Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1977 года по МПК G01M15/00 G01M3/24 

электрпиеской машины в сооiво/гствующем блоке не учитывается зависимость КПД от скорост ротора ири постоянном моменте соиротивления. И кроме того -лот стенд не обеснечивает измерение мощноетп, нодводнмой к валу электрической машины нрн ее работе в генераторном режиме. С нелыо новьииения точности измерения н расишрення об.частн применения путем учета измерения коэффиииеита иотерь от частоты вращения вала в нредлагаемом устройстве к измерителю нотерь в статоре подсоединен |1зме|1итель электрических потерь ротора че)ез измеритель механических ноте)ь, выполненный в виде двухтактного кoндeиcaтopнol o частотомера, соедннениого с усилителем, нагрузкой которого елуж1гг нелииейный дели1ель анряжеиия, а датчик скорости связан е измерителями механических и электрических иотерь. Па фиг. 1 нредставлеиа функциональная ехе.ма стеида для иснытания двигателей внутреииего сгорания; па фиг. 2 - нрнпииннальиая схема измерителя механических иотерь; иа фиг. 3 - ирнициииальная схема измернтели электрических иотерь ротора. Стеид содержит нагрузочиое уст)ойство, выиолнеииое в виде аснихроииой электрической машины 1, соединенной с вало.м двигателя 2 внутреннего сгорания. В цень статора электрической машины 1 включен измеритель 3 активной мощности, а в одну из фаз через трансформатор тока ТТ - измеритель 4 потерь в статоре. Последний выиолнен в виде иоследовательно соединенных измерительного преобразователя 5 н блока 6 возведения в квадрат. Измеритель 4 потерь в статоре последовательно через нзмеритель 7 механических потерь, имеющий частотный датчик 8 скорости на своем входе, связан е измерителем 9 электрических потерь ротора, включенным в цень ротора электрической машины . Вход измерителя 9 электрических иотерь также соединен с частотным датчиком скорости 8. Выходы указанных измерителей соединены иоследовательно и подключены ко входу регистрирующего прибора 10. Измеритель 7 механических потерь выполнен в виде двухтактного конденсаторного чаетотомера 11 (фиг. 2) на транзисторах Ti и TZ, усилителя 12 и делителя па резпсторе i и вариеторе Rz, зашунтированно.м резистором , служащих нагрузкой усилителя 12. Измер1ггель 9 (фиг. 1) электрических потерь ротора содержит двухтактный конденсаторный частотомер 13 (фиг. 3) на транзисторах Тз и Т4, делитель напряжения на резисторах Ri, и Rs, усилитель 14 падеиия иапряжеиия на резисторе RE, подключенном иоследовательно е нагрузкой RH к выпрямителю Д:-Де фазного напряжения ротора. В цепь выхода измерителя 9 (фиг. 1) включен иереключатель 15 рода работы стенда. При измерении могцности механических иотерь испытуемого двигателя посредством измерения мощноетп иа валу электрической маи1ины с (|)аз111)1м joT(jpOM в режиме э.чекчродБигателя (иереключатель 15 в иоложении «А) мощность, потребляемая этой от сети, измеряется измерителем 3 активной мониюсти. Суммариая моииюсть электрическ х иотерь в цеии статора, магнитиых и добавочпых потерь электрической машины измеряется измерителем 4. При этом сигнал, проиорциональный току статора, с трансформатора тока ТТ иреобразуется в измер1ггельном преобразователе 5 в иостоянный ток н иостунает на вход блока 6 возведения в квадрат. С выхода нзмер1ггеля 4 снимается э.лектрический сигнал, проноринональный квадрату тока статора, то есть сумма электрических иотерь моидиостн в цеии статора, магиитных н добавочных потерь. (В связи с тем, что сумма перечисленных потерь пропорциональна току статора, н ее значение определяется в основном составляюи.ей электрнческих нотерь статора, нзмернтель 4 назван измерителем потерь в статоре). Частотиый сигиал с датчика 8 скорости ротора иост -пает на входы измерителя 7 механических нотерь н измерителя 9 электрических иотерь ротора. В измерителе 7 при по.мощи конденсаторного частотомера 11 этот сигнал преобразуется в нанряженне, пропорциональное скорости ротора, и усиливается усилителем 12. Нагрузкой усилителя 12 служит делитель наиряження, одно плечо которого состоит из варпетора RZ с коэффициентом нелинейности, равным трем, зашунтированного резистором RZ, второе - нз резистора Ri. Поэтому выходной сигиал из.