CN103291688A - 带能量回收液压泵马达试验台及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带能量回收液压泵马达试验台包括动力***、液压泵马达测试装置和能量回收装置；所述动力***包括第一变频器（2）和异步电动机（3）；所述液压测试装置包括液压泵（6）和液压马达（8）；所述能量回收装置包括异步发电机（11）和第二变频器（12）；所述第一变频器（2）和异步电动机（3）电连接；所述异步电动机（3）和液压泵（6）相互连接，所述液压泵（6）与液压马达（8）之间通过液压油管道相连接；所述液压马达（8）和异步发电机（11）之间通过相互连接；所述异步发电机（11）和第二变频器（12）电连接，所述第二变频器（12）与第一变频器（2）电连接。

Description

带能量回收液压泵马达试验台及使用方法

技术领域

本发明涉及一种液压泵马达试验台，尤其涉及一种带能量回收液压泵马达试验台及使用方法。

背景技术

近些年来，由于计算机技术、测试技术以及液压技术的不断进步，使得液压泵和马达性能测试试验台的技术取得了飞速发展。但是目前液压泵马达试验台主要采用的加载方式为直接加载和功率回收加载，其共性为，被测试马达的加载部分均为加载马达，加载马达需要一个补偿泵为其提供压力和流量。该加载方法，将液压马达的机械能转换为液压***的热能，能量利用率低，能耗较大，增大了液压***的发热功率。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中的不足，提供一种减少能量消耗的带能量回收液压泵马达试验台及使用方法。

本发明提出一种带能量回收液压泵马达试验台，包括动力***、液压泵马达测试装置和能量回收装置；所述动力***与液压泵马达测试装置相连接，所述液压泵马达测试装置与能量回收装置相连接，所述能量回收装置与动力***电连接。

作为对本发明的带能量回收液压泵马达试验台的改进：所述动力***包括第一变频器和异步电动机；所述液压测试装置包括液压泵和液压马达；所述能量回收装置包括异步发电机和第二变频器；所述第一变频器和异步电动机电连接；所述异步电动机和液压泵相互连接，所述液压泵与液压马达之间通过液压油管道相连接；所述液压马达和异步发电机相互连接；所述异步发电机和第二变频器电连接，所述第二变频器与第一变频器电连接。

作为对本发明的带能量回收液压泵马达试验台的进一步改进：所述的液压泵的出油口上设置有单向阀，所述液压泵与液压马达之间的液压油管道上依次设置有比例溢流阀、马达进出口流量计和换向阀；所述比例溢流阀和马达进出口流量计之间的液压油管道上设置有安全阀、压力表和温度计。

作为对本发明的带能量回收液压泵马达试验台的进一步改进：所述液压马达的泄油口上上设置有马达泄漏流量计。

作为对本发明的带能量回收液压泵马达试验台的进一步改进：所述异步电动机与液压泵之间设置有第一转速转矩传感器，液压马达与异步发电机之间设置有第二转速转矩传感器；所述第一转速转矩传感器与第一变频器信号连接；所述第二转速转矩传感器与第二变频器信号连接。

作为对本发明的带能量回收液压泵马达试验台的进一步改进：所述异步电动机通过联轴器设置第一转速转矩传感器，第一转速转矩传感器再通过另外一个联轴器与液压泵相连接；所述液压马达通过再一个联轴器设置第二转速转矩传感器，第二转速转矩传感器再通过再另外一个联轴器与异步发电机相连接。

作为对本发明的带能量回收液压泵马达试验台的进一步改进：所述第一变频器为V/F控制变频器；所述第二变频器为直接转矩控制变频器。

作为对本发明的带能量回收液压泵马达试验台的进一步改进：所述第一变频器和第二变频器之间通过共直流母线相互连接。

一种带能量回收液压泵马达试验台的使用方法；第一变频器和第二变频器均外接电网，通过电网向第一变频器和第二变频器供电；第一变频器带动异步电动机转动，异步电动机将电能转化为机械能；由异步电动机带动液压泵转动，液压泵将机械能转化为液压能；液压泵带动液压马达转动，液压马达将液压能转化为机械能；液压马达带动异步发电机转动，异步发电机将机械能转化为电能；第二变频器将异步发电机产生的交流电转化为直流电，再将直流电通过共直流母线传输到第一变频器中，由第一变频器再驱动液压泵。

