CN111024389A - 一种带电能回馈的谐波减速器负载测试设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种带电能回馈的谐波减速器负载测试设备及方法，该负载测试设备包括测试驱动电机、负载发电机以及电能提供模块，所述测试驱动电机和负载发电机通过联轴器连接在待测的谐波减速器的两侧；所述电能提供模块包括外接电能模块和回收电能模块，所述回收电能模块包括直流母线、电机逆变电路和电机整流电路，所述电机逆变电路连接在测试驱动电机与直流母线之间，所述电机整流电路连接在负载发电机与直流母线之间；所述外接电能模块包括外接电源和电源整流电路，所述电源整流电路连接在外接电源与直流母线之间。本发明利用负载电机转动转换为电能，并将转换的电能供给驱动电机使用，从而达到节能、降低测试成本的目的。
Description
技术领域
本发明涉及谐波减速器测试技术，具体涉及一种带电能回馈的谐波减速器负载测试设备及方法。
背景技术
谐波减速器具有体积小、传动比高、精度高等优点，已在机器人及军工领域广泛应用，是一种重要的传动部件。
在谐波减速器的设计验证中，需要进行负载测试及寿命测试，以验证其质量和性能。现有的测试方法是将驱动电机与谐波减速器同轴连接，提供转动力，然后在谐波减速器的输出端接入负载电机或其它可调负载，将输出端的机械能消耗在阻力设备或制动电阻上，其中，谐波减速器的寿命试验需要对其进行不少于500小时的连续负载试验。很明显，上述测试方法会浪费大量电能，既不节能又不经济，大大增加测试成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种带电能回馈的谐波减速器负载测试设备，该负载测试设备利用负载电机转动转换为电能，并将转换的电能供给驱动电机使用，从而达到节能、降低测试成本的目的。
本发明的另一个目的在于提供一种带电能回馈的谐波减速器负载测试方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种带电能回馈的谐波减速器负载测试设备，包括测试驱动电机、负载发电机以及电能提供模块，所述测试驱动电机和负载发电机通过联轴器连接在待测的谐波减速器的两侧；所述电能提供模块包括外接电能模块和回收电能模块，所述回收电能模块包括直流母线、电机逆流电路和电机整流电路，所述电机逆流电路连接在测试驱动电机与直流母线之间，所述电机整流电路连接在负载发电机与直流母线之间；所述外接电能模块包括外接电源和电源整流电路，所述电源整流电路连接在外接电源与直流母线之间；
在测试过程中，测试驱动电机利用外接入的电源和负载发电机产生的回收电源驱动谐波减速器和负载发电机运转。
上述负载测试设备的工作原理是：
以电机对拖的方式进行谐波减速器测试，通过调节负载发电机的转速来调整测试所需的加载。通过联轴器将待测的谐波减速器连接在测试驱动电机和负载发电机之间，接通所有电路，先接入外接电源，电源整流电路将输入的三相电源交流电整流成稳定的直流电，并通过直流母线输送至电机逆流电路，逆流成交流电后再通往测试驱动电机，测试驱动电机利用外接电源进行驱动，使得谐波减速器和负载发电机进入工作状态。
在工作状态下，谐波减速器带动负载发电机运转，对谐波减速器的负载能力进行测试。在负载发电机运转的过程中，将机械能转化为电能，通过电机整流电路将交流电整流成直流电，并输出到直流母线，再由直流母线将直流电输送至电机逆流电路上，由电机逆流电路将将直流电逆流成交流电，以供给测试驱动电机使用，这样在长时间的测试中，由负载发电机充当负载，不仅可以调节负载的大小，完成谐波减速器的性能测试，还能将转化为负载的能量回收，转化为电能，为测试驱动电机提供部分驱动电能，实现负载的能量回收，能量循环利用，从而达到节能减排、降低测试成本的效果。
本发明的一个优选方案，其中，所述外接电能模块还包括滤波电路，该滤波电路对外接电源进行处理，平滑外接电源的尖峰脉冲，降低谐波对测试驱动电机的影响。
本发明的一个优选方案，其中，所述负载发电机与谐波减速器之间设有升速箱，该升速箱由封闭在刚性箱体内的独立传动部件组成，用于将谐波减速器后端的转速提升，提高负载发电机的发电效率，其中，本升速箱的变比选型根据被测的谐波减速器的变比而定。
本发明的一个优选方案，其中，还包括电气控制模块和上位机控制模块。
优选地，所述电气控制模块包括PLC和扭矩转速传感器，所述PLC通过PROFINET与电机驱动单元进行通讯，从而控制驱动电机转动。通过闭环控制两台电机，实现控制整个对拖***的转速，同时调节转矩和负载，完成各种工况的测试需求。具体地，所述电机驱动单元由电机整流电路和电机逆流电路组成。
