Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1979 года по МПК G01M15/00 G01L3/24 

(54) СТЕИД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

е валом испытуемого двигателя нагрузочное устройство в виде электрической машины с фазным ротором и датчик частоты вращения, выходы которого подключены к измерителю механической мощности, включенному в цепь ротора нагрузочного устройства, и к измерителю механических потерь, соединенному через переключатель с автоматическим регистратором 3). Для повьппения тотаости измерения мощности путем учета изменения коэффициента потерь от частоты вращения вала к измерителю потерь в статоре подсоеданен измеритель электрических потерь ротора через измеритель механических потерь, выполнешшй в ввде двухтактного конденсаторного частотомера, соединенного с усилителем, нагрз кйй которого служит нелинейный делитель напряжения, а датчик скорое ти связан с измерителями механических и электрических потерь.

Однако на этом стенде особенно при испытании двигателя бопы-аой мощности, необходимо обеспечить питание электраческой машины через трехфазный стабилизатор напряжения. В противном слуш отклоаеше питающего напряжения приводит к и менавшо ЭДС в фазной обмотке зaтop южшнoro ротора, а следовательно, и к изменению выпрямленного напряжения роторной цепи. Таким обраадм, отсутствие стабилизатора при измерен ьювдюсти вызывает погрешность, 1фопор1щоиальную отклонению напряжения питающей сети от заданного (нолшнального) значения.

Применение трехфазного, нозволяющего рекуперацию элект{юэнергин стабилизатора напряжения с коэффициентом стабилизации, обеспечивающим высокую (класса 0,5 и вьпяе) точность измерения моищости, связано с определенными техшр1ес1сил® трудностями и материальными затратами, особенно для стабилизаторов большой мощности.

Цель иж)бретения - расишрение диапазона применения стенда путем вювьпаения точности измерений и автоматического вычисления показателей работы.

Для этого в предлагаемом стенде к электрической мащине подкгаочены измеритель ЭДС в обмотках статора, через трансформаторы тока двух фаз, я блок умножения, входы которого соединены с выходами измерителя механической мощности и измерителя ЭДС, а выходы блока умножения и измерителя механических потерь соединены последовательно и подключены на вход автоматического регистратора.

На фиг. 1 дана функциональная схема описываемого стенда; на фиг. 2 - принципиальная схема измерителя ЭДС в обмотках статора; ва фиг. 3 - принципиальная схема измерителя механической мощности.

Стевд содержит нагрузочное устройство, выполненное- в виде асинхронной электрической машины 1, соединенной с валом испытуемого двигателя 2 внутреьшего сгораиш и датчиком

3частоты вращения вала. В цепь ротора электрической машинь 1 включен измер1ггель 4 механической мощноста. Измеритель 5 механических потерь соединен с автомат1Г1ескйм регистратором 6. Датчик 3 частоты вращения вала подключен к измерителю 4 механической мощности и измерителю 5 мехалических потерь. В цепь статора электртюской мзишны через трансформаторы тока ТТ 1, ТТ 2. рзух фаз статора включен измеритель 7 ЭДС в обмотках статора. Выход последнего и выход измерителя

4механической МОЕШОСТН соединены со входами блока 8 умножешгя, выход которого соединен последовательно с выходом измерителя 5 механических потерь через пзретстцочатель 9 рода работы стенда к автома1ичес:с::;г.1у регистратору 6.

Измеритель 7 (фиг. 2) ЭДС в обмотках статора выполнен в ввде 3-фазного трансформа- тора Тр. 1 иапряжеьшя, соединенного с выпрямителем 10, нагрузкой которого является выеокоомньш резистор R1,схемы суммирования фазных токов па резисторах R2, R3, R4, выпрямителя 11 nanpHKeisiH, пропорщюнального образованной сумме, и narpjoicefmoro на резистор R5, при этом выходы вьшряглителей 10 и 11 вкяюче п 1гоеледовательно встречно на вход усилителя 12.

Измеритель 4 (фиг. 3) механической мощности содержит выпрямитель фазгюго напряжения ротора иа диодах Д1 - Д6, нагрузкой которого может быть управляемьп инвертор или реостат В цепь нагрузгш включен Ш|, соединентлт с усилителем 13, нагрузкой которого является кондексаторный частотомер 14. Последний состоит из входного 1раисформатора Тр 2, выходные обмотки W2, W 3 которого через токоограничивающие резисторы R 6 и R 7 соединены с транзисторами Т1 и Т2, конденсаторов С 1 и С 2 и сопротивления нагрузки - резистора R 8.

Измеритель механических потерь выполнен в виде двухтактного транзисторного конденсаторного частотомера, усилителя и делителя на резисторах, служащих нагрузкой усилителя.

При измерении эксплуатационной мощности испытуемого двигателя внутреннего сгорания путем измерения мощности на валу сочлененно с ним электрической машины, работающей в генераторном режиме, мощность, подводимая к валу электрической машины, равна

(1)

PI Р;

