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力学类试验设备

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高频垂直水平振动台

高频垂直水平振动台

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★电动振动系统性能介绍 ★
1.振动试验的作用:
环境应力筛选 (ESS) 对剔除产品潜在的缺陷极为有效,在研制阶段 ,成为寻找产品设计缺陷实现可靠性增长的法宝; 在生产阶段 ,成为降低生产成本、产品创优的重要手段。
在产品的开发和生产期间将应用ESS项目,能够极大地改善产品的可靠性以及减少维修上的花费。在开发期间应用ESS能够很大程度上节省测试时间和花费,从而消除或减少测试之前的隐藏的缺陷。对于生产者来说其益处包括:洞察产品或工艺中的可靠性问题,以便从产品和工艺中消除可靠性问题,降低生产成本节约资源。 
振动试验是环境应力筛选的组成部分,是一种行之有效的提高产品可靠性的试验方法,还可用于产品的疲劳试验,以进行产品的寿命考核。
我方提供给贵公司的电动振动试验系统能实现贵公司的生产测试,同时保证满足贵公司提出的试验指标要求。整套系统保护功能齐全,能最大限度保护人体不受辐射伤害,对受试产品及周围高精度仪器仪表无不良影响,系统具有长时间满功率运行能力、可靠性高。

  3. 振动系统组成
ET-160-590电动振动台 DA-160开关式功率放大器 VR原装进口四通道数字振动控制仪
DL加速度传感器 CU-2冷却单元  
 
★ 技术说明 ★
 电动振动台部分
4. 设备组成
序号 主  要  配  置 数量
1 台体  
  ET-160-590振动发生器 1
  CU-2冷却单元 1
2 功放  
  DA-160数字式开关功率放大器(由进口IGBT模块组成) 1
3 控制仪  
  VR进口四通道数字式振动控制器 1
  DELL品牌计算机 1
  HP激光打印机 1
  单向压电式加速度传感器(含传感器线) 4
 
                    产品优势、特点
1、 振动台和功率放大器实现最佳阻抗匹配,确保额定随机和正弦出力比的最大化。
2、 台体与功放采用直接耦合方式,低频性能好。
3、 轴向共振频率高,工作频率范围宽。
4、 静、动态载荷平衡自动控制技术,保证了振动台的额定位移。
5、 完善的保护措施,系统安全可靠。
6、 高低励磁切换,系统节能,提高冲击能力。
7、 系统指标全面满足国家JJG948/1999标准。 
8、 建立了完善的电磁学、机械力学和流体动力学的数值仿真流程,综合提高产品的可靠性及性能指标
1)动圈结构
动圈骨架各部分的质量和刚度合理地分配,并采用高强度航天材料,增强了动圈的刚度和强度,增加了动圈的可靠性与使用寿命,提高了动圈的一阶轴向共振频率。创新的动圈引线结构设计,克服了同类产品可靠性差的设计缺陷。
无骨架动圈:由于省去动圈骨架,活动系统重量轻,空载加速度大,动圈一阶自振频率高,从而使全频带波形畸变小,动圈散热好;
驱动线圈: 独创的一整套动圈力学模型及动圈一阶轴向共振频率计算公式,合理分配动圈骨架结构的质量及刚度;采用高强度航天材料和新结构、工艺,增强了动圈的刚度和强度,增加了动圈的可靠性与使用寿命,提高了动圈的一阶轴向共振频率。
动圈结构
 2)励磁线圈
① 磁线圈绕组采用了双盘式叠片绕组的新结构,保证了励磁线圈绕组冷却的均匀性,提高了冷却效果;免除了中间焊接头,工艺性好,提高了绕组的可靠性。
② 采用了创新结构设计,攻克了励磁线圈电化学腐蚀的技术关键,提高了励磁绕组的工作寿命。
③ 为了减少发热,延长励磁线圈的使用寿命和节约能源,当振动台在小推力(低于12吨推力)工作时,励磁电压可切换到144V(第二档)工作(第一档为250V)此外采用第二档励磁供电有利于提高振动台的冲击能力。
④ 振动台励磁采用了创新的设计思想,从而减少了励磁功率。另励磁线圈采用了树脂整体浇注结构,使励磁线圈不受潮气的侵蚀,延长了励磁线圈的使用寿命。
 
