CN101470171B - 发电机耐久性试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发电机耐久性试验台，包括变频电机、工作台、夹具，所述夹具将发电机固定在所述工作台上，所述发电机接有交流负载，由变频电机通过皮带拖动其运转：还包括可编程控制器、变频器；所述可编程控制器、变频器、变频电机通过电缆依次连接，所述变频器按照所述可编程控制器设定的频率及起、停时间，输出所述变频电机所需的驱动电压。本发明的发电机耐久性试验台，结构紧凑、成本低廉、精度较高、测试过程可自动控制，特别适于中小试验室使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车交流发电机的试验设备，具体来说是一种发电机耐久性试验台。
背景技术
发电机是汽车的重要部件，其功用是在发动机正常运转时，向所有用电设备(起动机除外)供电，同时给蓄电池充电。汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机的性能在许多方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰。目前，汽车采用三相交流发电机，内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流电，所以，汽车交流发电机输出的是直流电。交流发电机必须配装电压调节器，电压调节器对发电机的输出电压进行控制，使其保持基本恒定，以满足车用电器的需求。
发电机若发生故障，会导致汽车电气***不能正常工作，并引发汽车其他部件的损坏，甚至造成安全事故。发电机出现故障后，维修厂商往往予以整体置换。而置换一个发电机通常需要数几千元甚至更高价格，若发电机质量不高，不仅给消费者造成巨大的损失，也将损坏汽车厂商的声誉。为确保发电机的质量要求，汽车厂商就必须挑选出合格的发电机供应商，去除不合格的发电机供应商。为此，就必须对发电机进行耐久性试验，通过抽检发电机在规定的时间内能否正常工作，来确定该批次产品的质量。
根据汽车行业标准《汽车用交流发电机技术条件》(QC/T 729-2005)4.24规定，交流发电机应能承受2000h的耐久性试验，或120,000km道路试验，试验后，其热态性能值允许比其耐久性试验前的热态性能值低5％，调节电压值应符合以下标准：12V系列为14.5V±0.25V；24V系列为28.5V±0.3V。定子、转子绝缘电阻应大于1MΩ。
同时，根据汽车行业标准《汽车用交流发电机技术条件》(QC/T 729-2005)5.19.1规定，交流发电机耐久性试验应按表1所列条件的循环试验进行，环境温度为常温，试验时间为2,000h，每次连续试验时间不少于4h，试验过程中不允许进行保养和更换电刷。
表1耐久性试验循环周期
目前，对发电机耐久性试验的一般方法是：用电动机拖动被试验发电机按照给定转速运转，发电机所产生的电能通过接入交流负载消耗。通过此种方式，可模拟汽车运行过程中发电机的运行环境，检验发电机在规定时间及环境条件下是否发生故障。其中，关键的技术在电动机转速的控制，通常采用PC控制。采用PC控制，需要安装一种运动控制卡，它与PC构成主从式控制结构：PC负责人机界面的管理和其它管理工作，而运动控制卡专门用于控制伺服电机运动。该种设备可控制电动机的转速，但其控制方案复杂，环境适应性差，且体积大、价格贵，不适合于中小实验室使用。
发明内容
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种自动化程度高、适应性强、成本较低的发电机耐久性试验台。
为解决以上技术问题，本发明提供的发电机耐久性试验台，包括变频电机、工作台、夹具，所述夹具将发电机固定在所述工作台上，所述发电机接有交流负载，由变频电机通过皮带拖动其运转：还包括可编程控制器、变频器；所述可编程控制器、变频器、变频电机通过电缆依次连接，所述变频器按照所述可编程控制器设定的频率及起、停时间，输出所述变频电机所需的驱动电压。
优选地，还包括交流接触器；所述交流接触器的主接点连接发电机的交流负载支路，辅接点连接所述可编程控制器；所述交流接触器辅接点的通、断由所述可编程控制器进行控制。
优选地，所述交流负载为多个并联的灯泡组。
优选地，所述交流负载为一可变电阻。
本发明的发电机耐久性试验台，引入可编程控制器和变频调速技术。将控制技术与变频调速技术结合起来，通过可编程控制器设定变频器的频率及起、停时间，控制变频器输出到变频电机驱动电压频率，就可控制变频电机的转速。在规定的时间和条件下，用变频电机拖动发电机按照规定的转速运转，同时调整交流负载以改变发电机的工作电流，模拟发电机的运行环境，可有效判定发电机的性能。
