Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

И ЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l I Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11.04.77 (21) 2471128/25-06 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 25.08.79. Бкэллетеиь № 81

Дата опубликования описания 29.08.79!

))! 6с13:т,э

G О1 М 15 1)0

G 01 1 3/24

Государственный комитет

СССР по делам нзооретеннй

N открытнй (53) УДК (1.43. .001.(1:6 21.49(i, 001 1088 8) (72) Авторы изобретения

С. Я; Даниленко, В. T. Загоруйко, А. E. Пронкевич и В. А. Педько

Государственный проектный институт "Тяжпромавтоматлка" (71) Заявитель (54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

1О

Изобретение относится к автоматизированным1 системам для стендовых испытаний, преимущест- венно для испытаний пвигателя внутреннего сгорания (IIBC).

Известны стенды для испытания двигателя внутреннего сгорания, содержащие соединенные с валом двигателя нагрузочное устройство в виде электрической машины (1) .

В таких стендах электрическая машина выполнена балансирной и представляет собой усложненную модификацию машин об)цепромышленного типа. Мощность двигателя внутреннего сгорания измеряется на таких стендах с помощью весового динамометра и датчика скорости, по показаниям которых вычисляется мощность ДВС.

На таком стенде сложно автоматизировать процесс испытаний, так как указанный динамометр требует (!)ециа))ы)ых преобразователей измеренного усилия в электрический или другой аналоговый сигнал, необходимый для dBToMBTH ческой 11е)и(тра)(ии мощности или автоматическ()I О у ))pаR. tcпия пp(1)(eссом ис))! )1 tt)пй. Кроме

lò0)Î, )):! Jli>>t с) еt!) t())е))ьз)! Иэм(1 )! Tt> ь)())! ))(1ст ь! двигателя в неустановившемся режиме работы (при разгонах и замедлениях) .

Известны стенды для испытания двигателей внутреннего сгорания, содержащие соединенные с валом испытуемого двигателя нагрузочное устройство в виде электрической машины с фазным ротором и датчик частоты вращения.

В цепь статора машины включены трансформатор тока и последовательно соединенные измеритель активной мощности, измеритель потерь в статоре, подключенный к трансформатору тока и регистратор (2).

Недостатком TaKO)o стенда является пониженная, особенно для двигателей с фазным ротором, точность измерения, так как при модуляции КПД электрической машины в соответствующем блоке не учитывается зависимость

K1III от скорости ротора при постоянном моменте сопротивления. Кроме того, известный стенд не обеспечивает измерения мо)лности, подВоАНМоВ к валу электрической машины лри ее работе в генераторном режиме.

Известны стенды для испытания двигателей внутреннего сгорания, содержащие с(с;)))))е))))ь)е

681345 с валом испытуемого двигателя нагруэочное устройство в виде электрической машины с фазным ротором и датчик частоты вращения, выходы которого подключены к измерителю механической мощности, включенному в цепь ротора нагруэочного устройства, и к измерителю механических потерь, соединенному через переключатель с автоматическим регистратором (31.

Для повышения то птоетИ измерениЯ мощности путем учета изменения коэффициента потерь от частоты вращения вала к измерителю потерь в статоре подсоедиттен измеритель электрических потерь ротора через измеритель механических потерь, выполненный в виде двухтактного конденсаторного частотомера, соединенного с усилителем, нагрузкой которого служит нелинейный делитель нитряжания, а датчик скорое ти связан с измерителями механических и электрических потерь.

Однако на этом стенде, особенно прн испытании двигателя больнтой мощности, необходимо обеспечить питание электрической машины через трехфазный стабилизатор напряжения. В противном случая отклонение питающего напряжения приводит к изменецтпо ЭДС в фазной обмотке заторможенного ротора, а следовательно, и к изменению выпрямленного напряжения роторной цепи. Таким образом, отсутствие стабилизатора при измерении ьянцности вызывает погрептность, пропорциоиальную отклонению напряжения питающей сати от заданного (номинального) значения.

