Стенд для обкатки и испытания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1983 года по МПК G01M15/00 

(5) СТЕНД ДЛЯ ОБКАТКИ И ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ : Изобретение относится к машиностроению. По основному авт.св. К известен сте|зд для обкатки и испытания двигателя внутреннего сгорания, . содержащий асинхрон1чло электрицес;Кую машину с фазным ротором, тахогенератором, выпрямитель с вентилями, согласующий трансформатор с компенсацией потоков вынужденного намагничивания, трехфазный однотактный V инвертор с вентилями и сист&чу управления, причем последняя выполнена в виде устройств программного, задаю- щего и KoppeKTHpyitMiero устройства и устройств сравнения, измерениямомен та, усиления и И1«и1ульсно-фазового управления вентилями инвертора, при этой программное и задающее устройств последовательно через устройства срав нения, усиления и корректиру| 11цее подключены к устройству управления, свя3jiHHOMy с вентилями, к которому подключено устройство измерения момента и тахогенератор, соединенный с электрической машиной, кинематически связанной с валом испытуемого двигателя и подклоченной цепью статора к питаю Щей сети переменного тока, а цепыс ротора - к вьшрякмтелю, последовательно с которым связан инвертор, а первичнг1я ,и вторичная обмотки трансформатора соединены в звезду, первичная обмотка подкяочена к питающей сети переменного тока и в каждую фазу вторичной обмотки включены вентили инвертора. Согласующий трансформа-, тор снабжен дополнительной обмоткой, фазные катушки которой соединены между собой последовательно и встречно виткам вторичной обмотки и подключены с одной стороны к общей точке вентильной группы выпрямител, а с другой - к 1нулевой точке вторичной обмотки согласующего травсфориатора, причем ««ic;ft витков одной фазы дополнительной обмотки меньше числа витков этой же фазы вторичной обмотки в три раза с Однако известное устройство целесообразно использовать в установках сравнительно небольшой мощности ( при мерно до 100 кВт, В установках боль шей мощности возникающие при работе инверторов гармонии достигают значительнои величины и оказывают отрицательное влияние на питающую сеть и на другие электроустановки, присоеди ненные К этой сети Применение фильт ров вызывает потери электрической энергии и значительно усложняет и удорожает установку, Кроме того, последовательное включение в цепь ротора дополнительной компенсирующей обмотки вносит -в ротор дополнительное активное сопротивление, огра ничивающее диапазон регулирования асинхрончой машины в области частот вращения, близких к синхронной. Целью изобретения является снижение высших гармоник питающей сети и расширение диапазона регулирования Поставленная цель достигается тем что согласующий трансформатор снабжен дополнительными вторичными ббмот ками, дополнительными трехфазными од нотактными инверторами, образованными управляемыми вентилями, а в выпрямитель вкJЮцeны однофазные мостовые выпрямители, причем дополнительные вторичные обмотки соединены в зи заг,и в каждую их фазу включены управ, ляемые вентили, а нулевые точки дополнительных вторичных обмоток и общие точки дополнительных трехфазных однотактных инверторов подключены к ротору асинхронной маимны через одно фазные мостовые выпрямители, включен ные между фазными обмотками ротора. На фиг, 1 приведена принципиальная предлагаемого устройства с двумя JOпoлнитeл.ьными обмотками, соединенными в зигзаг и двумя дополнительными инверторами; на фиг, 7то же, с одной дополнительной обмоткой, соединенной в зигзаг, и. одним дополнительным инвертором. Стенд для обкатки и испытания двигателя внутреннего сгорания содер ,жит кинематически соединенные с валом .испытуемого двигателя 1 устройство 2 для измерения частоты вращения и асинхронную электрическую машину 3 с фазным ротором, статор которой под 1 75 ключен к трехфазной сети переменного тока, а в цепь ротора включен выпрямитель 4, соединенный с инвертором 5t программное устройство 6, задающее устройство 7, устройство 8 для измерения вращающего момента, устройство 9 сравнения, корректирующее, устройство 10, усилитель 11 и блок 12 импульсно-фазового управления вентилями инвертора 5« Согласуюсций трансформатор инвертора 5 состоит из первичной сетевой обмотки 13, соединенной в звезду и подключенной к сети переменного тока, вторичной обмотки 1, которая также соединена в звезду и подключена к управляемым вентилям трехфазного однотактного инвертора 15, дополнительной обмотки 16, соединенной в разомкнутый треугольник и подключенной с одной стороны к нулевой точке вторичной обмотки }k, ас другой стороны - к катодной группе однофазного мостового выпрямителя 17, который (фиГо 1) включен диагональю переменного тока между первой и третьей, и (фиг. 2) - между первой и второй фазными обмотками ротора и подсоединен анодной группой к общей точке катодной группы инвертора 15, причем-фазные катушки обмотки 1б включены встречно виткам обмотки It, а чирло витков обмотки 1б в три раза меньше числа витков обмотки It, дополнительной вторичной обмотки 18, соединенной в зигзаг и образующей с первичной обмоткой 13 нечетную группу соединения, например одиннадцатую, причем обмотка 18 подключена к пpaвляe fc м вентилям трехфазного однотактного инвертора 19, общая точка катодной группы которого соединена с общей точкой анодной группы однофазного мостового выпрямителя 20, влкюченного диагональю переменного тока между второй и третьей фазными обмотками ротора и подсоединенного катодной группой к нулево.й точке вторичной обмотки 18, дополнительной вторичной обмотки 21 ,фиг. l, соединенной в зигзаг и об(5азующей с первичной обьюткой 13 нечетную группу соединения, например, первую, симметричную группе соединения обмоток 13 18 относительно четной, например нулевой группы с6- единения обмоток 13 и Т, причем обмотка 21 подключена к управляемым вентилям трехфазного однотактного инвертора 22, общая точка катодной группы которого соединена с общей точкой анодной группы однофазного мостового выпрямителя 23. включенного диагональю переменного тока ме)хду первой и второй фазными обмотками ротора и под- s соединенного катодной г уппой к нулевой точке вторичной обмотки 21

Устройство работает следующим образом .