可编程控制器具有体积小、精度高、组装灵活、抗干扰能力强、可靠性高，适于恶劣环境使用等特点；而变频调速技术具有调速范围宽、调速平滑、调速精度高、控制灵活等优点。将两者的优势结合起来，可精确地控制发电机运转速率及运行时间，实现发电机耐久性试验过程的自动控制，从而简化操作程序，降低运行成本，避免人为失误对测试结果的影响。
本发明的优选方案中，加入交流接触器，其主接点连接交流负载支路，辅接点连接可编程控制器。可编程控制器控制交流接触器辅接点得失电逻辑，由交流接触器主接点开闭交流负载支路，实现交流负载的大小及加入时间过程的自动控制，使发电机工作电流稳定在试验条件设定范围内，严格保证发电机耐久性试验的试验条件，提高试验结果的可信度。
本发明的发电机耐久性试验台，结构紧凑、成本低廉、精度较高、测试过程可自动控制，特别适于中小试验室使用。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明进一步进行说明：
图1是本发明发电机耐久性试验台结构示意图；
图2是本发明的发电机转速控制流程图；
图3是本发明交流负载支路图；
图4是本发明交流负载控制流程图。
具体实施方式
图1所示发电机耐久性试验台，包括：可编程控制器1(ProgrammableLogical Controller，PLC)、变频器2、变频电机3、电缆4、皮带5、工作台6、夹具7、交流负载(图未示)。发电机20上接有交流负载，并通过夹具7固定在工作台6上。可编程控制器1、变频器2、变频电机3通过电缆4依次连 接，变频电机3通过皮带5拖动发电机20运转。
如图1所示，可编程控制器1、变频器2置于控制机柜9中，该控制机柜9上设有控制面板10。通过操作控制面板10上的按钮，可设定变频器2的频率与起、停时间等有关试验参数。变频器2的频率及起、停时间与变频电机3转速及起、停时间一致，根据汽车行业标准《汽车用交流发电机技术条件》(QC/T729-2005)5.19.1规定设定，有关数据见表1。
为方便讨论，下面以与上海华普发动机有限公司生产的华普479Q配套的发电机为例进行说明。该发电机额定电流是75A，相应的nmax为12000转/分。因此，根据表1所述标准，并结合发电机的实际情况，该发电机耐久性试验时的具体参数可按照表2所示数据执行。
表2 耐久性试验设定参数
如图2所示，对发电机20的控制过程为：
S1)PLC初始化；
S2)调节交流负载使工作电流为15A，进行第一周期循环；
S21)设定旋转方向为正向旋转，转速为3000转/分，运行80分钟；
S22)设定旋转方向为正向旋转，转速为6000转/分，运行80分钟；
S23)设定旋转方向为正向旋转，转速为12000转/分，运行15分钟；
S24)停5分钟；
S3)调节负载使工作电流为30A，进行第二周期循环；
S31)设定旋转方向为正向旋转，转速为3000转/分，运行80分钟；
S32)设定旋转方向为正向旋转，转速为6000转/分，运行80分钟；
S33)设定旋转方向为正向旋转，转速为12000转/分，运行15分钟；
S34)停5分钟；
S4)调节负载使工作电流为67.5A，进行第三周期循环；
S41)设定旋转方向为正向旋转，转速为3000转/分，运行80分钟；
S42)设定旋转方向为正向旋转，转速为6000转/分，运行80分钟；
S43)设定旋转方向为正向旋转，转速为12000转/分，运行15分钟；
S5)停止。
上述控制流程中，可编程控制器1设定变频器2的输出电压的频率及起、停时间，控制变频电机3的驱动电压的频率，使得变频电机3按照给定转速运转，并由此拖动发电机20按照给定转速运转。试验过程中，发电机20在规定时间不间断运行，适时加入交流负载，使发电机20产生的电能由交流负载器消耗，保证发电机20在设定电流范围内工作。各循环的试验结束后，发电机20的各项参数应能满足《汽车用交流发电机技术条件》(QC/T 729-2005)4.24的规定；否则，应判定产品不合格。
本发明引入PLC控制技术与变频调速技术：PLC具有体积小、精度高、组装灵活、抗干扰能力强、可靠性高，适于恶劣环境使用等特点；而变频调速技术具有调速范围宽、调速平滑、调速精度高、控制灵活等优点。将两者的优势结合起来，通过可编程控制器1设定变频电机3驱动电压的频率，可对发电机20的转速及运行时间进行精确的控制，实现试验过程的自动控制。在此试验过程中，无需人为干预，避免了人为因素造成的误差。
