Стенд для испытания механических передач Советский патент 1989 года по МПК G01M3/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано для испытания механических передач при электрическом способе нагружения с рекуперацией энергии торможения в питающую сеть.

Целью изобретения является снижение металлоемкости и энергоемкости стенда путем исключения необходимости применения согласующего редуктора и одной электрической машины при испытании как высокоскоростных, так и ниэкоскоростных передач.

На чертеже изображена общая схема

стенда.

Стенд содержит приводной асинхронный двигатель 1 с коротко замкнутым ротором, кинематически соединяемый с ведущим валом испытуемой передачи 2, с ведомым валом которой кинематически соединяются датчик 3 момента и нагружающая асинхронная машина 4 с фазным ротором.

Приводной двигатель 1 подключен к сети 5 переменного тока через преобразователь 6 частоты. Обмотка нагружающей машины 4 подключена к сети 5 переменного тока через блок 7 синх ронизации, а ее обмотка ротора через дополнительный преобразователь 8 частоты.

Схема управления стендом, кроме указанного датчика 3 момента, включает в себя кинематически соединенный с валом нагружающей машины 4 датчик 9 частоты вращения, блок 10 задания частоты вращения, блок 11 задания момента, первый 12 и второй 13 частотомеры и основное 14 и«четыре дополнительных 15-18 суммирующих устройств. Входы основного суммирующего устройства 14 подключены к выходам датчика 3 момента и блока 11 задания момента, входы первого дополнительного суммирующего устройства 15 подключены к выходам первого частотомера 12, измеряющего частоту сети 5,и датчика 9 частоты вращения, входы второго дополнительного суммирующего устройства 16 подключены к выходам датчика 9 частоты вращения и блока 10 задания частоты вращения, входы третьего дополнительного суммирующего устройства 17 подключены к выходам основного 14 и второго 16 дополнительного суммирующих устройств. Выходы третьего дополнительного сум

мирующего устройства 17 подключены к управляющему входу преобразователя 6 частоты, выход первого дополнительного суммирующего устройства 15 подключен к первому входу четвертого дополнительного суммирующего устройства 18, второй вход которого через второй частотомер 13 подключен к силовому выходу дополнительного преобразователя 8 частоты, и выход четвертого дополнительного суммирующего устройства 18 подключен к управляющему входу этого преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

Вращающий момент создается приводным двигателем 1, частота вращения которого п , определяется часто- той

определяется

:, выходного напряжения преобра- , зователя 6 частоты:

n,(1-S)

60 f 6 Р

(1 - S) , (1)

0

to

PI S 5 где п,„ - частота вращения магнитного поля приводного двигателя 1 ;

число пар полюсов магнитного поля двигателя 1; скольжение двигателя 1. Нагружающий тормозной момент создается нагружающей машиной 4, используемой в режиме синхронного генератора, работающего параллельно с сетью 5, для чего обмотка ее ротора питается от дополнительного преобразователя 8 частоты.

Частота вращения поля обмотки статора п нагружающей машины 4 опреде04

ляется числом ее пар полюсов г и частотой сети 5 f,

5

0

5

По4 60f5/P.

(2)

Частота вращения поля, создаваемого обмоткой ротора нагружающей машины 4, по отношению к ее ротору п Q определяется частотой выходного дополнительного преобразователя 8 частоты

50

По 60fg/P

(3)

Направление вращения этого поля зависит от фазировки подключения дополнительного преобразователя 8 частоты к обмотке ротора нагружающей машины 4. Взаимодействие полей статора и ротора нагружающей машины 4 создает на ее валу синхронньй момент М4, при этом поля друг по отношению

к другу неподвижны и частота граще- ния ее ротора п равна в зависимости от фазировки подключения дополнительного преобразователя 8 частоты сумме или разности частот вращения полей

раз эвателя с (4)

п. in.