Применение трехфазного, позволяющего рекуперацию электроэнергии стабилизатора напря,жения с коэффициентом стабилизации, обеспечнватощим высокую (класса О,5 и вьппе) точность измерения мощности, связано с определенными техническньпт трудностями и материальными затратами, особенно для стабилизаторов большой мощности.

Цель изобретения — распптрение диапазона применения стенда путем повышения точности измерений н автоматического вычисления показателей работы.

Для этого в предлагаемом стенде к электрической машине подключены измеритель ЭДС в обмотках статора, через трансформаторы тока двух фаз, и 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 иа вход автоматического регистратора.

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

Стенд содержит нагрузочное устройство, выполненное в Вице асинхронной электтрнческой машины 1, соединенной с валом испьпуемого двигателя 2 внутреннего сгоратгия и датчиком

3 частоты вращения вала. В цепь ротора электрической машины 1 включен измеритель 4 механической мощности. Измеритель 5 механических потерь соединен с автоматическим регистратором 6. Датчик 3 частоты врашения вала подключен к измерителю 4 механической мощности и измерителю 5 механических потерь. В цепь статора электрической мапн ньт 1 через трансформаторы тока TT 1., TT 2. двух фаз статора включен измеритель 7 ЭДС в обмотках статора. Выход последнего и выход измерителя

4 механической мощности соединены со входами блОка 8 умноже шя, Выход KoTopoI О соединен последовательно с Выходом измерителя 5 механических потерь через перс-. гтзчатель 9 рода работы стенда к автома-и.ес:." ."..ту регистратору 6, Измеритель 7 (флг. 2) ЗДС В обмотках статора выполнен в виде 3-фазного трансформатора Тр, 1 напряжения, соединенного с выпрямителем 10, нагрузкой которого является высокоомньпт резистор R l, схемы суммирования фазных токов па рез::сторах R2„RÇ, R4, выпряьпгтеля 11 напряжения, пропорционального образованной сумме, и -агр;-:кенного на резистор R5, при этом Выходы Выпрямителей 10 и

11 включеиы последовательно Встречно на вход усилителя 12.

Измеритель 4 (фиг. 3) механической мощноспт содержит выпрямитель фазного напряжения ротора на диодах Дl — Дб, нагрузкой которого может быть управляемый инлертор или реостат.

8 цепь нагрузки Включен шунт Шьт, соединенный с усилителем l3, нагрузкой которого является конденсаторный частотомер l4. Последний состоит из входного трансформатора Тр 2, Выходные обмотки W2, и 3 которого через токоограничивающие резисторы R 6 и 8 7 соединены с транзисторами Tl и Т2, конденсаторов С l u

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 сочлененной с ним электрической машины, работающей в генераторном режиме, мощность, подводимая к валу электрической машины, равна

PI = Рмх Рмп+ РАп ° (1) где Р д Х вЂ” полезная механическая мощность, P II — мощность механических и вентиляционных потерь, 681346

Рдп — добавочнь!е потери. (2) где M „„— электромагнитный момент, тз — угловая частоты вращения ротора.

1nu 5

1 = .„„ (3) где Рп — мощность электрических потерь в

ПЦ роторной цепи, S — скольжение, оз — угловая частота вращения магнитно- 1я

1 го потока статора.

Рпц = Ев Ip, (4) где E — ЭДС выпрямителя фазного напряжения ротора, — выпрямленный ток ротора.

Р

1$

Е = К!.Бор (5) где к, — коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров выпрямителя;

Е = Е - ЭДС обмотки вращающегося ро- 26

ОР 2 тора, при этом

Ег юг Е! !! (6) где Е, — ЭДС в обмотках статора, k — коэффициент трансформации 33С. 1

Добавочные потери обычно учитываются приближенно, в процентах от полезной мощности электрической машины.

Следовательно, общий коэффициент пропорциональности, постоянная величина, равен г, З

И4 где kз — коэффициент, учитывающий добавочные потери, 35

n, — частота вращения магнитного потока статора.

С учетом вышеизложенного выражение (1) для мощности, подводимой к валу электрической машины, а следовательно, и для эксплуатационной мощности испытуемого двигателя примет следующий вид

Р, = с.n-Ip ° Е, + Рмп, (8) где n — частота вращения ротора.

