Стенд для испытания передач Советский патент 1984 года по МПК G01M13/02 

1 Изобретение относится к машиностроению,, а именно к испытательной технике, и может быть использовано при испытании передач вращательного движения с крайним, некратным и иррациональным соотношением скоростей ведущего и ведомого валов и электри ческим нагружением с рекуперацией электрической энергии в питающую сеть. Известен стенд для испытания передач, содержащий кинематически соединяемые испытуемой передачей машину постоянного тока и асинхронную машину с фазным ротором, злектрически соединенные по схеме машинно-вентильного каскада через выпрямитель в роторной цепи, кинемати чески связанную с валом машины постоянного тока дополнительную асинхронную машину с фазным ротором и установленный в роторной цепи основ ных машин дополнительный выпрямитель, связывающий роторные цепи основных машин и дополнительной 13 Недостаток такого стенда заключается в том, что в связи с использованием, в качестве приводной машины постоянного тока с управлением по цепям возбуждения стенд имеет при нагружении низкое быстродействи и позволяет испытывать передачи с ограниченными скоростями выходных валов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаем му положительному эффекту является стен-д для испытания передач, содержащий приводной двигатель переменно тока и тормозной синхронный генератор, предназначенные для кинематического соединения с валами испытуе мой передачи, механически связанный с приводным двигателем дополнительный регулируемый электродвигатель, систему уг эавления, включаюшую пред назначенный для установки на одном из валов испытуемой передачи датчик момента, последовательно пояключенные к нему сравнивающее устройство,, регулятор момента и дополнительное сравнивающее устройство, фильтр и н точник постоянного тока. В качестве. приводного двигателя используется синхронный электродвигатель, фильтр связан с датчиком момента, а обмотк возбуждения тормозного синхронного генератора подключена к системе упр ления t 2 . 62 Недостаток известного стенда заключается в ограниченных технологи ческих возможностях, так как он не позволяет испытывать передачи с некратным и иррациональным соотношением скоростей ведущего и ведомого валов, зависящие от отношения числа пар полюсов тормозного и приводной машин, а также обладает невысоким быстродействием из-за необходимости управления нагружением по цепям возбуждения и требует применения довольно сложных демпфирзпощих устройств, компенсирующих не только колебательные свойства испытуемой передачи, но и склонность синхронных машин к качаниям при работе по схеме взаимной нагрузки. Целью изобретения является расширение технологических возможностей стенда. Указанная цель достигается тем, что в стенде для испытания передач, содержащем приводной двигатель переменного тока и тормозной синхронный генератор, предназначенные для кинематического соединения с валами испытуемой передачи, механически связанный с приводным двигателем дополнительный регулируемый электродвигатель, систему управления, включающую предназначенный для установки на одном из валов испытуемой передачи датчик момента, последовательно подключенные к нему сравнивающее устройство, регулятор момента и дополнительное сравнивающее устройство, фильтр и источник постоянного тока, в качестве приводного двигателя использован асинхронный двигатель с фазным ротором, статор которого соединен с якорем синхронного генератора, стенд снабжен последовательно связывающими ротор со статором асинхронного двигателя неуправляе 1ым трехфазным выпрямителем и ведомым сетью инвертором, срединенньм с выходом регулятора момента, и согласующим усилителем, входящим в систему управления и связывающим датчик момента с дополнительным сравнивающим устройством, которое соединено через фильтр с основным сравнивающим устройством, а обмотка возбуждеteiH синхронного генератора подключена к источнику постоянного тока. На чертеже изображена общая схема стенда для испытания передач. 3 Стенд содержит приводной асинхрон ный двигатель 1 с фазным ротором и тормозной синхронный генератор 2, кинематически соединенные испытуемой передачей 3. Кроме механической связи, двигатель 1 и генератор 2 имеют электрическую связь, осуществляемую путем подключения статора двигателя 1 к якорю генератора 2. В цепь ротора асинхронного двигателя 1 включен трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель 4 и ведомый сетью инвертор 5, соединенные между собой и со статором двигателя 1 по схеме асинхронного вентильного каскада для управления при помощи системы управления моментом двигателя 1 путем регулировки величины напряжения UVJK на входе инвертора 5. На одной валу с приводным двигателем 1 расположен дополнительный регулируемый электродвигатель 6, например, постоянного тока, который управляется от преобразователя 7, подключенного к первичному источнику питания. На валу дополнительного электродвигателя 6 расположен измеритель 8 скорости, соединенный своим выходом с вторым входом блока 9 срав нения, на первый вход которого подается задание по скорости (Jj. Вы.ход блока 9 сравнения связан с входом регулятора 10 скорости-, выход которо го соединен с входом управления преобразователя 7, в результате чего обеспечивается регулировка режимов работы дополнительного электродвигателя 6 и одновременно стабилизация скорости. Система управления моментом приводного двигателя 1 состоит из сравнивающего устройства 11, на первый вход которого подается задание по моменту Ujj , второй вход соединен с выходом устанавливаемого на валу испытуемой передачи 3 датчика 12 момента, а выход связан с входом регулятора 13 момента, выход последнего соединен с входом управления инверто ром 5. Для обеспечения эффективного демпфирования колебаний первый вход дополнительного сравнивающего устройства 14 соединен с выходом регуля тора 13 момента, второй вход устройства 14 связан с выходом согласующего усилителя 15, вход которого соеди ней с выходом датчика 12 момента, а выход дополнительного сравнивающе го устройства 14 соединен с входом 164 фильтра 16, который своим выходом соединен с третьим входом сравнивающего устройства 11. Обмотка возбуждения тормозного синхронного генератора 2 подключена к источнику постоянного тока (не показан). Стенд работает следующим образом. Разгон ос тцествляется с помощью дополнительного электродвигателя 6 после подачи напряжения на преобразователь 7 формированием нужного закона изменения момента дополнительного электродвигателя 6 в процессе разгона, например, путем формирования в преобразователе 7 специального контура управления моментом (контура тока) или путем плавного увеличения напряжения на входе блока 9 сравнения до величины, соответствующей заданной скорости вращения. При этом сигнал Uj, задания момента нагрузки на первом входе сравнивающего устройства 11 должен равняться нулю, а на выходе регулятора 13 момента будет такое нaпpяжeниeU, , при котором у инвертора 5 после появления напряжения на статоре приводного двигателя 1 будут максимальные углы управления, что соответствует максимальной ЭДС, вводимой в цепь ротора приводного двигателя 1, так что он не может развивать момента. После разгона подается напряжение на обмотку возбуждения тормозного синхронного генератора 2, в результате чего в цепи статора появляется напряжение, обеспечивающее готовность стенда к испытаниям. Нагружение испытуемых передач 3 осуществляется подачей сигнала Uj.. задания момента на первый вход сравнивающего устройства 12. При этом на его выходе, т.е. на входе регулятора 13 момента, напряжение также увеличивается, тем самым изменяется напряжение и , управления инвертором так, что вводимая в цепь ротора приводного двигателя 1 ЭДС инвертора 5 уменьшается, двигатель 1 увеличивает свой момент на валу, тем самым увеличивается момент на ведущем валу испытуемой передачи 3. Это приводит к увеличению угла поворота магнитной оси ротора тормозного синхронного генератора 2 относительно оси поля его статора, в котором появляется активная составляющая тока, и генератор 2 вырабатывает тормозной момент, при этом он потребляет механическую мощность Р. с ведомого вала испытуемой передачи 3, преобразует ее в электрическую мощность Рдд и отдает ее в цепь счатора при-водногс асинхронного двигателя 1. Мощность 4Pf,o-f- потерь, возникающая в процессе нагружения иидущая также на покрытие потерь холостого хода, потребляется с вала дополнительного электродвигателя 6.