励磁线圈整体树脂浇注
 

l 励磁线圈组件:两个励磁线圈组件分别安放在台体的上下空腔中,线圈采用了电路串联、水路并联的双盘式叠片绕组结构, (应用专利ZL200520075361.9) 见图3;减少中间焊接头,降低安全隐患;
               
 
3)导向机构:
研制了新型的复合导向系统:上导向由新研发的8组隔振摇臂滚杆机构和4组增强导轮机构组成,下部导向由高精密度、高强度轴承承担,导向刚度大、精度高、寿命长。耐疲劳的进口静压轴承。连续的正弦位移可达51mm(P-P),冲击试验的最大位移60mm,最大位移指标超过了国际名牌厂家的同类产品。不仅提高了性能,更提高了导向系统的可靠性和寿命;
4) 动圈的弹性悬挂是由两组U型弹簧来实现的。
载荷支撑由励磁内部和外部的空气弹簧组成的复合载荷支撑系统实现。内部载荷空气弹簧优点是气密性好,工作中无须补气,缺点是承载能力受铁心尺寸限制,承载能力小。外部载荷空气弹簧优点是承载能力大,缺点是不能完全密封,所以工作中必须实时补气,但在补气时会随之带来烦人的气泵噪声。采用这种复合的载荷支撑系统,不仅可以大大提高振动台的承载能力,更大的优点是:当振动台在小载荷工作时(≤1000kg),可只用磁体内部的载荷空气弹簧承载,外载荷空气弹簧可以不予充气承载。这样就免除了补气时的气泵噪声,减少了噪声对人体的损害;
 
4.1)台体隔振系统:
采用了进口空气耳轴隔振系统,隔振效果好,调整方便。垂直位置3Hz左右,水平位置2Hz左右。
4.2) 台体底座、支架采用了铸铁件,强度高、刚性好、造型美观。
5)短路环的冷却方案:
独创的驱动线圈绕组并联冷却结构和驱动线圈绕制、焊接工艺,独创了内外短路环并联冷却结构,冷却长度仅为欧美国家同类产品短路环冷却长度的1/4,显著提高了冷却效果。
内外短路环并联冷
 