进一步，所述扭矩转速传感器有两个，其中一个安装在驱动电机与被测谐波减速器之间，用以测量输入扭矩转速；另外一个安装在被测谐波减速器输出端与升速箱之间，用来测量输出扭矩转速。扭矩传感器接入到plc以实现反馈。
优选地，所述上位机控制模块基于电脑开发的上位机程序，具有监控改设备硬件、数据追溯、报表导出功能。
优选地，所述上位机通过PROFINET与PLC进行通讯，通过PCI/PCIE数据采集板卡，采集扭矩转速传感器发生的数据作为反馈信号，从而得到电机的扭矩、转速信号。
一种带电能回馈的谐波减速器负载测试方法，包括以下步骤：
通过联轴器将待测的谐波减速器连接在测试驱动电机和负载发电机之间；
接通外接电源，电源整流电路将输入的三相电源交流电整流成稳定的直流电，并通过直流母线输送至电机逆流电路，逆流成交流电后通往测试驱动电机，测试驱动电机利用外接电源驱动谐波减速器和负载发电机进行运转；
负载发电机进行运转将负载的机械能转化为电能，通过电机整流电路将交流电整流成直流电，输出到直流母线，直流母线将直流电输送至电机逆流电路；电机逆流电路将将直流电逆流成交流电，供给测试驱动电机使用。
本发明的一个优选方案，其中，在外界电源接入直流母线之前，滤波电路对外接电源进行处理，平滑外接电源的尖峰脉冲，降低谐波对测试驱动电机的影响。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明中的负载测试设备中，以发电机充当负载，不仅可以调节负载的大小，完成谐波减速器的性能测试，还能将负载的能量回收，转化为电能，为测试驱动电机提供部分驱动电能，实现负载的能量回收，能量循环利用，从而达到节能减排、降低测试成本的效果。
附图说明
图1为本发明带电能回馈的谐波减速器负载测试设备的结构示意图。
图2为本发明的电机驱动单元的示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1-2，本实施例中的带电能回馈的谐波减速器负载测试设备，包括测试驱动电机、负载发电机、电能提供模块、电气控制模块以及上位机控制模块。所述测试驱动电机和负载发电机通过联轴器连接在待测的谐波减速器的两侧；所述电能提供模块包括外接电能模块和回收电能模块，所述回收电能模块包括直流母线、电机逆流电路和电机整流电路，所述电机逆流电路连接在测试驱动电机与直流母线之间，所述电机整流电路连接在负载发电机与直流母线之间；所述外接电能模块包括外接电源、电源整流电路(调节电源单元)和滤波电路(滤波单元)，所述滤波电路对外接电网的电源进行处理，平滑外接电源的尖峰脉冲，降低谐波对测试驱动电机的影响；所述电源整流电路连接在外接电源与直流母线之间。所述直流母线由铜排将外界电源安装连接在一起，形成直流公共母线(电压为400V)。
其中，所述测试驱动电机、负载发电机和谐波减速器通过工装夹具固定在测试平台(铸铁平台)上，减小电机的振动。在测试过程中，测试驱动电机利用外接入的电源和负载发电机产生的回收电源驱动谐波减速器和负载发电机运转。
具体地，所述电气控制模块包括PLC和扭矩转速传感器，所述PLC通过PROFINET与电机驱动单元进行通讯，从而控制驱动电机转动。通过闭环控制两台电机，实现控制整个对拖***的转速，同时调节转矩和负载，完成各种工况的测试需求。在本实施例中，所述电机驱动单元由电机整流电路和电机逆流电路组成，而且，测试驱动电机和负载发电机均设有电机驱动单元，用于交替切换交流电和直流电。
进一步，所述扭矩转速传感器安装于功率传动轴之间，用以测量驱动电机及负载发电机的转矩转速功率，扭矩传感器接入到plc以实现反馈。
所述上位机控制模块基于电脑开发的上位机程序，具有监控改设备硬件、数据追溯、报表导出功能。所述上位机通过PROFINET与PLC进行通讯，通过PCI/PCIE数据采集板卡，采集扭矩转速传感器发生的数据作为反馈信号，从而得到电机的扭矩、转速信号。
参见图1，所述负载发电机与谐波减速器之间设有升速箱，该升速箱由封闭在刚性箱体内的独立传动部件组成，用于将谐波减速器后端的转速提升，提高负载发电机的发电效率，其中，本升速箱的变比选型根据被测的谐波减速器的变比而定。
参见图1-2，本实施例中的负载测试设备的工作原理是：
以电机对拖的方式进行谐波减速器测试，通过调节负载发电机的转速来调整测试所需的加载，关于谐波减速器的具体的测试步骤可参考现有技术中的测试方法。通过联轴器将待测的谐波减速器连接在测试驱动电机和负载发电机之间，接通所有电路，先接入外接电源，电源整流电路将输入的三相电源交流电整流成稳定的直流电，并通过直流母线输送至电机逆流电路，逆流成交流电后再通往测试驱动电机，测试驱动电机利用外接电源进行驱动，使得谐波减速器和负载发电机进入工作状态。