Одновременно с этим в системе управления моментом нагружения при-водного двигателя 1 происходят следующие процессы. На выходе дополнительного сравнивающего, устройства 14 формируется корректирующий сигнал, в первый момент повторяющий выходной сигнал и регулятора 13 момента, соответствующий напряжению, а в дальнейшем изменяющийся в зависимости и от сигнала с датчика 12 момента, преобразованного в соглас пощем усилителе 15. Выходной сигнал датчика 12 момента воздействует также на второй вход сравнивающего устройства 11 как сигнал главной обратной связи. Выходной сигнал дополнительного сравнивающего устройства 14 преобразуется фильтром 16 и подается на третий вход сравнивающего устройства 11. Совместное действие задающего сигнала первом входе сравнивающего устройства 11 , cиrнaJra главной обратной связи с датчика 12 момента на его втором входе и с выхода фильтра 16 на третьем входе и последзтощее преобразование результирующего сигнала с выхода сравнивающего устройства 11 регулятором 13 момента в напряжение U управления инвертором 5 приводит к формирован1 1ю быстрого процесса нагружения при эффективном демпфировании колебаний момента нагрузки испытуемой передачи 3 при наличии в ней существеннъв; упругих звеньев. По окончании перехоного процесса сигнал на выходе фильтра 16 должен равняться нулю, а сигна С выхода датчика 12 момента оказьша.ется ;практически равным сигналу задания. Для этого коэффициент передачи согласующего усилителя 15 подбирается так, чтобы в установившемся режиме на выходе дополнительного сравнивающего устройства 14 сигнал бьш равен нулю. Так как из-за наличия нелинейностей добиться этого во всем диапазоне изменения моментов нагрузки и скоростей испытуемой передачи 3 не представляется возможным, устанавливается фильтр 16 низких частот, параметры которого Подбираются так, чтобы сигнал на его выходе в установивщемся режиме был равен нулю и, кроме того, уровень выходного сигнала в динамических режимах обеспечивал желаемый характер нагружения,

