一种超高速交流发电机高速测试系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供的一种超高速交流发电机高速测试系统及其控制方法，包括空气压缩机、冲压涡轮、单向节流阀、示波器、单片机，所述冲压涡轮与高速发电机转子连接驱动转子旋转，示波器测试出发电机定子电压的频率并换算为发电机转子转速，最后将转子转速信号反馈给单片机并与期望转速进行比较，根据比较结果对单相节流阀进行调节。本控制系统结构简单、成本较低以及自动化程度高，通过本发明专利技术的控制方法可以使得试验台转速较为容易且准确的达到期望转速。

A High Speed Testing System for Ultra High Speed Alternator and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种超高速交流发电机高速测试系统及其控制方法
本专利技术涉及一种超高速交流发电机高速测试系统及其控制方法。
技术介绍
从百年前的飞机、汽车和电话通讯到半世纪前的电子放大器和模拟计算机；从二战期间的雷达和火炮防空网到冷战时期的卫星导弹和数字计算机；从六十年代的登月飞船到现代的航天飞机、宇宙和星球探测器，这些著名的人类科技专利技术直接催生和发展了自动控制技术。源于实践、服务于实践，在实践中升华。经过千百年的提炼，尤其是近半个世纪工业的实践的普遍应用，自动控制技术已经成为人类科技文明的重要组成部分。随着新型制造业的兴起和网络信息技术的进步，自动控制技术的发展和应用将将进入一个全新的时代。同样，自动控制技术也逐步的应用到高速发电机试验台中，实现冲压涡轮直接驱动超高速交流发电机(以下简称电机)以到达工业智能化标准。电机的额定转速范围90000r/min～125000r/min，电机输出性能满足：输出线电压有效值0～54V正弦交流电，额定状态下电机相间电压不平衡不大于1V；电机额定功率不小于800W，电机输出三相电经电源变换器整流为28.5V后，额定输出电流23A，瞬时输出电流33A(不大于1s)；稳态特性：电机经电源变换器输出直流平均电压范围28.5±1V，脉动幅度值不大于1V；瞬态特性：突加或突卸负载时，满足《GJB181B-2012》图12直流系统正常电压瞬变包络线的要求。该电机具有体积小、转速高、功率密度大的特点。电机在发动机指定转速范围内，其产生电能经电源变换器整流稳压后，为发动机和弹上用电设备供电。鉴于电机的特殊用途，在测试时对测试台的精度有较高的要求，试验台主要用于超高速交流发电机在13.8万转时的输出性能测试，能在规定的时间内保持转速和扭矩的稳定。国内尚无现成的14万转超高速发电机试验台，本专利技术专利主要对试验台控制系统方法进行设计。现有的控制方法主要存在以下几个问题：1、控制方式复杂，增加工作人员操作难度；2、控制方式的精度较低，导致电机测试结构偏离实际；3、尚未考虑到制造控制电路成本，不满足经济性要求；4、尚未实现控制电路的智能化，当收到信号时主要由人工进行操作，自动化程度较低。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种超高速交流发电机高速测试系统及其控制方法。本专利技术通过以下技术方案得以实现。本专利技术提供的一种超高速交流发电机高速测试系统及其控制方法，包括空气压缩机、冲压涡轮、单向节流阀、示波器、单片机，所述冲压涡轮与高速发电机转子连接驱动转子旋转，示波器测试出发电机定子电压的频率并换算为发电机转子转速，最后将转子转速信号反馈给单片机并与期望转速进行比较，根据比较结果对单相节流阀进行调节。所述冲压涡轮进气管道上还安装有流量计和压力表。所述单片机型号为STC89C51RC-DIP。所述压力表量程为0～1.6MPa。所述流量计量程为0～50L/min。6、一种超高速交流发电机用测试台的控制方法，包括以下步骤：a、启动，空压机向冲压涡轮输入压缩空气驱动发电机转子旋转；b、单片机发出指令调节节流阀开关；c、示波器测量发电机定子频率；d、单片机将定子频率转换为转速N，并根据转速精度ε调节或固定节流阀进行测试；e、测试周期t后，再次确认转速精度。所述步骤d中单片机将定子频率转换为转速的计算公式为：N(t)＝60f(t)/p式中，f(t)为t时刻电机的频率，p为电机的极对数。所述步骤d单片机计算转速精度ε为：ε＝[N(t)-N]/N式中，E(t)为t时刻电机的转速，N为期望转速，取±1％。所述步骤d中调节或固定节流阀的条件为转速精度ε是否达到±1％。本专利技术的有益效果在于：高压输气管道上装单相节流阀、流量计、压力表以便对空气流量进行实时监控和控制，高压气体带动涡轮增压器作高速旋转，同时直接连接在增压器涡轮上的发电机转子作高速旋转，测试出发电机定子电压的频率并换算为发电机转子转速，最后将转子转速信号反馈给单片机并与期望转速进行比较，根据比较结果对单相节流阀进行调节，最终达到期望转速。