一种新型加载器

技术领域

本发明属于加载器技术领域，具体涉及一种新型加载器。

背景技术

传统的电机负载试验系统是需要用到两台大功率的变频器，两台大功率的变频器分别控制一台电机(一台被试电机，作为电动机使用；另一台陪试电机，作为发电机使用)，电能在两台变频器的公共直流母线上封闭，电网与整流器只是给测试气筒提供损耗补偿，见图1。

传统的齿轮箱负载试验系统，与电机负载试验类似，只是将在两台电机中间连上两台齿轮箱(一台为被试齿轮箱，另一台为陪试齿轮箱)，两台齿轮箱的高速轴分别与两台电机(拖动电机和加载电机)连接，两台齿轮箱的低速大扭矩轴连接。电机的控制及能量的循环关系与电机负载试验系统相同，此时两台大功率的电机都属于齿轮箱负载试验系统的设备，见图2。

无论是电机负载试验系统还是齿轮箱负载试验系统，两台电机的定子电压、电流、频率都不同。比如电动机的频率为50Hz，发电机的频率为50.5Hz，而两台电机的转速是相等的。电能只能通过两台变频器的直流母线互馈，两台变频器必须是全功率运行，整个系统需要使用到大功率的变频器来控制。这样两台大功率的变频器成本要占到整个试验系统成本的80％以上，存在搭建成本高的问题和耗电量高的问题。如果能够实现差速加载，两台电机转速不同，电压相同，频率相同，电动机和发电机的电能直接互馈，即发电机的电流直接流向电动机，那么无论是测试系统的设备成本还是耗电成本，都将大大降低。为了实现上述技术方案，必须设计一种新的适合电机或齿轮箱负载试验用的加载器。

发明内容

为了降低负载试验系统造价，结合机电联合的技术优势，特发明此新型的加载器，实现差速加载，电机之间电能能够直接互馈，从而降低试验系统的造价，并节约能耗。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型加载器，所述加载器包括有箱体和安装在箱体内的行星齿轮包Ⅰ、行星齿轮包Ⅱ和一级圆柱齿轮，行星齿轮包Ⅰ和行星齿轮包Ⅱ均分别包括有相互配合的太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，所述行星齿轮包Ⅰ的行星架和行星齿轮包Ⅱ的行星架通过膜片联轴器连接，所述行星齿轮包Ⅰ的齿圈固定连接箱体，行星齿轮包Ⅱ的齿圈可转动设置，行星齿轮包Ⅰ的齿圈和行星齿轮包Ⅱ的齿圈均分别包括有内齿，行星齿轮包Ⅱ的齿圈还包括有外齿，行星齿轮包Ⅱ的齿圈通过外齿与一级圆柱齿轮齿合，一级圆柱齿轮由减速电机驱动转动。

作为上述技术方案的优选，所述一级圆柱齿轮的数量为两个，减速电机的数量为两个，所述两个一级圆柱齿轮分别位于行星齿轮包Ⅱ的齿圈两侧，一个减速电机驱动一个一级圆柱齿轮转动。

作为上述技术方案的优选，所述减速电机位行星减速电机。

作为上述技术方案的优选，所述行星减速电机为螺旋锥齿轮减速机。

作为上述技术方案的优选，所述行星齿轮包Ⅰ或行星齿轮包Ⅱ的转速关系为：

n

本发明的有益效果是：本发明提供了一种新型的加载器，将其应用到电机或齿轮箱负载试验系统，能够大幅度降低负载试验系统的造价，降低系统能耗，其效果优于现有进口液压(摆动缸)加载器。

附图说明

图1是传统电机负载试验系统的结构示意图；

图2是传统齿轮箱负载试验系统的结构示意图；

图3是加载器的结构示意图；

图4是本发明的电机负载试验系统的结构示意图；

图5是本发明的齿轮箱负载试验系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图3所示，一种新型加载器，所述加载器包括有箱体3和安装在箱体3内的行星齿轮包Ⅰ1、行星齿轮包Ⅱ2和一级圆柱齿轮，行星齿轮包Ⅰ1和行星齿轮包Ⅱ2均分别包括有相互配合的太阳轮、行星轮、行星架和齿圈5，所述行星齿轮包Ⅰ1的行星架和行星齿轮包Ⅱ2的行星架通过膜片联轴器6连接，所述行星齿轮包Ⅰ的齿圈固定连接箱体3，行星齿轮包Ⅱ2的齿圈5可转动设置，行星齿轮包Ⅰ1的齿圈5和行星齿轮包Ⅱ2的齿圈5均分别包括有内齿，行星齿轮包Ⅱ2的齿圈5包括有外齿，行星齿轮包Ⅱ2的齿圈5通过外齿与一级圆柱齿轮7齿合，一级圆柱齿轮由减速电机4驱动转动。通过控制减速电机4的转速和转向，驱动行星齿轮包Ⅱ2的齿圈5低速持续旋转或短时旋转，从而使行星齿轮包Ⅰ1的太阳轮(轴)和行星齿轮包Ⅱ2的太阳轮(轴)出现转速差或相对偏转一定的角度。

