Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1993 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к способам испытаний двигателей внутреннего сгорания (ДВС). преимущественно к автоматизированным системам для стендовых испытаний.

Цель изобретения - повышение эффективности испытаний ДВС за счет повышения точности измерения крутящего момента и качества режимов нагружения.

Выполнение стенда с отмеченными отличительными признаками позволяет учесть влияние изменения падения напряжения на обмотках нагрузочной электрической машины и падение напряжения на щеточных контактах, а также потери в стали и добавочные потери, что дает более достоверную исходную информацию о режиме нагружения. Обработка этой информации в

цифровой форме обеспечивает необходимую точность.

На фиг. 1 показана функциональная схема стенда для испытания двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - блок-схема программы расчета крутящего момента косвенным методом, микропроцессорным вычислительным устройством; на фиг. 3 - блок-схема программы расчета потерь; на фиг. 4 - расчетная схема для определения ЭДС вращения.

Стенд состоит из нагрузочной электрической машины постоянного тока 1 (например, серии 4П), соединенной с испытываемым двигателем 2. К якорным зажимам машины подключен измеритель 3 ЭДС вращения, который состоит из делителя напряжения на резисторах 4, 5 и норми00

6.

5. со

рующего усилителя 6. Резисторы делителя имеют такой же температурный коэффициент сопротивления, что и обмотки электрической машины.

В качестве нормирующего усилителя может быть применен нормирующий преобразователь У846НП/2, обеспечивающий преобразование напряжения и гальваническую развязку силовых и измерительных цепей, Выход нормирующего усилителя подключен к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 7 (например, типа К752ПВ1), выход которого соединен с входов вычислителя 8, состоящего из оперативного запоминающего устройства 9 (например, КР565РУ5), микропроцессора 10 (например, К 1810ВМ86), логического переключающего устройства 11 (например, КР1810ВГ88), постоянного запоминающего устройства 12 (например, К573РФ2). Датчик частоты вращения 13 импульсного типа (см. Чернышев В. А., Сафронов А. В. Датчики системы автоматики в электрическом транспорте. - М., 1989) подключен к входу преобразователя частоты в код 14, выход которого присоединен к одному из входов логического переключающего устройства 11. Измеритель тока якоря 15 (выполненный, например, с применением преобразователя Е827НП12) подключен к входу АЦП 16, вы- ход последнего связан с вычислителем момента 8, соединенным с дисплеем 17, который состоит из клавиатуры 18 и экрана 19. Выход вычислителя момента 8 подключен к входу цифроаналогового преобразова- теля 20 (например, ЦАП типа К 572ПА), а его выход связан с одним из входов устройства 21 сравнения (например, типа КФУ-0190; см. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник. - М.: Энергоиздат, 1988), к другому входу которого подключен измеритель тока возбуждения 22, выполненный, например, на шунтах с нормирующим преобразователем типа Е827НП/2. Выход устройства сравнения присоединен к входу регулятора напряжения 23 (например, тири- сторному регулятору типа РВТ), выход последнего подключен к обмотке возбуждения электрической нагрузочной машины постоянного тока.

Стенд работает следующим образом. Перед началом эксплуатации необходимо выявить следующие характеристики нагрузочной электрической машины в двигательном режиме известным способом см. Коварский Е. М.. Янко Ю. И. Испытания электрических машин. - М.: Энергоатомиз- дат, 1988):

- падение напряжения на щеточном контакте в функции тока нагрузки (1);

- ЭДС вращения в функции частоты вращения п на холостом ходу при двух фиксированных значениях тока возбуждения (n) (n);

- ток холостого хода в функции частоты вращения для двух значений тока возбуждения (n), I20 f(n).

Полученные характеристики затем вводят в постоянное запоминающее устройство 12 вычислителя, где вычисляется крутящий момент (в форме кода) по механической мощности Р на валу электрической машины и частоте вращения п:

Мк - -

0)

Р (о 2яп

Последовательность расчета Мк поясняет блок-схема программы, приведенная на фиг. 2.

Механическая мощность в генераторном режиме электрической нагрузочной машины определяется как сумма электрической мощности Рэ и мощности потерь АР:

АР.(2)

При расчете пользуются электромагнитной мощностью

,(3) где Е - ЭДС вращения электрической машины;

I - ток нагрузки электрической машины.

ЭДС вращения электрической машины постоянного тока определяется в соответствии с эквивалентной схемой (фиг. 4), где обозначено

Ri, Ra - соответственно сопротивления компенсационной обмотки добавочных полюсов;

Re - сопротивление обмотки якоря.

Для уравновешенного моста имеем:

(Re+Ri)(4)

(5)

R2 + R + R2 lE+VuJ Ci(E+VuO -, .t (6) W Ci- Re + R%R2 Таким образом, ) Vl2-Vu, (7)

Потери в электрической машине можно представить в виде:

А Р ДРтр хх+ A PFe хх+ А Рдоб., (8)

где ДРтр хх - механические потери на трение при холостом ходе;

АРре хх- потери встали при холостом ходе;

АРдоб. - добавочные потери. Добавочные потери не зависят от частоты вращения и рассчитываются по формуле

HVl2

(см. Коварский Е, М., Я и ко 10. И. Испытания электрических машин - М.: Энергоатомиз- дат, 1990):

АРдоб СиРн (т

Г,(9)

НОМ

где ,005;

РН - номинальная мощность электрической машины.