为保证试验结果的可信度，在每一循环试验中，必须使发电机20工作在规定的电流范围之内：
如图3所示，交流负载支路加入了交流接触器11。交流接触器11的主接点连接发电机20的交流负载支路，其中：一触点连接交流负载，另一触点连接发电机20的输出端。交流接触器11的辅接点与可编程控制器1输出端相连，可编程控制器1根据加入交流负载的预定逻辑，输出控制交流接触器11辅接点的通、断指令；交流接触器11响应可编程控制器1的控制指令，其辅接点闭合或断开，根据线圈的得、失电情况，交流接触器11的主接点也相应地闭合或断开，从而开、闭交流负载支路，适时加入交流负载，保证发电机20工作在正常的电流之下。由此，交流负载的大小及加入时间实现自动控制，使发电机20的工作电流稳定在设定范围内，严格保证发电机耐久性试验的试验条件，提高试验结果的可信度。
上述交流负载，优选地，由可变电阻，或多组并联的灯泡组成，其好处是，结构紧凑、成本低廉、易于维护。
图4所示本发明交流负载控制流程图，依照日本产电株式会社生产的PLC进行说明，有关该PLC的指令***及继电器配置方法可相应参阅有关手册，在此不再赘述。图4所示控制过程，其作用在于：设定变频电机3的转速及工作时间；设定交流负载的大小及加入时间。
T1)开始
T2)设定旋转方向为正向旋转，负载为15A，进行第一周期循环；
T21)设定转速为3000转/分，P045导通，接通第一个交流接触器，使第一组灯泡接通，运行80分钟；
T22)设定旋转转速为6000转/分，P044导通，接通第二个交流接触器，使第二组灯泡接通，运行80分钟；
T23)设定旋转转速为12000转/分，P040导通，接通第三个交流接触器，使第三组灯泡接通，运行15分钟；
T24)停5分钟；
T3)设定旋转方向为正向旋转，负载为30A，进行第二周期循环；
T31)设定转速为3000转/分，P046导通，接通第四个交流接触器，使第四组灯泡接通，运行80分钟；
T32)设定旋转转速为6000转/分，P054导通，接通第五个交流接触器，使第五组灯泡接通，运行80分钟；
T33)设定旋转转速为12000转/分，P055导通，接通第六个交流接触器，使第六组灯泡接通，运行15分钟；
T34)停5分钟；
T4)设定旋转方向为正向旋转，负载为67.5A，进行第三周期循环；
T41)设定转速为3000转/分，P045导通，接通第七个交流接触器，使第七组灯泡接通，运行80分钟；
T42)设定旋转转速为6000转/分，P054导通，接通第八个交流接触器，使第八组灯泡接通，运行80分钟；
T43)设定旋转转速为12000转/分，P055导通，接通第九个交流接触器， 使第九组灯泡接通，运行15分钟；
T5)结束试验。
上述控制过程，通常采用梯形图编制控制程序，其优点是；程序结构与继电器的电气连接方法相似，控制过程十分直观，也易于编制。在某些高端PLC产品中，PLC的控制程序也可也可采用汇编语言、C语言或其他高级语言编制。关于这方面的知识，属于本技术领域的公知常识，不属于本发明的讨论范围，在此不再赘述。
本发明发电机耐久性试验台，采用可编程控制器1对发电机20的转速进行控制，其控制精度为1级；可编程控制器1还对交流负载的加入过程进行控制，可将交流负载适时加到发电机20上，使发电机20工作在规定的电流范围之内，保证试验结果具有较高的可信度。此外，本发明的发电机耐久性试验台体积小巧、结构紧凑、价格低廉、维护方便，智能化程度较高，可适应恶劣环境，特别适于中小实验室使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1. 一种发电机耐久性试验台，包括变频电机、工作台、夹具，所述夹具将发电机固定在所述工作台上，所述发电机接有交流负载，由变频电机通过皮带拖动其运转，其特征在于：还包括可编程控制器、变频器；所述可编程控制器、变频器、变频电机通过电缆依次连接，所述变频器按照所述可编程控制器设定的频率及起、停时间，输出所述变频电机所需的驱动电压。
2. 根据权利要求1所述的发电机耐久性试验台，其特征在于：还包括交流接触器；所述交流接触器的主接点连接发电机的交流负载支路，辅接点连接所述可编程控制器；所述交流接触器辅接点的通、断由所述可编程控制器进行控制。
3. 根据权利要求1或2所述的发电机耐久性试验台，其特征在于：所述交流负载为多个灯泡组。
4. 根据权利要求1或2所述的发电机耐久性试验台，其特征在于：所述交流负载为一可变电阻。
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