该控制系统结构简单、成本较低以及自动化程度高，通过本专利技术的控制方法可以使得试验台转速较为容易且准确的达到期望转速。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的控制流程图；具体实施方式下面进一步描述本专利技术的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。一种超高速交流发电机高速测试系统及其控制方法，包括空气压缩机、冲压涡轮、单向节流阀、示波器、单片机，所述冲压涡轮与高速发电机转子连接驱动转子旋转，示波器测试出发电机定子电压的频率并换算为发电机转子转速，最后将转子转速信号反馈给单片机并与期望转速进行比较，根据比较结果对单相节流阀进行调节。所述冲压涡轮进气管道上还安装有流量计和压力表。所述单片机型号为STC89C51RC-DIP。所述压力表量程为0～1.6MPa。所述流量计量程为0～50L/min。一种超高速交流发电机用测试台的控制方法，包括以下步骤：a、启动，空压机向冲压涡轮输入压缩空气驱动发电机转子旋转；b、单片机发出指令调节节流阀开关；c、示波器测量发电机定子频率；d、单片机将定子频率转换为转速N，并根据转速精度ε调节或固定节流阀进行测试；e、测试周期t后，再次确认转速精度。所述步骤d中单片机将定子频率转换为转速的计算公式为：N(t)＝60f(t)/p式中，f(t)为t时刻电机的频率，p为电机的极对数。所述步骤d单片机计算转速精度ε为：ε＝[N(t)-N]/N式中，E(t)为t时刻电机的转速，N为期望转速，取±1％。所述步骤d中调节或固定节流阀的条件为转速精度ε是否达到±1％。本专利技术提供的一种用于超高速交流发电机高速测试台的控制方法，在保证控制精度前提下，实现高速电机试验台转速控制的智能化。其主要原理是：基于反馈原理建立自动控制系统，通过比较系统输出与期望输出之间的偏差，并减小偏差以获得预期输出。具体表现为：首先空气压缩机将空气压缩后存储在储气罐中，储气罐中的高压空气通过管道输送给冲压涡轮，在高压输气管道上装单相节流阀、流量计、压力表以便对空气流量进行实时监控和控制，高压气体带动涡轮增压器作高速旋转，同时直接连接在增压器涡轮上的发电机转子作高速旋转，测试出发电机定子电压的频率并换算为发电机转子转速，最后将转子转速信号反馈给单片机并与期望转速进行比较，根据比较结果对单相节流阀进行调节，最终达到期望转速。该控制系统结构简单、成本较低以及自动化程度高，通过本专利技术的控制方法可以使得试验台转速较为容易且准确的达到期望转速，实现试验台控制系统的智能化。同时本文所提控制方法为高速电机试验台系统控制提供了一定的理论支撑，也给试验台控制系统设计提供了新的思路。首先空气压缩机将空气压缩后存储在储气罐中，将高压空气通过管道输送给冲压涡轮，该管道上装有单相节流阀、流量计、压力表以便对空气流量进行实时监控和控制，然后高压气体带动涡轮增压器作高速旋转，同时直接连接在涡轮增压器的涡轮上的发电机转子作高速旋转，测试出发电机定子电压的频率并换算为发电机转子转速，最后将转子转速信号反馈给单片机并与期望转速进行比较，根据比较结果对单相节流阀进行调节，最终达到指定转速。控制系统的选择主要有开环控制和闭环控制两种方式，开环控制也即无反馈信息的系统控制方式当操作者启动系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高速交流发电机高速测试系统，其特征在于：包括空气压缩机、冲压涡轮、单向节流阀、示波器、单片机，所述冲压涡轮与高速发电机转子连接驱动转子旋转，示波器测试出发电机定子电压的频率并换算为发电机转子转速，最后将转子转速信号反馈给单片机并与期望转速进行比较，根据比较结果对单相节流阀进行调节。

【技术特征摘要】
1.一种超高速交流发电机高速测试系统，其特征在于：包括空气压缩机、冲压涡轮、单向节流阀、示波器、单片机，所述冲压涡轮与高速发电机转子连接驱动转子旋转，示波器测试出发电机定子电压的频率并换算为发电机转子转速，最后将转子转速信号反馈给单片机并与期望转速进行比较，根据比较结果对单相节流阀进行调节。2.如权利要求1所述的超高速交流发电机高速测试系统，其特征在于：所述冲压涡轮进气管道上还安装有流量计和压力表。3.如权利要求1所述的超高速交流发电机高速测试系统，其特征在于：所述单片机型号为STC89C51RC-DIP。4.如权利要求2所述的超高速交流发电机高速测试系统，其特征在于：所述压力表量程为0～1.6MPa。5.如权利要求2所述的超高速交流发电机高速测试系统，其特征在于：所述流量计量程为0～50L/min。6.一种超高速交流发电机用测试台的控制方法，包括以下步骤：a、启...

【专利技术属性】
技术研发人员：张登平，陈强，施道龙，卓亮，任德江，
申请(专利权)人：贵州航天林泉电机有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52