Устройство для испытания механической трансмиссии

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на стендах для испытания дизелей, редукторов трансмиссий вертолетов. Целью изобретения является улучшение динамических свойств путем увеличения быстродействия. Цель достигается тем, что в устройство для испытания механической трансмиссии введены датчик 19 напряжений статора, блок 20 измерений потокосцепления и электромагнитного момента синхронной машины 1 и последовательно соединенные регулятор 21 момента и формирователь 22 управляющего напряжения возбудителя 3. Это обеспечивает реализацию в контуре регулирования момента типовых свойств систем подчиненного регулирования при достаточно полном учете свойств объекта, благодаря чему улучшаются динамические свойства. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHAM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 44 72544/24-07 (22) 09.08.88 (46) 30.11.90. Бюп. N - 44 (11) Уральский политехнический институт им. С.M. Кирова (72) В.В. Бечошабский, А.М, Вайнгер, Е,В. Катюхин, О.Н. Медунина, С.Ю.. Потоскуев, И М. Серый, В.Н.. Ермак, Г.М. Иванов, А.Г. Иванов и В.И. Новиков (53) 621.3.076.5(088.8) (56) Патент США N- 4395904, кл. G 01 М 13/02, 1983.

Авторское .свидетельство СССР

1Ф 790091, кл. Н 02 P 5/00, 1978. .(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано

„„Я0„„1610579 A 1 (1) Н 02 P 5/00, G.01 М 13/02

2 на стендах для испытания дизелей, редукторов трансмиссий вертолетов.

Целью изобретения является улучшение динамических свойств путем увеличения быстродействия. Цель достигается тем, что в устройство для испытания механической трансмиссии вгедены датчик 19 напряжений статора, блок 20 измерений потокосцепления и электромагнитного момента синхронной машины 1 и последовательно соединенные регулятор 21 момента. и формирователь 22 управляющего напряжения возбудителя 3. Это обеспечивает реализацию в контуре регулирования. момента типовых свойств систем подчиненного регулирования при достаточно полном учете свойств объекта, благодаря чему улучшаются динамические сройства. 3 ил.

1610579

Изобретение отногитс я к электротехнике, а именно к -"истемам регу.пирования электроприводов стендов для испытания механических передач, выполненных по схемам взаимной нагрузки синхронных машин, и может бьггь использовано на стендах для испытания дизелей, редукторов, трансмиссий вертолетов с требованиями к быстродействию и точности формирования упругого момента в динамических режимах.

Целью изобретения является улучшение динамических свойств путем

15 увеличения быстродействия.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для испытания механической трансмиссии; на фиг. 2 — схема формирователя управляющего напряжения возбудителя, на фиг„ 3 — векторная диаграмма синхронных машин.

Устройство для испьггания механической трансмиссии .содержит приводную 25

1 нагрузочную 2 синхронные. машины

В (фиг,. 1). соответственно, статорные обмотки которых пофаэно соединены между собой, а последовательно соединенные роторные обмотки подключены к выходам первого возбудителя 3, датчик 4 момента нагрузки, установленный на валу приводной синхронной машины

1, механически соединенной через испьггуемую трансмиссию 5 с валом нагрузочной синхронной машины 2, датчик

6 токов в цепи cTBTopHbIK обмоток, последовательно соединенные программныи блок 7, задатчик 8.интенсивности и регулятор 9 момента нагрузки, двигатель 10 постоянного тока, установленный на валу приводной синхронной машины 1 и подключенный якорной обмоткой к выходам регулируемого источника 11 напряжения, а обмоткой возбуждения — к выходам второго возбудителя

12, систему 13 регулирования частоты вращения двигателя 10 постоянного тока выполненную с датчиком 14 частоЭ ты вращения, с датчиком 15 тока якоря

50 и с последовательно соединенными задатчиком 16 интенсивности, регулятором 17 частоты вращения и. регулятором 18 тока якоря, выход которого подключен к управляющему входу ре-гулируемого источника .1 1 напряжения. я 55

При этом другой вход регулятора

18 тока якоря соединен с выходом дат чика 15 тока якоря. Другой вход регулятора 17 частоты вращения соединен с выходом датчика 14 частоты вращения, а вход задатчика 16 интенсивности подключен к другому выходу программного блока 7. Выход датчика 4 момента нагрузки подключен к другому входу регулятора. 9 момента нагрузки.