 
 DA-160型(160kVA)开关功率放大器特点如下:
东菱公司研制生产的DA系列开关功率放大器由逻辑模块和功率模块组成,具有结构紧凑、配置灵活、高效节能、稳定可靠、体积小重量轻、便于安装和维修、输出电压高、信噪比大、操作方便等突出优点。保护功能:励磁水流量、励磁水压力、励磁水温度、动圈水温、动圈水压力、动圈水流量、输出过压、输出过流、过位移、滑台油压、时序保护、电网过压、电网欠压、电网缺相、控制电源、门开关、外部联锁等。关键元件全部由美国摩托罗拉公司,美国仙童半导体公司,日本三菱等世界知名公司供货,质量可靠保证。
 DA系列功率模块,不但具有高质量的功率输出与优良的抗干扰能力,更可以进一步节省后续维护的人力、物力。经过精心设计的功率因数调整电路,配合内部使用功率IGBT模块的变频切换方式与优良的补偿电路的设计,并运用正弦移相脉宽调制技术,不但使电力设备上最重要的散热能力与可靠度大幅度提高,更具备了低输出干扰、低电流谐波、高效率、高功率因数等优良特性。而宽达±30%的交流电压工作范围,更使DA系列功率模块可适应各种的工作环境。在突破保护(防雷击)与电磁兼容性方面更是胜人一筹。DA系列功率模块的各种运作,使其具有操作与故障状态的自我检测,各种输入与输出异常状态的保护与告警,以及高稳定度的输出。逻辑模块内置的电子均流电路使得多个模块可直接并联,无须外加均流电路。电子自动均流技术,并联均流不平衡度≤3%
本发明涉及一种振动台功放自动均流方法及装置,其具体为:在控制仪单元和功放单元之间设置数字调制模块;在功放单元中设置若干电流采样电路,分别用以检测功放单元中各功放模块输出的支路电流,并将支路电流信号反馈给相应的功放模块;功放单元将输出的总电流信号反馈至数字调节模块,数字调制模块藉其求得均值电流信号,同时数字调制模块接收并对控制仪单元的输出信号进行PWM数字调制,其后将PWM数字调制后的信号和均值电流信号发送给各功放模块;各功放模块将均值电流信号和支路电流信号进行比较,调整各功放模块PWM波形的输出。
IGBT和MOS管的性能比较
发展历史
    IGBT是一种集双极型晶体管(BJT)的大电流密度和MOSFET等电压激励场控型器件优点于一身的高压高速新型半导体器件。
1979年,MOS功率开关器件作为IGBT概念的先驱即已被介绍到世间。 
80年代初期,用于功率MOSFET制造技术的DMOS(双扩散形成的金属-氧化物-半导体)工艺被采用到IGBT中来。
近几年,IGBT功率模块大力发展为少子器件,采用IC驱动,拥有了各种驱动保护电路,使其进一步成为发展的主流。
    IGBT,它不但具有非常好的导通特性,而且也具有功率MOSFET的许多特性,如容易驱动,安全工作区宽,峰值电流大,坚固耐用等,一般来讲,IGBT的导通特性并不受工作电压的影响。由于IGBT内部不存在反向二极管,用户可以灵活选用外接恢复二极管。
性能优势
(1)IGBT输入阻抗高,栅极驱动功率小,驱动电路简单;
(2)IGBT开关速度快,关闭时间短;
(3)IGBT峰值电流大,坚固耐用。同时IGBT使用元器件较为简练,大大降低了设备的故障率,且维修方便快捷。
(4)IGBT自身具有过流保护功能,它是通过检测IGBT的导通压降来实施保护。
(5)IGBT安全工作区大,在使用中不易损坏。与MOSFET比较,IGBT的电流密度大(一般为MOSFET的10倍),开通电阻小(一般不大于MOSFET的RDS(on)的10%),饱和电压降低。
(6)IGBT是MOSFET和GTR的达林顿连接。MOSFET是单极型器件,GTR是双极型器件。所以IGBT是混合型器件。IGBT的输入特性与MOSFET一样,输出特性与GTR一样。IGBT和MOSFET都是电压驱动型器件。他们可以用同样的驱动电路。由于GTR的特点是功率容量(电流耐力和电压耐力)大,开关速度慢。而MOSFET的特点是,功率容量小,开关速度快。而IGBT的特点是介于二者之间的。就是说IGBT的特点是功率容量较大,开关速度较快,能力比较综合。
(7)正弦脉冲宽度倍频调制技术
采用正弦脉冲宽度倍频调制(SPWDM)技术,噪信比高,波形失真小。
(8)纳米晶材料在开关功率放大器中的应用
使用铁基超微晶材料作为变压器铁芯材料,使功率放大器滤波器性能有了很大的提高。
(9)超宽电源设计适应恶劣工作环境
(10)高速短路保护技术
(11)积木式结构,模块化设计,互换性强。
综述,IGBT作为电力电子系统的一种关键的电力半导体器件,已在电力电子装置和设备实现了更高的效率,更高的开关频率和功率变换装置小型化的设计,随着性能不断提升,IGBT器件的应用领域已经扩展到更宽的范围,不仅在工业中,而且在许多其他功率变换系统中,它已经取代了大功率双极晶体管(GTR)、功率MOS场效应管(MOSFET),甚至出现替代门关断晶闸管(GTO)的现实趋势。
(12)结合本行业的生产特点,功率模块采用了批量生产,运用自动化焊接,避免了人为因素而造成的故障点。

(13)全部功率模块都进行老化试验,使由于元器件的早期故障而引发的系统故障及时暴露,能在工厂就能发现。
      
功放模块老化试验设备              模块测试及变压器测试设备
 
MPCS自动对中控制装置
动圈平衡位置自动对中装置(MPCS-2型自动对中装置)。这种动圈平衡位置对中装置是一种与外载荷空气弹簧配用的对其内部气压进行自动调节和对功率放大器产生的直流偏置电流进行自动调节的复合控制系统装置。它是用来保持动圈平衡位置经常处于中心平衡位置的一种自动对中装置,又称自动对中系统。
目前,国际上按其工作原理分,通常有两种自动对中系统,一种是MCS(Magnetic Centering System)自动对中系统,它是以电涡流传感器作为中心位置敏感元件的磁悬浮对中系统;另一种是OPCS(Optical and Pneumatic Centering System)自动对中系统,它是以光电传感器为中心位置敏感元件的气悬浮自动对中系统。由于这两种自动对中系统在低频大位移时不能很好地满足对中要求。所以,东菱公司创新了设计,研制成功了一种新型的MPCS-2(Magnetic and Pneumatic Centering System)自动对中系统,它是以电涡流传感器作为中心位置敏感元件的磁悬浮与气悬浮相结合的自动对中装置,能够有效地解决系统运行过程中动圈中心位置的漂移问题,以确保动圈在其中心平衡位置附近作大位移振动。 
 