本发明的有益效果是：能够实现能量回收的目的，减少了能量消耗，降低试验台的发热功率。

本发明的带能量回收液压泵马达试验台通过第二变频器控制异步发电机代替加载马达（即通过第二变频器控制的异步发电机为被测马达加载），同时，将异步发电机产生的交流电通过第二变频器转化为直流电，再通过共直流母线将直流电传递到第一变频器，再由第一变频器将直流电逆变为交流电，供给异步电动机使用。通过这种方式，将以往的加载方式（即现常用的加载方式）所消耗的能量回收利用，降低本发明的带能量回收液压泵马达试验台中的液压***的发热功率。本发明的带能量回收液压泵马达试验台的液压***结构简单，能量传递速度快，近似于时间上的一致。如图2所示，根据工控一和工控二所获得的试验数据得出本发明的带能量回收液压泵马达试验台的液压***的异步电动机输入功率、液压泵输出功率、液压马达输出功率以及异步发电机发电功率在时间上一一对应，不存在超前或滞后。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的带能量回收液压泵马达试验台的结构原理图；

图2是功率关系示意图。

具体实施方式

实施例1、图1给出了一种带能量回收液压泵马达试验台，包括动力***、液压泵马达测试装置和能量回收装置。

动力***包括第一变频器2和异步电动机3；液压测试装置包括比例溢流阀74、安全阀75、压力表76、温度计77、马达进出口流量计78、马达泄漏流量计711、液压泵6（做泵的测试实验时，为被测泵，做马达的测试试验时，为标准泵）和液压马达8（做泵的测试实验时，为标准马达，做马达的测试试验时，为被测马达）；能量回收装置包括异步发电机11和第二变频器12；以上所述的第一变频器2和第二变频器12分别与电网1电连接。实际工作的时候，以上所述的第一变频器2和第二变频器12均由电网1供电。

第一变频器2的输入端与电网1相连接，第一变频器2的输出端接入异步电动机3的输入端。异步电动机3和液压泵6之间设置有第一转速转矩传感器5，异步电动机3通过联轴器与第一转速转矩传感器5相连接，第一转速转矩传感器5再通过另外一个联轴器与液压泵6相连接；第一转速转矩传感器5与第一变频器2信号连接（为保持图面整洁，省略附图中此处的信号连接标记），第一转速转矩传感器5检测异步电动机3的转速和转矩，并将异步电动机3的转速和转矩反馈到第一变频器2。

第二变频器12的输入端与电网1相连接，第二变频器12的输出端接入异步发电机11的输入端。液压马达8和异步发电机11之间设置有第二转速转矩传感器7，液压马达8通过一个联轴器与第二转速转矩传感器7相连接，第二转速转矩传感器7通过再一个联轴器与液压马达8相连接；第二转速转矩传感器7与第二变频器12信号连接（为保持图面整洁，省略附图中此处的信号连接标记）；第二转速转矩传感器7检测液压马达8的转速和转矩，并将液压马达8的转速和转矩反馈到第二变频器12中。

实际工作的时候，以上所述的第一变频器2和第二变频器12均由电网1供电。

液压泵6的出油口通过单向阀73与马达进出口流量计78相连接，马达进出口流量计78与换向阀79相连接，换向阀79与液压马达8的进油口相连接。单向阀73与马达进出口流量计78之间的油路上设置比例溢流阀74、安全阀75、压力表76和温度计77；液压马达8的泄漏口设置马达泄漏流量计711。

在实际的工作过程中，通过比例溢流阀74和安全阀75设定液压泵6工作压力，分别通过压力表76、温度计77、马达进出口流量计78以及马达泄漏流量计711就可以读出液压泵6或者液压马达8当前运行的各项数据，再结合第一转速转矩传感器5和第二转速转矩传感器7获取的数据，就可以得知液压泵6和液压马达8的性能。

第一变频器2选用V/F控制变频器。第二变频器12选用直接转矩控制（DTC）变频器。第一变频器2和第二变频器12之间通过共直流母线连接，第一变频器2的DC+和第二变频器12的DC+相互连接，第一变频器2的DC-和第二变频器12的DC-相互连接。

以上所述的第一变频器2、第二变频器12、异步电动机3和异步发电机11均为市购产品。

本发明的工作过程如下：

工控一：

液压泵测试试验（液压泵6为被测泵，液压马达8为标准马达）：

比例溢流阀74调节液压泵6的出口压力，安全阀75设定液压泵6的最高压力，通过压力表76读出液压泵6的出口压力值，通过温度计77读出液压泵6的出油温度，通过马达进出口流量计78读出液压马达8的进口流量，通过换向阀79实现液压马达8的换向，通过马达泄漏流量计711读出液压马达8的泄漏流量。第二变频器12控制异步发电机11的转矩，实现对液压泵6的加载。步骤如下：

1、通过电网1，第一变频器2通电；第一变频器2输出频率可控的交流电为异步电动机3供电。异步电动机3将电能转换为机械能。

2、异步电动机3通过联轴器带动液压泵6转动，液压泵6将机械能转换为液压能。第一变频器2通过控制异步电动机3的转速，再通过异步电动机3控制液压泵6的转速（通过对液压泵6转速的调节，即可以控制液压泵6的出口流量），通过液压泵6为本发明的带能量回收液压泵马达试验台中的液压***供油。