В устройство для испытания механической трансмиссии введены датчик

19 напряжений в цепи статорных обмоток, блок 20 измерений потокосцепления и электромагнитного момента синхронной машины и последовательно соединенные регулятор 21 электромагнитного момента и формирователь 22 управляющего напряжения возбудителя.

Формирователь 22 выполнен с элементом 23 деления (фиг. 2), интегратором 24, 25, блоком 26 фазового сдвига вектора тока, блоком 27 задания составляющих потокосцепления и блоком 28 фазового сдвига вектора потокосцепления, формирователем 29 гармонических функций, элементом 30 дифференцирования и элементом 31. суммирования, выход которого образует выход формирователя 22. Первый и второй входы формирователя 22 образованы соответственно входом делимого элемента 23 деления и отрицательным входом интегратора 24, Выход элемента 23 деления соединен с первым входом блока 26, подключенного двумя выходами к соответствующим входам блока 27, два первых выхода которого под" ключены к соответствующим входам блока 28. Выход продольной составляющей потокосцепления блока 28 подключен к входу делителя элемента 23 деления и к положительному входу интегратора 24.

Выход поперечной составляющей потока сцепления блока 28 подключен к входу интегратора 25, соединенного выходом с третьим входом блока 27, и Kl одному из входов элемента 31 суммирования, другой вход которого через элемент 30 дифференцирования подключен к третьему выходу блока 27.

Вторые входы блоков. 26, 28 объединены между собой пофазно и подключены к выходу формирователя 29 гар-. монических функций, соединенного входом д выходом интегратора 24.

Входы блока 20 измерений потокосцепления и электромагнитного момента подключены к выходам датчиков фазных токов и напряжений 6, 19, а выходы

1610579 потокосцепления и электромагнитного момента — соответственно к второму входу формирователя 22 управляющего напряжения возбудителя и к другому входу регулятора 21 электромагнитного момента. Выход формирователя .

22 управляющего напряжения соединен с управляющим входом возбудителя 3.

Устройство для испытания механической трансмиссии работает следующим образом.

Двигатель 10 постоянного тока с регулируемым источником 11 напряжения и возбудителем 12 обеспечивает плавный разгон стенда и стабилизацию заданной скорости, а также компенсирует электрические и механические потери синхронных машин испытуемого агрегата. Мощность двигателя 10 не превышает 5-10Х мощности синхронных машин. Система автоматического регулирования двигателя 10 содержит контур частоты вращения с подчиненным контуром тока (момента) двигателя.

Сигнал задания частоты вращения от пр огр аммног о бл ока 7 чер ез датчик 16 интенсивности поступает на вход регулятора 17 частоты вращения, где он сравнивается с сигналом действительного значения частоты вращения Я 1 поступающим от датчика

14 частоты вращения. Заданное значение тока (момента) двигателя поступает на вход замкнутого контура регулирования тока (момента) двигателя, вследствие чего двигатель 10 постоянного тока разгоняется до заданного значения частоты вращения под контр ол ем величины тока (момента) двигателя. После достижения заданной частоты вращения синхронных машин 1 и 2; связанных между собой электрически и механически через испытуемую трансмиссию 5, в соответствии с заданной программой начинают загружаться машины 1 и 2. Для этого сигнал заданного значения момента нагрузки. М н от программного блока

7 через задатчик 8 интенсивности поступает на вход регулятора 9 момента нагрузки, где он сравнивается с сигналом действительного значения момента нагрузки от датчика 4 момента нагрузки. Выходной сигнал регулятора 9 определяет сигнал задания Мз электромагнитного момента регулятора 21 электромагнитного момента синхронной машины 1. Выходной

25 (1) (2) Э 15р(3 P Vg p - (,1 (1 где g и i>< < — потокосцепления и

53, (! /

30 токи статора двигателя в эквивалентной системе координат К 1 Р статора, определяемые по выражениям.

Ч 4g= 3V()д- З6 )зВ- -4 )- (() = — Y(х) — — V(л.) . (3)

Гз з

Величины потокосцеплений статора (1 0 вычисляются на операционных усилителях в режиме интегрирования по формуле

45 (Ав,с = (и в i„r ) dt (4) где r — сопротивление статора.