●性能参数及指标
◆最低温度:-10ºC      
◆最高温度:75ºC      
◆最大湿度:小于70%
◆PCS控制状态下稳态误差≤2mm
◆MCS控制状态下稳态误差≤2mm
◆使用频率范围:0~3Hz
在MPCS-2型自动对中装置工作时,气对中和磁对中两种功能同时作用,相辅相成,共同实现对振动台动圈平衡位置的自动对中控制。

电动翻转机构
振动台体翻转机构采用链轮和内藏式减速机及减速电机组合翻转机构。结构紧凑,翻转自如。减速电机采用力矩电机,具有防抱死功能,避免了电机的烧毁,并设有连续翻转和点动翻转。 
 
LTB系列静压轴承导向水平滑台概述
为了用户的试件作水平方向的振动试验,我公司研制了LTB系列静压轴承导向水平滑台,可与本公司生产的ES系列电动振动台配套使用。该水平滑台有较大的加速度和较高的工作频率,配套两者共享一个机座(整体式),因而刚度好,安装调试方便。由于采用LTB系列静压轴承导向,故导向性能好,抗倾覆和抗偏载能力强。适用于测试大负载试件,采用低压供油泵,结构简单、操作方便、工作可靠。
工作原理和结构
水平滑台采用静压轴承导向活动系统,其油源经滤油器进入压力调节阀进行调压(出厂前已调整好),后经装有节流器的水平导轨及花岗石平板上,并与工作台面形成油膜,具有一定的承载能力,然后通过振动台的激振力传递,使水平滑台进行工作,而产生水平方向的振动。
    LTB液体静压轴承水平滑台由连接头、水平滑台(工作台面)、花岗岩平板、水平滑台机座、斜导轨导向装置、静压油源组成,水平滑台示意图如下:

设备主要技术参数:
ET-160-590台体参数
额定正弦激振力(peak): 160 kN
额定随机激振力(rms): 160 kN
冲击激振力(peak) 320 kN
频率范围: 2~2200 Hz
最大位移(p-p): 51 mm
最大速度: 2m/s
最大加速度: 1000 m/s2
一阶谐振频率: 1800 Hz±5%
最大负载: 1600 kg
隔振频率: 2.5 Hz
工作台面直径: Ф590mm
运动部件等效质量: 140kg
台面螺钉: 25×M12
漏磁 <1.0 mT
台体尺寸L×W×H: 2100mm×1430mm×1520mm(垂直台)
台体重量(kg) 约11000Kg
DA-160功放参数
输出功率 160kVA
输出电压: 100V
输出电流: 1600A
输入阻抗: ≥10kΩ
信噪比: ≥65dB
谐波失真(电阻负载): <1.0%
输出电压测量误差: ≤5%
输出电流测量误差: ≤5%
输出电流波峰系数: ≥3
频响5-3500Hz: ±3dB
中频增益: ≥90
DC-AC转换效率 >90%
负载性质: 阻性,容性,感性任意
并机均流不平衡度: ≤3%
平均无故障工作时间(MTBF): >3000小时
系统保护: 温度、风压、过位移、过电压、过电流、输入欠压、外部故障、控制电源、逻辑故障、输入缺相等
CU-2冷却风机参数
内循环水(蒸馏水)流量: 80L/min
内循环水(蒸馏水)压力: 1MPa
外循环水(蒸馏水)流量: 160 L/min
内循环水(蒸馏水)压力: 0.25—0.4MPa
蒸馏水要求 水硬度30ppm,PH7—8,导电率1Us/cm
VR进口四通道数字式振动控制仪
基本功能: 正弦、随机、经典冲击、谐振搜索与驻留
正弦加随机、随机加随机
配置:  DELL品牌机一套
HP激光打印机
使用说明书
系统工作环境要求:
湿度: 0~90% (不结露)
电源要求: 380V/50Hz,3相,230kVA
压缩空气要求: 0.6Mpa
LTB2525水平滑台
材料: 铝合金
台面尺寸(mm): 2500×2500
上限使用频率(Hz): 1000
重量(kg): 约1000
 

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