3、第一转速转矩传感器5检测到液压泵6的转速和转矩，并将液压泵6的转速和转矩反馈给第一变频器2；通过第一变频器2即可以实现对异步电动机3的转速和转矩的控制（即，第一变频器2接受到液压泵6的转速和转矩信息后，再根据实验的要求，针对异步电动机3进行相应的转速和转矩调整，再通过对异步电动机3的转速和转矩的调整，控制液压泵6的转速和转矩，通过相应的调整，可以增加实验数据的准确性）。

4、液压油依次通过单向阀73、马达进出口流量计78和换向阀79（换向阀79控制液压油的流向，通过液压油的流向控制，就可以控制液压马达8的转动方向）后，进入液压马达8中，并带动液压马达8转动，通过液压马达8将液压能转换为机械能。

5、液压马达8通过联轴器带动异步发电机11转动，异步发电机11将机械能转换为电能。

6、异步发电机11产生的交流电进入第二变频器12内，第二变频器12将交流电转化为直流电，并将直流电通过共直流母线传输到第一变频器2内（由于第二变频器12内的整流器是不可逆的，所以通过第二变频器12的逆变器转换后的直流电没有回到电网1，而是将通过共直流母线传输到第一变频器2内），第一变频器2又将直流电逆变为可控交流电，驱动异步电动机3。

第二转速转矩传感器7将液压马达8的转速和转矩反馈给第二变频器12，通过第二变频器12，对异步发电机11的转速和转矩进行控制，再通过异步发电机11经联轴器对液压马达8进行控制。第二变频器12为直接转矩控制变频器，能够直接改变异步发电机11的转矩，即改变液压马达8的阻力矩，即改变液压***的负载，实现对液压泵6的加载。

7、通过比例溢流阀74调定***压力，压力表76可读出当前***压力，温度计77读出当前的油温，流量计78读出液压泵6的流量，从而获得液压泵6的性能参数。

工控二：

该试验台做液压马达试验（液压泵6为标准泵，液压马达8为被测马达）：

比例溢流阀74调节液压泵6的出口压力，安全阀75设定液压泵6的最高压力，通过压力表76读出液压泵6的出口压力值，通过温度计77读出液压泵6的出油温度，通过马达进出口流量计78读出液压马达8的进口流量，通过换向阀79实现液压马达8的换向，通过马达泄漏流量计711读出液压马达8的泄漏流量。第二变频器12控制异步发电机11的转矩，实现对液压马达8的加载。步骤如下：

1、通过电网1，第一变频器2通电；第一变频器2输出频率可控的交流电为异步电动机3供电。异步电动机3将电能转换为机械能。

2、异步电动机3通过联轴器带动液压泵6转动，液压泵6将机械能转换为液压能。第一变频器2通过控制异步电动机3的转速，间接的控制液压泵6的转速，通过液压泵6为本发明的带能量回收液压泵马达试验台中的液压***供油。

3、第一转速转矩传感器5检测到液压泵6的转速和转矩，并将液压泵6的转速和转矩反馈给第一变频器2；通过第一变频器2即可以实现对异步电动机3的转速和转矩控制。

4、液压油依次通过单向阀73、马达进出口流量计78和换向阀79（换向阀79控制液压油的流向，通过液压油的流向控制，就可以控制液压马达8的转动方向）后，进入液压马达8中，并带动液压马达8转动，通过液压马达8将液压能转换为机械能。

5、液压马达8通过联轴器带动异步发电机11转动（异步发电机11将机械能转换为电能）。

6、异步发电机11工作在发电状态，发出的交流电进入第二变频器12内，通过第二变频器12与第一变频器2的共直流母线将电能传递给第一变频器2，在共直流母线上的电为直流电，第一变频器2又将这直流电逆变为可控交流电，驱动异步电动机3。

7、第二转速转矩传感器7将液压马达8的转速和转矩反馈给第二变频器12，实现对液压马达8转速和转矩的控制。第二变频器12为直接转矩控制变频器，能够直接改变异步发电机11的转矩，即改变液压马达8的阻力矩，实现了对液压马达8的加载。

通过比例溢流阀74调定***压力，压力表76可读出当前***压力，温度计77读出当前油温，流量计78读出液压泵6的流量，马达泄漏流量计711测出液压马达8的泄漏流量，从而获得液压马达8的性能数据。