8 - f в соответствии

i(f, ± fe). (7)

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использовано для испытания механических передач при электрическом способе нагружения с рекуперацией энергии торможения в питающую сеть. Целью изобретения является снижение металлоемкости и энергоемкости стенда путем исключения необходимости применения согласующего редуктора и одной электрической машины при испытании как высокоскоростных, так и низкоскоростных передач. Пуск стенда производится на холостом ходу при подключении к сети 5 переменного тока преобразователя 6 частоты и подаче выходного напряжения с блока 10 задания частоты вращения через второе 16 и третье 17 дополнительные суммирующие устройства, обеспечивающие требуемую частоту вращения приводной асинхронной машины 1 и соответственно испытуемой передачи 2. Нагружающий момент задается блоком 11 задания момента, по сигналу которого возрастает частота преобразователя 6 частоты и частота вращения магнитного поля приводного двигателя 1. Так как частота вращения его ротора, задаваемая нагрузочной машиной 4, неизменна, то возрастают скольжение двигателя 1 и его момент, что приводит к увеличению мощности, отдаваемой в сеть 5 нагрузочной машиной 4, и ее тормозного момента. 1 ил.

04 0«

60,p;(f. t

Знак + в выражении (4) соответствует случаю, когда поле ротора вращается по отношению к ротору в направлении, противоположном вращению ротора; знак - соответствует случаю, когда поле ротора вращается в ту же сторону, что и ротор. Таким образом, имеется возможность испытывать передачи 2 с частотой вращения выходного вала как больше синхронной частоты поля нагружающей машины 4, так и меньше этой частоты, причем без согласующего редуктора, так как нужное значение частоты вращения ее ротора п можно обеспечить, установив соответствующую величину частоты f, дополнительным преобразователем 8 частоты.

Величина момента М, создаваемого нагружающей машиной 4, зависит от угла сдвига в пространстве 0 поля ее ротора по отношению к полю статора:

ЗЕ,, Us;

Wu

М.

sin 0,

(5)

Е - фазная ЭДС, наводимая полем

ротора нагружающей машины 4 - и ее обмотке статора;

и - фазное напряжение сети 5;

ui угловая скорость вращения ротора машины 4,

Xj. - синхронное сопротивление машины 4.

40

Величина момента М приводным двигателем его скольжением

.g

S/S

кр

+ S

V

критический (максимальный момент приводного двигателя 1);

критическое скольжение, соответствующее моменту Так как ротор приводного двигате- 1 через кинематическую цепь стенМкр крда жестко связан с ротором нагрузочной машины 4, частота его вращения

жестко определена частотами се- 5 - f с и дополнительного преоб

ь

10

15

20

25

30

-

о40

поэтому изменение частоты f выходного напряжения преобразователя 6 в соответствии с соотношениями (1) и (6) приводит к изменению скольжения и вращающего момента приводного двигателя 2.

Пуск стенда производится на холостом ходу при выходных напряжениях с датчика 3 момента U, и блока 11 за- дания момента U, равных нулю, подключением к сети 5 преобразователя 6 частоты и подъемом выходного напряжения блока 10 задания частоты вращения Ujij. При разгоне стенда появляется напряжение на выходе датчика 9 частоты вращения Ug, и выходное напряжение второго дополнительного сум- мирующегь устройства 16, пропорциональное разности заданной п j и действительной Пд частот вращения выходного вала испытуемой передачи 2,

Uf, ) - через третье дополнительное суммирующее устройство 17 подается на управляющий вход преобразователя 6, обеспечивая рост его частоты f,, до заданного значения (здесь К - коэффициент передачи суммирующего устройства 1 6) .

разгона стенда до заданной

подключается к сети 5 дополнительный преобразователь 8. В соответствии с выражением (4) его при испытании высокоскоПослечастоты вращения 5 дополнит В соответс частота f.