При выборе приводного асинхронного двигателя 1 и тормозного синхронного генератора 2 должно соблюдаться условие

, I

где 1 - передаточное число испытуемой передачи 3, как отношение скоростей ее ведущего и ведомого валов; - отношение числа пар полюсов синхронного генератора 2 и асинхронного двигателя 1; S - скольжение с которым работает асинхронный двигатель 1. Величина S может быть принята в пределах 0,1 - 0,8 при плавном изменении этой величины, т.е. при любом ее значении в указанном интервале. Именно это обстоятельство и позволяет практически снять ограничения по соотношению скоростей ведущего и ведомого валов испытуемой передачи 3 и использовании машин переменного тока.

Мощность дополнительного электродвигателя 6 при мощностях нагружения порядка 500 - 1000 кВт не превьтает 10 % от мощности приводного двигателя 1 и тормозного генератора 2. Такая конструкция стенда обеспечивает проведение испытаний передач с некратным и иррациональным соотношением скоростей ведущего и ведомого валов при одновременном повьш1ении быстродействия нагружения и тем самы расширение технологических возможностей стенда

СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПЕРЕДАЧ, содержащий приводной двигатель переменного тока и тормозной синхронный генератор, предназначенные для кинематического соединения с валами испытуемой передачи, механически связднный с приводным двигателем дополнительный регулируемый электродвигатель,- систему управления, включающую предназначенный для установки на одном из валов испытуемой передачи датчик момента, последовательно подключенные к нему сравнивающее устройство, регулятор момента и дополнительное сравнивающее устройство, фильтр и источник постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью расширения его технологических возможностей, в качестве приводного двигателя использован асинхронный двигатель с фазным ротором, статор которого соединен сЯкорем синхронного генератора, стенд снабжен последовательно связывающими ротор со статором асинхронного двигателя i неуправляемым трехфазным выпрямителем и ведомым сетью инвертором, соеди(Л ненным с выходом регулятора момента, и согласующим усилителем, входящим в систему управления и связывающим датчик момента с дополнительным сравнивающим устройством, которое соединено через фильтр с основным сравнивающим устройством, а обмотка возбуждения синхронного генератора з подключена к источнику постоянного ел тока. Э5