Стенд для обкатки и испытания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК G01M15/00 F02B79/00 

Изобретение относится к испытаниям двигателей внутреннего сгорания, в частности к нагрузочным устройствам двигателей, и может быть использовано при обкатке и испытаниях двигателей в качестве автономного источника электроснабжения.

Целью изобретения является повышение эффективности использования энергии при обкатке и испытаниях двигателя.

На чертеже представлена схема описываемого стенда.

Стенд содержит средства 1 измерения и контроля, средства 2 управления, асинхронную электрическую машину 3 с фазным ротором, вал которого соединен с валом двигателя 4 внутреннего сгорания. Одни выведенные концы фаз обмоток статора асинхронной электрической машины через контакты переключателя 5 соединены с электрической сетью, содержащей нагрузку 6. К этим выводам обмоток статора машины подключены конденсаторы 7 с разрядными резисторами 8, необходимыми при значительной индуктивной составляющей нагрузки сети. Противоположные одноименные концы фаз обмоток статора машины соедио со о о

йены через контакты переключателя 9 с входом переменного тока выпрямителя 10, выход постоянного тока которого соединен через электронагреватель сопротивления

11и контакты этого переключателя с выводами фаз обмоток ротора. Обмотки ротора соединены через кнопочный выключатель

12с аккумуляторной батареей или другим вспомогательным источником постоянного тока, обеспечивающим начальное подмаг- ничивание машины с отключенного от сети состояния. Параллельно контактам переключателя 5 включен синхронизирующий блок 13. Для разделения электрических цепей постоянного тока выпрямителя и внешних вспомогательных электрических цепей подмагничивания машины может предусматриваться диод, показанный на чертеже штриховой линией. При необходимости плавного регулирования частоты вращения вала машины или тормозного вращающего момента на нем только выпрямитель или только электронагреватель сопротивления выполняются управляемыми или регулируемыми.

Схемой стенда предусмотрена работа машины в режимах асинхронного двигателя, асинхронного генератора и синхронного генератора. Состояние контактов переключателей на чертеже показано для случая работы машины в режиме синхронного генератора. Режимам асинхронного двигателя и асинхронного генератора соответствует обратное показанному на чертеже состояние контактов переключателя 9. При этом обмотки статора соединяются по схеме звезда, вход переменного тока выпрямителя 10 подключается к выводам фаз обмоток ротора, а выход постоянного тока - к электронагревателю сопротивления.

Стенд работает следующим образом.

При подключении обмоток статора к источнику переменного тока электрическая машина работает в режиме асинхронного двигателя, вращая вал двигателя внутреннего сгорания и обеспечивая его холодную приработку.

При подаче топлива двигатель внутреннего сгорания вращает вал электрической машины, которая при достижении частоты вращения ротора выше частоты питающей сети переходит в режим асинхронного генератора, создавая нагрузочный момент на коленчатом валу двигателя 4 при его горячей обкатке и испытаниях.

Тормозной режим асинхронного генератора обеспечивается при частоте враще- ния ротора машины, превышающей синхронную, наличии напряжения питающей электрической сети и электрической нагрузки.

Режим асинхронного генератора асинхронной электрической машины стенда предусматривается с целью создания тормозного вращающего момента на валу двигателя во всем диапазоне частоты его вращения его обкатке и испытаниях, обеспечения потребителей электроэнергией в

0 случае отсутствия напряжения переменного тока в стационарной сети электроснабжения и использования машины в качестве резервного генератора или в качестве автономного генератора электроэнергии.

5

В этом режиме стенд работает следующим образом.

С помощью двигателя внутреннего сгорания приводится во вращение ротор маши0 ны. Кратковременным нажатием кнопочного выключателя 12 в обмотки ротора подается постоянный ток. Возникающий магнитный поток ротора наводит в статор- ных обмотках ЭДС. Если цепи статорных

5 обмоток замкнуты через контакты переключателя 5 или через подключенную к сети нагрузку, то в них под действием ЭДС протекает переменный ток. Этот ток течет через нагрузку стационарной электрической сети,

0 выпрямляется, проходит через электронагреватель сопротивления и подается в обмотки ротора, в результате возникает генераторный режим, при котором постоянный ток ротора пропорционален току стато5 ра. Благодаря положительной обратной связи по току нагрузки обеспечивается самовозбуждение машины, стабилизация напряжения на нагрузке в заданном режиме и жесткие механические характеристики с

0 практически неограниченным тормозным моментом.

Плавное регулирование частоты вращения вала двигателя 4 при холодной обкатке и вращающего тормозного момента

5 на нем при горячей обкатке и испытаниях осуществляются изменением напряжения выпрямителя или сопротивления электронагревателя в цепи постоянного тока. Задание режимов и их стабилизация осуществляются с помощью сигналов уп0 равления и обратной связи, показанных на чертеже стрелками. Для случая регулируемого электронагревателя сопротивления и неуправляемого выпрямителя эти стрелки на чертеже показаны штриховой линией. При горячей

5 обработке и испытаниях двигателя в режиме работы синхронного генератора тормозной момент и частота вращения изменяются в широком диапазоне. При этом частота тока и напряжение на нагрузке стационарной сети и напряжение на электронагревателе также изменяются.