进一步的，所述一级圆柱齿轮的数量为两个，减速电机4的数量为两个，所述两个一级圆柱齿轮分别位于行星齿轮包Ⅱ2的齿圈两侧，一个减速电机4驱动一个一级圆柱齿轮转动，两个减速电机4分别连接小小功率变频器。一级圆柱齿轮的数量和减速电机4的数量均为两个且对称设置，使行星齿轮包Ⅱ2齿圈5的外齿所受径向力相互抵消，从而改善行星齿轮包Ⅱ2的受力状况，提高装置的可靠性，也有利于形成更大功率和扭矩的加载器。

进一步的，所述减速电机4位行星减速电机。

进一步的，所述行星减速电机为螺旋锥齿轮减速机，这样可以节省轴向尺寸，便于加载器连接被试件。

进一步的，所述行星齿轮包Ⅰ1或行星齿轮包Ⅱ2的转速关系为：

n

对于行星齿轮包Ⅱ2，io＝齿圈5的内齿数/太阳轮的齿数(一般3-7)，其太阳轮的转速＝(1+io)×其行星架的转速-io×其齿圈5的转速；对于行星齿轮包Ⅰ1，其齿圈5与箱体3固定在一起，齿圈5的内齿转速为0，其太阳轮1(轴)转速＝(1+iO)×其行星架的转速。行星齿轮包Ⅰ1与行星齿轮包Ⅱ2中的太阳轮、齿圈5、行星轮、行星架的结构相同、齿数相同。不同的是行星齿轮包Ⅰ1的齿圈5固定不动，而行星齿轮包Ⅱ2的齿圈5具有外齿且齿圈5可以转动。两个行星架的输出轴通过膜片联轴器6连接在一起，故两行星架转速相同。行星齿轮包Ⅱ2的太阳轮的转速＝行星齿轮包Ⅰ1的太阳轮1的转速-i0×行星齿轮包Ⅱ2齿圈的内齿转速。

实施例1

将本发明的新型加载器应用于构建电机负载试验系统。如图3和4所示，电机负载试验系统还包括有被试电机、陪试电机、小功率变频器、小小功率变频器，所述被试电机的转轴与陪试电机的转轴通过加载器实现差速连接，小功率变频器通过整流器连接电网，小功率变频器分别连接被试电机和陪试电机，加载器通过小小功率变频器连接整流器。

电机负载试验系统运作过程：小功率变频器按恒压频比软启动到被试电机和陪试电机的额定频率(如50Hz)、额定电压，此时试电机、陪试电机和加载器均为空载转速(如1500r/min)，被试电机和陪试电机的电流均为空载励磁电流(大型电机的空载电流为额定电流的10％)；启动小小功率变频器，驱动加载器上的减速电机4，使被试电机和陪试电机的转速出现转速差，转速差越大，加载功率越大，直至达到额定功率。此时，被试电机的转速比如达到1485r/min，陪试电机的转速比如达到1515r/min。

负载试验系统运作过程中的能量循环关系：被试电机和陪试电机的转速有转速差，但电压、定子频率相同，被试电机和陪试电机的能量可以直接互馈---被试电机输出的机械功率(或机械能)作为陪试电机的机械功率(或机械能)输入，陪试电机起到发电作用，将机械功率(或机械能)转化为电功率(或电能)输出，反过来作为被试电机的电功率(或电能)输入，被试电机又转化为机械功率(或机械能)，如此反复。小功率变频器从电网吸入功率(或电能)补充被试电机和陪试电机的定子铜损耗或铁损耗、机械摩擦损耗等。小小功率变频器补充两台减速电机4的转子铜(或铝)损耗。

实施例2

将本发明的新型加载器应用于构建齿轮箱负载试验系统。如图3和5所示，齿轮箱负载试验系统还包括有被试齿轮箱、陪试齿轮箱、拖动电机、加载电机、小功率变频器、小小功率变频器，被试齿轮箱的低速端和陪试齿轮箱的低速端相连，拖动电机的转轴连接被试齿轮箱的高速端，加载电机的转轴与陪试齿轮箱的高速端通过加载器实现差速连接，小功率变频器通过整流器连接电网，小功率变频器分别连接拖动电机和加载电机，加载器通过小小功率变频器连接整流器。

齿轮箱负载试验系统运行过程及能量循环关系与电机负载试验系统类似。

由实施例1和实施例2中可知，采用本发明的新型加载器构建的电机或齿轮箱负载试验系统，只需使用小功率的变频器即可，而小功率的变频器的成本约为传统试验系统大功率变频器的20％，因此能够大幅度降低负载试验系统的造价。小功率的变频器耗电量也大大小于传统试验系统中两台大功率变频器的耗电量，相同的测试过程节约电费预计达20-30％。

本发明的加载器可以用来加载异步电机(需要提供持续的转速差，减速电机需要连续运转)、同步电机(只需要减速电机短时运转，达到一定的角度后，保持0转速，或由制动器制动)和齿轮箱(两齿轮箱低速大扭矩端联接，两高速轴分别与电机和加载器联接，可采用异步电机或同步电机，加载的方法同异步电机或同步电机)，还可以用来加载机械封闭的齿轮箱。可完全替代进口液压(摆动缸)加载器，液压加载器一般只能提供最大60°偏转角度，本加载器可提供的偏转角度不受限制。

值得一提的是，本发明专利申请涉及的整流器、变频器、电机等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化，因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。