在工作状态下，谐波减速器带动负载发电机运转，对谐波减速器的负载能力进行测试。在负载发电机运转的过程中，将机械能转化为电能，通过电机整流电路将交流电整流成直流电，并输出到直流母线，再由直流母线将直流电输送至电机逆流电路上，由电机逆流电路将将直流电逆流成交流电，以供给测试驱动电机使用，这样在长时间的测试中，由负载发电机充当负载，不仅可以调节负载的大小，完成谐波减速器的性能测试，还能将转化为负载的能量回收，转化为电能，为测试驱动电机提供部分驱动电能，实现负载的能量回收，能量循环利用，从而达到节能减排、降低测试成本的效果。
参见图1-2，本实施例中的带电能回馈的谐波减速器负载测试方法，包括以下步骤：
通过联轴器将待测的谐波减速器连接在测试驱动电机和负载发电机之间。在外界电源接入直流母线之前，滤波电路对外接电源进行处理，平滑外接电源的尖峰脉冲，降低谐波对测试驱动电机的影响。接通外接电源，电源整流电路将输入的三相电源交流电整流成稳定的直流电，并通过直流母线输送至电机逆流电路，逆流成交流电后通往测试驱动电机，测试驱动电机利用外接电源驱动谐波减速器和负载发电机进行运转。
负载发电机进行运转将负载的机械能转化为电能，通过电机整流电路将交流电整流成直流电，输出到直流母线，直流母线将直流电输送至电机逆流电路；电机逆流电路将将直流电逆流成交流电，供给测试驱动电机使用。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种带电能回馈的谐波减速器负载测试设备，其特征在于，包括测试驱动电机、负载发电机以及电能提供模块，所述测试驱动电机和负载发电机通过联轴器连接在待测的谐波减速器的两侧；所述电能提供模块包括外接电能模块和回收电能模块，所述回收电能模块包括直流母线、电机逆流电路和电机整流电路，所述电机逆流电路连接在测试驱动电机与直流母线之间，所述电机整流电路连接在负载发电机与直流母线之间；所述外接电能模块包括外接电源和电源整流电路，所述电源整流电路连接在外接电源与直流母线之间；
在测试过程中，测试驱动电机利用外接入的电源和负载发电机产生的回收电源驱动谐波减速器和负载发电机运转。
2.根据权利要求1所述的带电能回馈的谐波减速器负载测试设备，其特征在于，所述外接电能模块还包括滤波电路，该滤波电路对外接电源进行处理，平滑外接电源的尖峰脉冲，降低谐波对测试驱动电机的影响。
3.根据权利要求1所述的带电能回馈的谐波减速器负载测试设备，其特征在于，所述负载发电机与谐波减速器之间设有升速箱，该升速箱由封闭在刚性箱体内的独立传动部件组成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的带电能回馈的谐波减速器负载测试设备，其特征在于，还包括电气控制模块和上位机控制模块。
5.根据权利要求4所述的带电能回馈的谐波减速器负载测试设备，其特征在于，所述电气控制模块包括PLC和扭矩转速传感器，所述PLC通过PROFINET与电机驱动单元进行通讯，控制驱动电机转动。
6.根据权利要求5所述的带电能回馈的谐波减速器负载测试设备，其特征在于，所述扭矩转速传感器安装于功率传动轴之间，用以测量驱动电机及负载发电机的转矩转速功率，扭矩传感器接入到plc以实现反馈。
7.根据权利要求4所述的带电能回馈的谐波减速器负载测试设备，其特征在于，所述上位机控制模块基于电脑开发的上位机程序，具有监控改设备硬件、数据追溯、报表导出功能。
8.根据权利要求6所述的带电能回馈的谐波减速器负载测试设备，其特征在于，所述上位机通过PROFINET与PLC进行通讯，通过PCI/PCIE数据采集板卡，采集扭矩转速传感器发生的数据作为反馈信号，得到电机的扭矩、转速信号。
9.一种带电能回馈的谐波减速器负载测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过联轴器将待测的谐波减速器连接在测试驱动电机和负载发电机之间；
接通外接电源，电源整流电路将输入的三相电源交流电整流成稳定的直流电，并通过直流母线输送至电机逆流电路，逆流成交流电后通往测试驱动电机，测试驱动电机利用外接电源驱动谐波减速器和负载发电机进行运转；
负载发电机进行运转将负载的机械能转化为电能，通过电机整流电路将交流电整流成直流电，输出到直流母线，直流母线将直流电输送至电机逆流电路；电机逆流电路将将直流电逆流成交流电，供给测试驱动电机使用。
10.根据权利要求9所述的带电能回馈的谐波减速器负载测试方法，其特征在于，在外界电源接入直流母线之前，滤波电路对外接电源进行处理，平滑外接电源的尖峰脉冲，降低谐波对测试驱动电机的影响。
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