мерителя 7, снимаемый с резистора Rt, пропорционален выражению: U:,,:Kl-n+K2-n,(1) где Ki и Kz - коэффициенты пропорциональности;п - скорость вращения ротора. Так как механические потери Рмех в электричеекой машине содержат потери в подшиинкках РТ.П. AI-U; потери на трение коллектора о щетки РТ.К.Щ. Az-n; нотери на трение ротора о воздух Р-г.у.-в.Аз-п и вентиляционные потери РВ , то: p,,,(Ai+Az+A)n+A3-n (2) где Л, Лг, АЗ и A - коэффициенты пропорциональпости. При выборе коэффициентов Ki А -}- А -i+Л.4 и /( выражение (1) для напряжения выходного сигнала измерителя 7 будет соответствовать механически.м иотерям в Электрнческой машине. В нзмерителе 9 электрических иотерь в роторе частотный сигнал с датчика 8 скорости ротора поступает на вход двухтактного конденсаторного частотомера 13, у которого в качестве напряжения питания используется выходной сигнал усилителя 14. Вход усилителя 14 подсосдинеи к резистору , включенному в цепь нагрузки выирямителя фазного напряжения ротора. Падение напряжения на резисторе Re пропорционально выпрямленному току ротора. Известно, что выходной сигнал частотомера 11 пропорционален произведению входного частотного сигнала на напряжение питания частотомера. Таким образом, напряжение Ur на выходе частотомера 13, снимаемое с резистора Ri, пропорционально произведению скорости ротора на выпрямленный ток ротора: .n-Ks, где Кз-коэффициент пропорциональности. Из этого напряжения вычитается пропорциональное току ротора выходное напряжение /д делителя на резисторах R и Rs, иодключенных к выходу усилителя 14. L,, f/p.7(4, где К/, - коэффициент пропорциональности. Таким образом, напряжение на выходе измерителя 9 будет равно: U,Un Up-n-} :,- Up-f,.(3) Не трудно доказать, что выражение (3) эквивалентно выражению электрических потерь в роторной цепи: Р, 3 2-t/2,(4) где EZ - э.д.с. фазной обмотки ротора; f/2 - ток фазы ротора. Известно, что ,(5) где 20 - э.д.с. в фазной обмотке заторможенного ротора S - ,(6) где rti - скорость вращения магнитного поля статора (постоянная величина). Выражение (4) с учетом (5) и (6) примет вид: Р,, з(./,./г-,„-/,).(7) V I/ Преобразовав последнее выражение с учетом выпрямления, получим РЭГ - -- - 0 пгде С/о - э.д.с. выпрямителя при полностью заторможенном роторе (постоянная величина); Up - ток нагрузки выпрямителя роторного напряжения. ПриК, -, аК, и,, выражение (3), а, следовательно, и величина сигнала на выходе измерителя 9 оказывается 5 10 15 -О 25 30 35 40 45 50 55 60 lii проиорционал)11оГ1 электрическим потерям в цеип ротора. Так как выходы измерителей 3, 4. 7 и Р включены между последовательно (иоляриость указана на фиг. 1), из выходного сигнала нзмерителя 3, пропорционального мошност, потребляемой электрической машиной 1 из сети, вычитаются выходные сигналы измерителей 4, 7 и 9, иропорциональные, соответственно, сумме электрических потерь в цепи статора, магнитных и добавочных потерь; механическим потерям и потерям в цепи ротора. Разность указанных выходных сигналов в виде сигнала, пропорционального полезной мощности на валу электрической маипшы, поступает на вход регистрирующего прибора 10. При измереиим развиваемой Т1спытуемым двигателем моипюсти, подводимой к валу электрической машины, работающей в геиераториом (переключатель 15 - в положении «Б), измеритель 3 измеряет мощность, рекуперируемую в сеть статором электрической маигпны. Так как направление передачи энергии изменяется на противоиоложное, то наиряжение ныходного сигнала измерителя 3 меияет иоляриость (на фиг. 1 и скобках). Изменяется также полярность на выходе измерителя 9. Однако, иереключателем 15 выход измерителя 9 подключается таким образом, что при изменении режима работы электрической мащины обеспечивается пеобходимая полярность выходных сигналов всех измерителей, входящих в состав устройства. При этом полярность измерителей 4 и 7 ие изменяется. Выходные напряжения всех измерителей суммируются. Суммарный сигнал, иоступаюпипг на вход регистрирующего прибора 