可以用于齿轮箱、风机、水泵及汽车发动机的输入功率测试,也可以进行以上几种设备的输出功率测试。在对传动机械及动力机械进行检测时,测功机作为被测系统的能耗装置,不仅用来吸收被测件输出的功,而且可以通过控制测功机以改变被测动力机械的载荷与转速,使其达到检测时所需的工况,从而测定被测设备在不同工况下的性能指标。近年来,以各种测功机为核心设备的功率测试平台以及它的控制及测量技术受到越来越多的关注,并已广泛应用于企业、科研机构、及大中专院校实验室。

    早在20世纪40至50年代就进行了发动机功率测试台架的研制,但由于当时计算机还没有问世,所以只能进行单一的手动控制进行简单项目的独立测试。当时多采用水利测功机,水利测功机为耗能装置,负载调整完全依赖于手动调节完成,转矩的测量则是借助于扭矩指示表在表盘上读数并人工记载数据,使用十分不便,耗时耗力。水利测功机测试稳定性好,但是测试精度不够,整个系统体积大,特别是在高转速、低转矩区段,水力测功机几乎不能稳定工作;电涡流测功机在精度方面有一定的优越性,但其本身机构、控制系统复杂。以上两种系统在测试中只能将被测设备产生的能量全部转化为热能消耗掉,造成了严重的能量浪费,而且在使用时还需附加额外的散热设备。此外,水力测功机和电涡流测功机不能作为原动机的驱动设备来进行冷磨合等试验,因此在实际使用中受到了很大的限制o

    近年来,对发动机等驱动系统的功率测试系统需求量越来越大,而以前采用的能耗型功率测试装置在环保,经济性,易操作性方面越来越不能满足生产的需求。随着电力电子技术、传感器技术、计算机控制技术的发展与应用,电力测功机得到了广泛的应用和发展。与其他类型的测功机相比,电力测功机的特点是不仅能够实现能量的回馈,而且还可以作为电动机驱动被测设备进行冷磨合等出厂试验。

    交流异步电力测功机系统软测量技术研究鉴于此,我校机械与运载工程学院电力测功技术研究所研制了采用“内部电封闭”技术的交流电力测功机系统,而且该技术已经在多个课题项目中突入实际应用,并达到了国际先进水平。采用该技术的交流电力测功系统具有结构简单、能量可回收、测量不受电网波动影响、不对网侧产生谐波干扰,节能效果好、控制精度高、无需经常保养等特点,因此非常适合做耐久性试验。

    早期的电力测功机主要是直流电力测功机,因为直流电机具有良好的转矩转速调节性能,而且控制系简单,技术成熟。但直流电力测功机由于存在换向器,所以限制了它不能用于高速运行的测试。在高转速测试时,直流电力测功机系统往往需要附加变速器,从而造成系统复杂性增大,并且外加设备的介入增加了系统的附加损耗,从而影响了测量精度。

    随着交流变频技术的发展与应用,以异步电动机与变频器共同构成的交流测功机由于其具有控制结构简单、电能可回馈电网等众多优点,得到广泛重视与应用,并成为电力测功机的主流。与直流电机相比,交流电力测功机没有换向器,因而结构更为简单,可测试功率范围更广。目前,国外许多著名的测功机生产、研制厂家纷纷研究并推出了基于交流电力测功机的功率测试系统台架。主要生产厂有:日本的小野测器、奥地利的AVL、策尔纳、德国的申克公司等。

    我国虽然从上世纪70年代起便陆续有厂家开始了电力测功机的研制和生产,但主要集中在直流电力测功机的生产研制上。在交流电力测功机领域,国内的研究、制造单位还很少,直接导致目前以交流电力测功机为核心的高档动力与传动装置的测试设备的大部分市场都被德国和奥地利的大公司所垄断。因此,有必要开展和进行交流电力测功机系统的研究,以使我国减少对进口产品的依赖,对促进我国工业的发展有着重大的经济价值和实际意义

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