ростных передач 2 должна быть

45

f. Q

60

а при испытании редач

- f

(9)

низкоскоростных пе

fo f с бО

(10)

. Сигнал, задающий эту частоту, формируется на выходе первого дополнительного суммирующего устройства 15: на один из его входов подается напряжение, пропорциональное частоте сети 5 - fj, с выхода первого частотомера 12, на другой - напряжение, пропорциональное частоте вращения

ротора нагружающий машины 4, от датчика 9 частоты вращения. На чертеже показан вариант подключения входов первого дополнительного суммирующего устройства 15 для реализации соотношения (10). При испытании передач 2 с частотой вращения выходного вала больше частоты вращения поля статора нагружающей машины 4 входные сигналы первого дополнительного суммирующего устройства 15 необходимо переключить, т.е. не вычитающий вход подать напряжение от первого частотомера 12, на суммирующий - от датчика 9 частоты вращения. Второй частотомер 13 и четвертое дополнительное суммирующее устройство 18 образуют контур обратной связи: напряжение на выходе четвертого дополнительного суммирующего устройства 18, управляющее дополнительным преобразователем 8, пропорционально разности заданного значения частоты f., определяемого выражениями (9,10) и ее фактического значения, измеряемого вторым частотомером 13.

При выполнении условий (9,10) час- тот.ч ЭДС, наводимой полем ротора нагружающей :-р11пины 4 в обмотке ее статора, будет б (изка к частоте сети 5 и становится возможной синхронизация машины с сетью 5. Синхронизацию машины 4 и включение ее на параллельную работу с сетью 5 осуществляют при помощи блока ,7 синхронизации, включающего в себя стандартный комплект аппаратуры для синхронизации.

Нагружающий момент задается выход- ньм напряжением блока 11 задания момента, при этом выходное напряжение основного суммирунлдего устройства 14 пропорционально разности заданного Mj и действительного Мд моментов (последний измеряется датчиком 3 момента)

fH )

к„лм

(11)

Выходное напряжение третьего дополнительного суммирующего устройства 17 при этом будет

ч

и

и

К,,ЛМ

(12)

Под действием возросшего U,-, возрастают частота f преобразователя 6 и частота вращения магнитного поля приводного двигателя 1, а так как частота вращения его ротора, задава250524 8

емая нагружающей машиной 4, неизменная, возрастает скольжение S приводного двигателя 1 и в соответствии

с (6) его момент М. Это вызывает увеличение угла 9 нагрузочной машины 4, увеличение мощности, отдаваемой ею в сеть, и ее тормозного момента М

мула изобретен и

1 Фор

5

0

5

0

0

5

0

5

Стенд для испытания механических передач, содержащий приводной асинхронный двигател{ с кироткозамкнутым ротором, связывающий его с сетью переменного тока преобразователь частоты, нагружающую асинхронную машину с фазньй ротором, предназначенный для кинематического соединения с ведомым валом испытуемой передачи дат- чик момента, подключенное к последнему первым входом суммирующее устройство и связанный с его вторым входом блок задания момента, о т л и ч а ю щ и Г с я гем, ч-;-), с цельн снижения ме аллоемко 1 н у иергоем- кости, он снабжен 6j:i ком синхронизя- ции, связывающим cei ь переменного тока с обмоткой статора нагружающей машины, кинематически соединенным с валом последней датчиком частоты вращения, дополнительным преобразователем частоты, связывающим сеть переменного тока с обмоткой ротора нагружающей машины, частотомерами, первьй из которых подключен к сети переменного тока, второй - к обмотке ротора нагружающей машины, блоком задания частоты вращения и четырьмя дополнительными суммирующими устройствами, входы первого из которых подключены к первому частотомеру и датчику частоты вращения, входы второго - к последнему и блоку задания частоты вращения, входы третьего - к выходам основного и второго дополнительного суммирующих устройств, входы четвертого - к выходу первого дополнительного суммирующего устройства и к второму частотомеру, выходы третьего и четвертого дополнительных суммирующих устройств подключены соответственно к основному и дополнительному преобразователям частоты, а приводной двигатель и нагружающая машина предназначены для кииематичес-. кого соединения с валами испытуемой передачи.