Регулятор 21 электромагнитного момента имеет передаточную функцию

1 (р) = — — — — — —, (5)

2т р(1+т р) где Т вЂ” постоянная вр емени, опр еделяющая быстродействие системы регулирования и выбираемая в соответствии с требованиями к устройству.

С помощью формирователя 22 управляющего напряжения учитываются и

55 сигнал регулятора 21 М через формирователь 22 управляющего напряжения возбудителя формирует сигнал Uj управления возбудителем 3, На выхо, де возбудителя 3 появляется напряжение, а в цепи обмоток возбуждения синхронных машин 1 и 2 — ток. Вследствие этого синхронный генератор 2 начинает вырабатывать электрическую энергию, которая по электрической цепи с датчиками б и 19 токов и напряжений статора поступает в статор синхронного двигателя 1, а затем в виде механической энергии через трансмиссию 5 снова передается генератору 2.

Стабилизация электромагнитного момента М > двигателя 1 обеспечивается с помощью отрицательной обратной

20 связи от блока 20 измерения потокосцепления и электромагнитного момента, выходные сигналы (и М кото5 э рого формируются по соотношениям:

0 3 =1 =« sing (6)

q, = о,y,d, =,d, =,>coal, (., = -4 = я яз.п (, 1 131 1 э 9 5о + 5g

На вход д елимог о элемента 23 д еления (фиг. 2) воздействует выходной сигнал ш регулятора 21 электромагК нитного момента, на вход делителясигнал (1 „ . Сигнал тока дзигателя в общей системе координат с выхода элемента 23 деления преобразуется по соотношениям (6),.(7) в блоке 26 фазового сдвига вектора тока етатора в сигналы i / х5 < составляющих токов статора в системе координат, связанной с осями синхронного двигателя. Блок 27 заданий составляющих потокосцеплений осуществляет переход от сигналов токов к сигналам составляющих йотокосцеплений gg>d>,, и с учетом особенностей синхронного двигателя (насыщения, демпферных контуров и т,д... Блок 28

1 фазового сдвига вектора потокосцепления статора из выходных. сигналов

<1 блока 27 заданий сос1 Йзф тавляющйх потокосцеплений формирует сигналы потокосцеплений статора двигателя < я, ),„в осях общей систеЩф мы координат, реализуя преобразование поворота координат на угол (. по соотношениям: (t R>d =Q ), cos g + яхпф;

Q ps /Rgb, sing+ Qp > соя% (9) (7) (8) 16 компенсируются электромагнитные свой.тва синхронного дан ателя и синхронного генератора, включенных по схеме взаимной нагрузки, Особенностью структуры формирователя является использование.трех систем координат: системы, связанной с осями d<, q синхронного двигателя 1; системы, связанной с осями ф, и синхронного генератора 2; общей системы, связанной с осями d q где ось d — биссектриса угла 2 Х между осями d,d (фиг. 3), Из векторной диаграммы синхронных машин, построенной при допущении r. = О, вытекает, что потокосцепленйя синхронных машин в. единой системе координат d q совпадают. Кроме того:

10579

Угол поворота )(формируется так, чтобы выполнялось условие

У, = О, у,„=У„, (10)

5 где < — выходной сигнал блока 20 измерения потокосценления и электромагнитного момента.

Формирование угла (по условию (10) осуществляется быстродействующей локальной следящей системой.

В ней используются интеграторы 24 и 25 с постоянной времени Тд, выбранной так, чтобы время переходного процесса в локальной следящей системе быпо значительно меньше, чем постоянная времени Т системы регулирования. На входах интегратора 24 сравниваются сигналы ) и g g g. Выходной сигнал интегратора 24, соответствующий углу Х, попадает в формирователь 29 гармонических функций, где из него формируются сигналы

s in $ и соя ф . Эти сигналы воздей25 ствуют на опорные входы блоков 26. и 28 фазового сдвига векторов тока и потокосцепления статора синхронного двигателя. С помощью элемента

30 дифференцирования и элемента 31 суммирования по сигналам 1. gy c выхода интегратора 25 и (, с выхода блока 27 заданий составляющих . потокосцеплений формируется управляющий сигнал регулируемого возбудителя по соотношению

= — (к + -- --) («) г . dV <, к 6 а с опр отивл ение, ток, и потокосцепление обмотки возбудителя синхронного двигатепя;

К - коэффицие:и пере45 дачи регулируемого возбудителя по напряжению.