Остальные составляющие потерь ДР ЛРТр хх+ ЛРре хх зависят от частоты вращения

АР Д РТр хх+ А РШСТ+ А Рвихр , (Ю)

где АРгист - потери на гистерезис;

А Рвихр потери на вихревые токи, причем

АРгист. «В2п(11)

АРвихр «В2п2,(12) где В - индукция в воздушном зазоре электрической машины.

Потери на трение получают по выявлен- ным вначале характеристикам для двух значений тока возбуждения:

(n); (n): (n); (n):

Рэ хх1 АРтр

rKC2+)Ei2

Рэхх2 ДРтр+(С2+ )Е22 Отсюда следует:

03) (И)

Л оРэхх2Е12-РЭХх1 Е22

Ј ГТП XX- -----------о

Тр XX

Е12-Е22

ч( РЭХХ1 РЭ

----2 --

2

(15) (16)

и (пС2+Сз)

Е1/- Ј2

где Сг, Сз константы характеристик: Рэ ho:

Рэ l20.

Последовательность расчета потерь в электрической машине А Р приведена на фиг. 3.

Как было отмечено выше, после выявления исходных характеристик электрической нагрузочной машины они вводятся через дисплей 17с помощью клавиатуры 18. Вводимая информация отображается нэ экране дисплея 19. Далее этой же клавиатурой задается режим испытаний двигателя 2. Заданное значение тока возбуждения с выхода вычислителя 8 (в виде кода) поступает через цифроаналоговый преобразователь 20 на первый вход устройства сравнения 21,выход которого управляет регулятором напряжения 23. В устройстве сравнения 21 вырабатывается разностный сигнал - разность между заданным значением тока возбуждения и его фактическим

0

10

15

5

0

5

0

5

0

5

значением, определяемым измерителем тока возбуждения 22, Вычислитель 8 поддерживает заданный режим с учетом текущих значений частоты вращения п, поступающей на его вход от датчика 13 через преобразователь 14 частота - код, и датчика ЗДС вращения 3, поступающей через анзлого- цифровой преобразователь 7.

Вычисленное в блоке 8 значения крутящего момента Мк и частоты вращения п отображаются, на экране 19 дисплея 17.

Таким образом, предложенный стенд учитывает падение напряжения на щеточных контактах и потери в стали на гистерезис и вихревые токи. Зз счет этого повышается точность измерения крутящего момента и стабильность поддержания режимов нагружения, т. е. эффективность испытаний. . Формула изобретения

Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания, содержащий нагрузочную электрическую машину постоянного токи, измеритель тока якоря электрической машины, датчик частоты вращения, связанный с ротором электрической машины, регулятор тока возбуждения, измеритель тока возбуждения, устройство сравнения, измеритель ЭДС вращения и вычислитель, о т- личающийся тем, что, с целью повышения эффективности испытаний за счет повышения точности измерения крутящего момента и качества режимов нагружения, в него дополнительно введены два аналого- цмфровых преобразователя, преобразователь частоты в код, дисплей, цифроанзлоговый преобразователь, а вычислитель снабжен блоком оперативной памяти, при этом х входам вычислителя подключен дисплей, через аналого-цифро- вые преобразователи-измерители тока якоря электрической машины и ЭДС вращения, через преобразователь частоты в код - датчик частоты вращения, выход вычислителя связан через цифроаналоговый преобразователь с первым входом устройства сравнения, второй вход которого присоединен к измерителю тока возбуждения, а выход - к регулятору тока возбуждения, измеритель ЭДС вращения выполнен в виде последовательно соединенных делителя напряжения, входы которого являются входами измерителя, и нормирующего усилителя, один вход которого подключен к зажиму якоря электрической машины, другой -- к средней точке делителя.

.Ввод паспортных ленных, гекупего значения ы Т, ь/

I таnovf г -- -

, -vw«-« амаченхя ul, Г Иа

в характеристик (/ -Ј/га,

.ьЫ

.Ввод паспортных ленных, гекупего значения ы Т, ь/

I таnovf г -- -

fi fr V, -vw«-« амаченхя ul, Г Иа

г /С/ т в в характеристик (/ -Ј/га,

.ьЫ

- -- --/JV

Сущность изобретения: стенд состоит из нагрузочной электрической машины постоянного тока, соединенной с испытываемым двигателем. К якорным зажимам машины подключен измеритель ЭДС вращения, который состоит из делителя напряжения на резисторах и нормирующего усилителя. Выход усилителя подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом вычислителя, состоящего из оперативного запоминающего устройства, логического переключающего устройства, постоянного запоминающего устройства. Датчик частоты вращения импульсного типа подключен к входу преобразователя частоты в код, выход которого присоединен к одному из входов логического переключающего устройства. Измеритель тока якоря подключен к входу АЦП, выход последнего связан с вычислителем момента, соединенным с дисплеем, который состоит из клавиатуры и экрана. Выход вычислителя подключен к входу циф- роаналогового преобразователя, а его выход связан с одним из входов устройства сравнения, к другому входу которого подключен измеритель тока возбуждения. Выход устройства сравнения присоединен к входу регулятора напряжения. 4 ил, СО с

( КОНЕЦ Л

иг.2.

I---- -I &стГеКТрОМагНИТЛОЙ

I алекгрнчеокоа машине