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。
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。