以上所述的工控一和工控二中，当对图1中的液压马达8加载时，液压测试装置的负载会增大，异步电动机3的输入功率会增大，同时，增大液压马达8的负载，即增大异步发电机11的输入转矩，使得异步发电机11的发电功率增大。

根据工控一和工控二所获得的试验数据得出本发明的带能量回收液压泵马达试验台的异步电动机输入功率、液压泵输出功率、液压马达输出功率以及异步发电机发电功率在时间上一一对应，不存在超前或滞后（如图2所示）。本发明的带能量回收液压泵马达试验台的液压***结构简单，能量传递速度快，近似于时间上的一致。

本发明的带能量回收液压泵马达试验台通过增加了能量回收装置，可以避免现有的技术中因加载（加载的时候，会有一部分能量转化为热能）而造成的能量损失，并通过能量回收装置回收加载所用的能量，达到节能的目的，减少了实验平台的发热。

本发明的带能量回收液压泵马达试验台通过第二变频器控制异步发电机代替加载马达（即通过第二变频器控制的异步发电机为被测马达加载），同时，将异步发电机产生的交流电通过第二变频器转化为直流电，再通过共直流母线将直流电传递到第一变频器，再由第一变频器将直流电逆变为交流电，供给异步电动机使用。通过这种方式，将以往的加载方式所消耗的能量回收利用，降低本发明的带能量回收液压泵马达试验台中的液压测试装置的发热功率。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.带能量回收液压泵马达试验台；其特征是：包括动力***、液压泵马达测试装置和能量回收装置；

所述动力***与液压泵马达测试装置相连接，所述液压泵马达测试装置与能量回收装置相连接，所述能量回收装置与动力***电连接。

2.根据权利要求1所述的带能量回收液压泵马达试验台，其特征是：所述动力***包括第一变频器（2）和异步电动机（3）；

所述液压测试装置包括液压泵（6）和液压马达（8）；所述能量回收装置包括异步发电机（11）和第二变频器（12）；

所述第一变频器（2）和异步电动机（3）电连接；所述异步电动机（3）和液压泵（6）相互连接，所述液压泵（6）与液压马达（8）之间通过液压油管道相连接；所述液压马达（8）和异步发电机（11）之间相互连接；所述异步发电机（11）和第二变频器（12）电连接，所述第二变频器（12）与第一变频器（2）电连接。

3.根据权利要求2所述的带能量回收液压泵马达试验台，其特征是：所述液压泵（6）与液压马达（8）之间的液压油管道上依次设置有比例溢流阀（74）、安全阀（75）、压力表（76）、温度计（77）马达进出口流量计（78）和换向阀（79）。

4.根据权利要求3所述的带能量回收液压泵马达试验台，其特征是：所述液压马达（8）的泄油口上设置有马达泄漏流量计（711）。

5.根据权利要求4所述的带能量回收液压泵马达试验台，其特征是：所述异步电动机（3）与液压泵（6）之间设置有第一转速转矩传感器（5），液压马达（8）与异步发电机（11）之间设置有第二转速转矩传感器（7）；

所述第一转速转矩传感器（5）与第一变频器（2）信号连接；所述第二转速转矩传感器（7）与第二变频器（12）信号连接。

6.根据权利要求5所述的带能量回收液压泵马达试验台，其特征是：所述异步电动机（3）通过联轴器设置第一转速转矩传感器（5），第一转速转矩传感器（5）再通过另外一个联轴器与液压泵（6）相连接；

所述液压马达（8）通过再一个联轴器设置第二转速转矩传感器（7），第二转速转矩传感器（7）再通过再另外一个联轴器与异步发电机（11）相连接。

7.根据权利要求6所述的带能量回收液压泵马达试验台，其特征是：所述第一变频器（2）为V/F控制变频器；所述第二变频器（12）为直接转矩控制变频器。

8.根据权利要求7所述的带能量回收液压泵马达试验台，其特征是：所述第一变频器（2）和第二变频器（12）之间通过共直流母线相互连接。

9.带能量回收液压泵马达试验台的使用方法，其特征是：第一变频器（2）和第二变频器（12）均外接电网（1），通过电网（1）向第一变频器（2）和第二变频器（12）供电；

第一变频器（2）为异步电动机（3）供电，异步电动机（3）将电能转化为机械能；

由异步电动机（3）带动液压泵（6）转动，液压泵（6）将机械能转化为液压能；

液压泵（6）带动液压马达（8）转动，液压马达（8）将液压能转化为机械能；

液压马达（8）带动异步发电机（11）转动，异步发电机（11）将机械能转化为电能；

第二变频器（12）将异步发电机（11）产生的交流电转化为直流电，再将直流电通过共直流母线传输到第一变频器（2）中，由第一变频器（2）再驱动异步电动机（3），再通过异步电动机（3）驱动液压泵（6）。

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