РМПАЛХ

АП

PWVX. полезная механическая мощность, РМП - мощность механических и вентиляционных потерь. Рдр - добавочные потери. РМЧ М ЭЛА W -(-) М(д- электромагниттшш момент, ш - угловая частоты врашения ротора Pnu. S4JiJ7 2) где Р(,ц - мощность электрических потерь в роторной цепи, S - скольжение, - угловая,частота врашения магнитн го потока статора. Рпи. Ев-1р, W где Е„ - ЭДС выпрямителя фазного напряжения ротора, выпрямленный ток ротора. Eg KI Ё op(S) где KI - коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров выпрямителя, 9- ЭДС обмотки вращающегося ротора, при этом Ег k EI ,(6) где EI - ЭДС в обмотках статора, kj - коэффициент трансформации ЭД Добавочные потери обычно учитываются при лиженно, в процентах от полезной мощности электрической машины. Следовательно, общий коэффициент пропорциональности, постоянная величина, равен С.,(7) где ks - коэффициент, учитывающий добавочные потери, HI - частота вращения магнитного по тока статора. С учетом выщеизложениого выражение (1) для мощности, подводимой к валу электрической машины, а следовательно, и для эксплуата ционной мощности испытуемого двигателя при мет следующий вид PI с.п-1р-Е, + , , (8) где п - частота вращения ротора. Таким образом, в выражешш (8) составляю щая c-n-Ip EI пропорциональна сумме механи ческой мощности и добавочных потерь i В предлагаемом устройстве произведение с-П1р реализовано измерителем 4 механическо мощности следуюшлм образом. На конденсатор ный частотомер 14 (фиг. 3), питание которого осуществляется пропорциональным току рютора IP выходным напряжением усилителя 13, поступают импульсы с датчика 3, частота которого пропорциональна частоте вращения ротора электрической машины 1. С выходного резистора Rg частотомера снимается напряжение, пропорциональное произведению СП-1р , т.е. пропорциональное механической мощности без учета изменения ЭДС в обмотках статора. Измерение ЭДС в обмотках статора (Ej) осуществляется измерителем 7 (фиг. 2), реализующим взаимозависимость -Е, Ui - 1, Z,(9) где и, - подведенное напряеясш1е питания, Ii - ток в обмотке статора, Zj - полное сопротивление обмотки статора, активная составляющая которого незначительно изменяется воздействием температуры. Первая составляющая - сигнал, пропорциональный Uj, получается на выходе выпрямителя 10. Вторая составляющая выражения (9) получена следующим образом. Через резистор 84 проходит ток, пропорциональный сумме полученных с ТТ 1 и ТТ 2 токов двух фаз. При этом резистор R4 выполняется проводом из материала, который применен для обмотки статора, а сечение его выбрано Tatc, что изменение сопротивлеш я R4 от температуры окружающей среды и проходящего по нему тока равно изменению сопротивления обмотки статора от этих же факторов. Полученное напряжение пропорционально току третьей фазы и учитывает все изменения тока и сопротивления статора. Следовательно, преобразованное выпрямителем 11 и выделенное на резисторе RS напряжение пропорционально второй составляющей взаимозависимости (9). Резисторы R, и RS соединены так, что выделенные на них напряжения включены последовательно встречно, разность этих напряжений, усиленная усилителем 12, пропорциональна ЭДС в обмотках статора.Выходной сигнал измерителя механической мощности корректируется в зависимости от изменения ЭДС в обмотках статора в блоке 8 умножения.На один из его входов поступает с измерителя 7 сигнал, пропорциональный ЭДС в обмотках статора, а на второй - сигнал с измерителя 4, пропорциональный выражению с-п Ip Токим образом, на выходе устройства умноже1тя получается сигнал, пропорциональный механической мощности. Так как его выход соед.инен с выходом измерителя 5 последовательно и согласно (переключатель 9 в положении А) на автоматический регистратор 6 поступает суммарный сетнал, пропорциональный зксплуатаиионной мощности испь туемого двигателя вн треннего сгораиия. При изменении мощности, затрачиваемой на прокручивание коленвала испытуемого двигателя во время его холодной обкатки, электрическая машина 1 работает в режиме электродвигателя.

Полярность выходного сигнала измерителя S механических потерь необходимо изменить, установив переключатель 9 в положение Б. В этом случае на автоматический регистратор 6 поступЗ ет разность сигналов механической мощности и мощности механических потерь, т.е сигнал, пропорциональный мощности прокручившшя колена ала.

Наличие устройства умножения и измерителя 7 ЭДС в обмотках статора выгодно отхшчает предложенный стенд от известных. В нем, благодаря коррекции по изменяющейся ЭДС в обмотках статора, повьпяена точность измерения эксплуатационной мощности испьпуемых двигателей и расширен диапазон применения путем устранения необходимости шггания электрической машины через трехфазный стабилизатор.

11редложе1шый стенд может быть использован для испытания двигат ей внутреннего сгорания пра1стически любой мощности на всех моторостротельных заводах и в научно-исследовательских организациях.

Предложенный стенд позволяет использовать acifflxpOHHbie электрические машины обьг-шого исполнешм вместо дорогостоящих балансйрных маи.шн с весоизмерительными устройствами. Исю1ючается необходимость применения трехфазных, обеспечивающих рекуперацию энергии стабилизаторов напряжения с высоким коэфф5здиентом стабилизации.

Формула изобретения

Стенд для испытания двигателя внутреннего сгора тя, содержащий соединенные с валом испытуемого двигателя нагрузочное устройство в виде электрической машины с фазным ротором и датчик частоты вращения, выходы которого подключены к измерителю механической мощности, включенному в цепь ротора нагрузочного устройства, и к измерителю механических потерь, соединенному через переключатель с автоматическим регистратором, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона применения путем повьпиения точности измерений и автоматического вьпшсления показателей работы, к электрической машине подключены измеритель ЭДС в обмотках статора, через трансформаторы тока двух фаз, и блок умножения, входы которого соединены с выходами измерителя механической мрщносги и измерителя ЭДС, а выходы блока умножения и измерителя механических потерь соединены последовательно и подключены на вход автоматического регистратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Райков П. Я. Испытание двигателей внутреннего сгорания. М. Высшая школа 1975.

с. 99.

2.Авторское свидетельство № 323675, , кл. G 01 L 3/24, 1972.

3.Авторское свидетельство № 558194, кл. G 01 М 15/00, G 01 L 3/24, 1977.

фиг.2