При этом операция дифференцирования, реализуемая элементом 30, выполняется с необходимой точностью, 50 поскольку на вход формирователя 22 управляющего напряжения. поступают сигналы ш и э, прошедшие фильтрацию»

Таким образом, введение в устрой55 ство для испытания механической трансмиссии датчика напряжений статора, р егулятора электромагнитного момента синхронного двигателя, формирователя

1610579

50.потокосцепления статора — к входу

55 управляющего напряжения возбудителя, блока измерения потокосцепления и электромагнитного момента с использованием общей для синхронных машин системы координат позволило осуществить достаточно полный учет свойств объекта регулирования (наличие демпферных контуров, изменение степени насыщения и угла между осями синхронных машин), исключить необходимость применения достаточно сложных демпфирующих устройств,.компенсирующих склонность к колебаниям синхронных машин, работающих по схеме взаимной нагрузки, реализовать в контуре регулирования электромагнитного момента типовые свойства систем подчиненного регулирования (заданное быстродействие, стандартный характер переходных процессов) и улучшить за счет этого. динамические свойства устройства для испьггания механической трансмиссии в сравнении с известным решением.

Формула и з обр ет ения

Устройство для испытания механической трансмиссии, содержащее приводную и нагрузочную синхронные машины, с валами для соединения с механической трансмиссией, статорные обмотки которых пофазно соединены между собой, а последовательно соединенные роторные обмотки подключены к, выходам первого возбудителя, датчик момента нагрузки, установленный на валу приводной синхронной машины, датчик тока в цепи статорных обмоток, последовательно соединенные программный блок, задатчик интенсивности и регулятор момента нагрузки, двигатель постоянного тока, установленный на валу приводной синхронной машины и подключенный якорной обмоткой к выходам регулируемого .источника напряжения, а обмоткой возбуждения — к выходам второго возбудителя, систему регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока, выполненную с датчиками частоты вращения и тока якоря двигателя и с последовательно соединенными задатчиком интенсивности, регулятором частоты вращения и регулятором тока якоря, выход которого подключен к управляющему входу р егулируемог,.о источника напряжения, при этом другой

f0

f5

40 вход регулятора тока якоря соединен с выходом датчика тока якоря, другой вход регулятора частоты вращения соединен с выходом датчика частоты вращения, а вуод задатчика интенсивности системы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока подключен к другому выходу программного блока, выход датчика момента нагрузки подключен к другому входу регулятора момента нагрузки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических свойств путем увеличения быстродействия, введены датчик напряжений статора, блок измерений потокосцепления и электромагнитного момента синхронной машины и последовательно соединенные регулятор электромагнитного момента синхронной машины и формирователь управляющего напряжения возбудителя, выполненный с элементом деления, двумя интеграторами, блоком фазового сдвига вектора тока, блоком задания составляющих потокосцепления и блоком фазового сдвига вектора потокосцепления, формирователем гармонических функций, элементом дифференцирования и элементом суммирования, выход которого образует выход формирователя управляющего напряжения возбуждения, первый и второй входы которого образованы соответственно входом делимого элемента деления и отрицательным входом первого интегратора, при этом выход элемента деления соединен с первым входом блока фазового сдвига вектора тока, подключенного двумя выходами к соответствующим входам блока задания составляющих потокосцепления, первые два выхода которого подключены к соответствующим входам блока фазового сдвига вектора потококосцепления, у которого выход про- . дольной составляющей потокосцепления статора подключен к входу делигеля элемента деления и к положительному входу первого интегратора, а выход поперечной составляющей второго интегратора, соединенного выходом с третьим входом блока задания составляюших потокосцепления и к одному из входов элемента суммирования, другой вход которого через элемент дифференцирования подключен к. третьему выходу блока задания составпяющих потокосцепления, вторые входы блоков фазовых сдвигов векто12

)!

1610579 ров тока и потокосцепления объединены между собой пофазно и подключены к выходу формирователя гармони:ческих функций, соединенного входом с выходом первого интегратора, входы блока измерений потокосцепления и электромагнитного момента подключены к выходам датчиков фазных. токов и напряжений, а выходы потокосцепления и электр омаг нит ног о момента соответственно к второму входу формирователя управляющего напряжения возбудителя и к другому входу регулятора электромагнитного момента, а выход формирователя управляющего напряжения возбудителя подключен к управляющему входу возбудителя.