10, будет проиорционплен сумме MOUI,ности, отдаваемой статором в сеть, н мощности всех потерь в электрической машине, то есть мощности, иодводимой к валу машины. В данном стенде в качестве нагрузочного устройства может быть применена электрическая маншна с короткозпмкнутым JIOTOром, работаюптая в двигательном и генераторном режиме. Для этого переключатель 15 устанавливают в положение «В, при котором измеритель 9 не используется. В остальном устройство работает аналогично вьиие оппсанному. Паличие измерителей всех видов иотерь выгодно отличает предлагаемый стенд от известных, так как уменьшается погрещность измерения, обусловленная влиян1 ем скорости вращения ротора на КПД электрической машины. Величина каждого вида указанных потерь составляет единицы процентов от мощности электрической мащины. поэтому измерение их даже с погрещностью 5% в результате обеспечивает измерение мотцтюсттт с погрешностью до нескольк1 х десятых долей ироцеита, Так. например, в разработаииом стенде li клчестве измерителя активной мощности приГленен серийный прибор Е748-У/2 (изготовитель ВЗЭП) класса точности 0,25%. Измернтх;::) суммы электрических иотерь статора, мапитных и добавочных иотерь вынолнен в виде серийного блока Л-31 (изготовитель - .М.ЗТЛ) класса точности 1,0, соединенного с трансформатором тока через 1)змерительиый преобразователь иеременного тока Е810 (изготовитель ВЗЭП) класса точности 0,5. РТз.мернтели мехаинческих иотерь и электрических потерь в цеиях ротора легко были ггзготовлеиы по вышеприведенным схемам. В результате лабораторных испытаний оказалось, что погрешность устройства не нревышает ±0,5%. Существенным преимуществом данного стенда является его возможность измерять как мощность испытуемого двигателя, так и мощность потерь при холодной обкатке, т. е. при работе электрической машины как в двигптельиом так и в генераторном режимах. Предложенный стенд может быть исиользоваи иа исиытательных станциях моторостроительных заводов. В настоящее время иа этих заводах в качестве нриводно-иагрузочных устройств при испытании двигателей применяются cnem;avTbHbie балансириые электрические мащикь с фазным ротором, являющиеся усложненной модификацией машии обилеиромышлеииого типа. В случае применения предложенного устройства упомянутые балаисириые машииы с весоизмерительными устройствами могут быт1 заменены более ден1евыми и надежными эле1 трИ:С..имн ма1иииам11 обпюнромьпилепиого тин;-. Поскольку иредложенный стенд имеет вь ходной с;1гиал, прнснособлеииый к его (;ииой иередаче, упрощается но510 15 20 25 30 35 40 cTpoeHiie автомат зированных систем для испытания двигателей. Таким образом, использование иредложенного стенда дает существенный экономический эффект. Фор м у л а изобретения Стенд .аля нспытания двигателя внутреннего сгорания, содержащий соединенные с валом исиытуемого двигателя датчик скорости и иагрузочное устройство, выполненное в виде электрической .машины с фазным или короткозамкиутым ротором, в цепь статора которой включены трансформатор тока и последовательно соединенные измеритель активной мощности, измеритель потерь в статоре, подключенный к трансформатору тока, и регистратор, отличающийся тем, что, с иелью повыщения точности и расширения области прн.менеиия путем учета изменения коэффи1и1ента потерь от частоты вращения нала, к измерителю потерь в статоре подсоединен измеритель электрических потерь ротора через измеритель механических потерь, выполнеииый в пиде дву.хтактного кон.теисаторного частотомера, соединенного с силителел1, иагр зкой которого служит иеликейпый .олитель напряжения, а датчик скорости связаи с измерителями механических и электрических потерь. Источники ииформации, принятые во вии;лаиие ири экспертизе: 1.И. Я. Райков, «Испытание двигателей 1И1 -трсиисго сгорания, М., школа, 1975., с. 99. 2.Проспект фирмы «Оио Сокки «Лвтоматизироиаииый стенд для измерения показателей токсичности две, Япония, 1973. 3..BTopCKoe свидетельство СССР Afi 323679, М. Кл. G 01М 3/24, 1972 (нрототип).

OOP

(.1

ff damvuffy ctfopocmu

R

71

/f перен/ М атпе/ М1 I

9иг.З