На стадии холодной обкатки двига- Р теля 1 внутреннего сгорания асинхронная электрическая машина 3 работает в двигательном режиме. Токи ротора асинхронной машины 3 выпрямляются од нофазными мостовыми выпрямителями 20, 23 и в цепи выпрямленных токов ротора, включенные параллельно, вводится противо-ЭДС инверторов 15, 19 22 соответственно. Выпрямленные напряжения каждой из параллельных цепей 20 преобразователя, состоящего из выпря ft1тeля k и инвертора 5, покрывают противо-ЭДС инверторов 15, 19, 22 падения напряжения :на активных сопротивлениях и падения напряжений, обус-25 ловленных процессом коммутации вентилей Часть потребляемой из сети электрической мощности затрачивается на совершение механической работы, а другая часть - мощность скольжения зо трансформируется в ротор, преобразуется выпрямителем в мощность постоянного тока, которая затем преобразуется зависимым инвертором 5 в мощность переменного тока с частотой, jj равной частоте сети и рекуперируемся в питающую сеть.

Момент, развиваегшй асинхронной нашиной 3, пропорционален сумме выпрямленных токов параллельных цепей Q преобразователя о Поэтому-изменение угла управления вентилей инверторов 15, Э, 22, задаваемое устройством 12 управления, приводит к изменению противо-ЗДС инверторов 15 19 22 и к измене «1Ю .величин выпрямленных токов,, вследствие чего достигается регулирование частоты враще «1Я..

Устройство 2 для измерения частоты вращения обеспечивает работу стенда с обратной связью по частоте вращения.

На стадии горячей обкатки под нагрузкой асинхронная 3 работает в режиме генераторного торможения при частоте вращения въше синхронной. Нехани ческая мощность, поступающая на вал асинхронной машины 3 со стороны двигателя 1, преобразуется в электрическую. Часть этой мощности, пропорциональная синхронной частоте враще-. ния асинхронной машины 3, передается в статорную цепь машины 3 и, за вычетом потерь в статоре, рекуперируется в питающую сеть Другая часть мощности - мощность скольжения - как и в случае двигательного режима, рекуперируется в питающую сеть по цепи преобразователя.

При работе стенда в режиме генера . торного торможения изменение угла управления вентилей инверторов 15 19 22 с помощью устройства 12 управле- ния обеспечивает регулирование тормозного момента на валу двигателя 1.

Устройство 8 для измерения врзщающегомомента обеспечивает работу стенда на стадии горячей обкатки под нагрузкой с обратной связью по вращающему моменту,.

Вследствие параллельного соединения вторичных обмоток .Ц, 18, 21 инверторов , 22 и выпрямителей 17 20, 23 снижается величина вносимого в ротор асинхронной машины 3 активного сопротивления, а диапазон регулирования в области частот вращения близких к синхронной расширяется.

Вторичные обмотки 14, 18, 21 согласующего трансформатора выполнены с компенсацией потоков вынужденного намагничивания, поэтому магнитная система согласующего трансформатора уравноваиена относительно постоянных и переменных составляющих, а в кривой первичного напряжения отсутствуют гармонии, кратные трем. При соединении вторичных обмоток 18 и 21 в зигзаг таким образом, что они образуют с ервичной обмоткой 13 две соседние нечетные группы соединения, симметричные относительно четной группы соеди- , нения, образованной обмотками 13 и 1, сдвиг вторичными напряжениями соответствующих фаз о(5моток 18 и I И и 21 составляют 30, а обмоток 18 21 - бо, что обеспечивает компенацию других (нечетных высших гармоник и способствует улучшению формы кривой первичного напряжения. При этом повышаются энергетические покаатели устройства и создаются благориятные условия для параллельной аботы большого когмчества стендов ля обкатки мощных тракторных, автообильных и других двигателей внутеннего сгорания. Кроме того, паралельное соединение роторных преобра. ,.1 зователей обеспечивает снижение токов каждой группы, что способствует снижению установленной мощности вто ричных ббмоток 14, 18, 21 согласующего трансформатора, инверторов 15, 19, 22 и выпрямителей 17, 20, 23, упрощению стенда и повышежю его, надежности. формула изобретения Стенд для обкатки и испытания двигателя внутреннего сгорак я по |аат.св. (Р , о тл и ч а ю щи с, я тем, что, с целью расширения диа пазона регулироважя, согласующий трансформатор снабжен дополнительными вторичными обметками, дополнитель105 ными трехфазными однотактными инверторами , образованные управляемыми вентилями, а в выпрямитель включены лднофазные мостовые выпрямители, причем дополнительные вторичные обмотки уединены в зигзаг, и в кащуо их фа-. ЗУ включены управляемые вентили, а нулевые точки дополнительных вторичных обмоток и общие точки дополнительных трехфазных однотактных инверторов подкгночены к ротору асинхронной машины через о днофазные мостовые выпрямители, включенные между разными обмотками ротора. Источники информации, пр инятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР f , кл. G01 М 15/00, 1979.