Для случая работы стенда в качестве автономного или резервного источника электроснабжения необходимая частота тока в нагрузке задается частотой вращения вала двигателя, а напряжение - управляемым выпрямителем или регулируемым элек- тронагревателем. При необходимости подключения стенда на параллельную работу с другими генераторами переменного тока предусмотрен синхронизирующий блок 13. В качестве простейшего синхронизирующего устройства могут быть использованы три лампы и вольтметр. Вольтметр и одна лампа включаются в первую фазу, а две другие лампы - в остальные фазы перекрестно. Такое соединение при некоторой разности частот дает поочередное загорание и потухание ламп, что создает, если их расположить по кругу, впечатление вращения света. По направлению вращения кругового света можно знать, что нужно увеличить или уменьшить скорость вращения стенда для приближения его к синхронизму. Более точно правильный момент включения определяется лампой первой фазы, включенной на потухание, и нулевым вольтметром, включенным параллельно этой лампе.

Порядок включения стенда на параллельную работу следующий. Предварительно необходимо убедиться в одинаковом порядке последовательности фаз сети и стенда. Установить переключатель 5 в нейтральное положение (Выключено). Изменением частоты вращения вала двигателя, сопротивления 11 или напряжения управляемого выпрямителя 10 по синхронизирующему устройству добиться равенства значения частот и ЭДС сети и подключаемого стенда. В момент синхронизма установить переключатель 5 в положение, соответствующее показанному на чертеже. При отсутствии нагрузки в стационарной электрической сети переключатель 5 устанавливается в положение, при котором од- ноименные выводы обмоток статора замкнуты. В этом случае нагрузкой стенда является только электронагреватель сопротивления. Во всех режимах электрическая энергия ротора с помощью электронагревателя преобразуется в тепловую и может ис- пользоваться непосредственно для собственных нужд.

Таким образом, данный стенд обеспечивает электроснабжение потребителей, включенных в стационарную электрическую сеть со стороны статора электрической асинхронной машины и подключаемых дополнительно со стороны ротора, что повышает эффективность использования энергии при обкатке и испытаниях двигателя внутреннего сгорания. Практически вся механическая энергия двигателя за исключением потерь, связанных с КПД устройств,

может быть утилизирована и использована полезно.

Стенд может быть также использован в качестве автономного или резервного источника электроснабжения переменного и

постоянного тока, что расширяет его функциональные возможности.

Формула изобретения

1. Стенд для обкатки и испытания двигателя внутреннего сгорания, содержащий средства измерения, контроля и управления, асинхронную электрическую машину с фазным ротором, выводы обмоток которого соединен с выпрямителем переменного тока, на выходе последнего включено регулируемое нагрузочное сопротивление, первые выводы обмоток фаз статора через три нормально замкнутые контакта первого переключателя соединены с электрической

сетью, кнопочный выключатель и источник постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использования энергии при обкатке и испытаниях двигателя, стенд снабжен вторым

переключателем, содержащим первую группу контактов в виде двух нормально замкнутых контактов, вторую группу контактов в виде трех нормально разомкнутых контактов и третью группу контактов в виде трех

переключающих контактов, синхронизирующим блоком, тремя резисторами и тремя конденсаторами, первый переключатель снабжен дополнительными тремя нормально открытыми контактами, соединенными

между собой, а каждый подвижный контакт первого переключателя выполнен в виде перекидного контакта, причем первые выводы трех резисторов и три первых вывода синхронизирующего блока подключены к соответствующим первым выводам обмоток фаз статора, параллельно которым включены три конденсатора, вторые выводы резисторов замкнуты между собой, вторые выводы синхронизирующего блока подключены к

соответствующим фазам питающей сети, вторые выводы обмоток фаз статора через вторую группу контактов второго переключателя связаны между собой, входы по переменному току выпрямителя через

нормально замкнутые контакты третьей группы второго переключателя соединены с вторыми выводами обмоток фаз статора, а через нормально открытые контакты третьей группы второго переключателя связаны с выводами обмотки ротора, выводы двух фаз которой через первую группу контактов второго переключателя дополнительно подсоединены на выход регулируемого нагрузочного сопротивле- ния, параллельно которому через кнопочный выключатель включен источник постоянного тока.

2. Стенд по п.1,отличающийся тем, что регулируемое нагрузочное сопротивление выполнено в виде нагревателя среды.

Целью изобретения является повышение эффективности использования энергии при обкатке и испытаниях двигателя внутреннего сгорания и расширение функциональных возможностей стенда. Цель достигается тем, что стенд снабжен синхронизирующим блоком для включения в электросеть машины при ее работе в режиме, генератора, а выведенные одноименные концы фаз обмоток статора асинхронной электрической машины, противоположные соединенным с электрической сетью или замкнутым, соединены через контакты дополнительного переключателя с входом выпрямителя, выход которого через нагрузочное сопротивление и контакты этого переключателя соединен с выводами фаз обмоток ротора. Это обеспечивает самовозбуждение асинхронной машины постоянным током и ее работу в режиме синхронного генератора с преобразованием механической энергии двигателя внутреннего сгорания в электрическую и полезное ее использование потребителями, включенными в стационарную сеть электроснабжения со стороны статора машины и в цепи ротора. Изобретение обеспечивает полезное использование энергии при обкатке и испытаниях двигателя внутреннего сгорания и позволяет использовать стенд в качестве резервного или автономного источника электроснабжения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. сл с