Таким образом, в выражении {8) составляющая с- и-? . E пропорциональна сумме механнр 1 ческой мощности Рм„и добавочных потерь Р и.

В предлагаемом устройстве произведение с и 1!э реализовано измерителем 4 механической мощности следующ м образо На ко денсатор- зе иый частотомер 14 (фиг. 3), питание которого осуществляется пропорциональным току ротора

I !в!bы!хxо 1д1нHbы!м M нHа !п!рp!я!!жKеeнHиHеeм M у с !иUл!иHтTеe!л!!я 1133, поP ступают импульсы с датчика 3, частота которого пропорциональна частоте вращения ротора электрической машины 1.

С выходного резистора Яа частотомера снимается напряжение, пропорциональное произведению с и 1р, т.е. пропорциональное механической мощности без учета изменения ЭДС в обмотках статора.

Измерение ЭДС в обмотках статора (Е, ) осуществляется измерителем 7 (фиг. 2), реализующим взаимозависимость — Е! =О! — 1! Z (9) где U, — подведенное напряежние питания, — ток в обмотке статора, Z, — полное сопротивление обмотки статора, активная составляющая которого незначительно изменяется воздействием температуры.

Первая составляющая — сигнал, пропорциональный U,, получается на выходе выпрямителя 10.

Вторая составляющая выражения (9) получена следующим образом. Через резистор R4 проходит ток, пропорциональный сумме полученных с ТТ 1 и ТТ 2 токов двух фаз. При этом резистор

Я.! выполняется проводом из материала, который применен для обмотки статора, а сечение его выбрано так, что изменение сопротивления

R„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 R, напряжение пропорционально второй составляющей взаимозависимости (9) .

Резисторы R, и R5 соединены так, что выделенные на них напряжения включены последовательно встречно, разность этих напряжений, усиленная усилителем 12, пропорциональна ЭДС в обмотках статора..

Выходнои 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 сТВтора, а на второй — сигнал с измерителя 4, пропорциональный выражению с и -1Р, Ъгким образом, на выходе устройства умноже!щя получается сигнал. пропорциональный механической мощности. Так как его выхоп соединен с выходом измерителя 5 последовательно и согласно (переключатель 9 в положении А) на автоматический регистратор 6 поступает суммарный сигнал, пропорциональный эксплуатационной мощности испытуемого двигателя внутреннего сгорания.

При изменении мощности, затрачиваемой на прокручивание колепвала испытуемого двигателя во время его холодной обкатки, электрическая машина 1 работает в режиме электродвигателя.

681345

Полярность выходного сигнала измерителя 5 механических потерь необходимо изменить, установив переключатель 9 в положение Б. В этом случае на автоматический регистратор 6 наступа ет разность сигналов механической мощности и мощности механических потерь, т.е. сигнал, пропорциональный мощности прокручивания коленвала, Наличие устройства умножения и измерителч

7 ЭДС в обмотках статора выгодно отличает предложенный стенд от известных. В нем, благодаря коррекции по изменяющейся ЭДС в обмотках статора, повышена точность измерения эксплуатационной мощности испьггуемых двигателей и расширен диапазон применения путем устранения необходимости питания электрической машины через трехфазный стабилизатор.

Предложенный стенд может быть использован для испьпания двигателей внутреннего сгорания практически любой мощности на всех моторостроительных заводах и в научно-исследовательских организациях.

Предложенный стенд позволяет использовать асинхронные электрические машины обычного исполнения вместо дорогостоящих балансирных машин с весоизмерительными устройствами.

Исключается необходимость применения трехфазных, обеспечивающих рекуперацию энергии стабилизаторов напряжения с высоким коэффициентом стабилизации.

Формула изобретения

Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания, содержащий соединенные с валом ис3 пытуемого двигателя нагрузочное устройство в виде электрической машины с фаэным ротором и датчик частоты вращения, выходы которого подключены к измерителю механической мощности, включенному в цепь ротора нагрузочнофф го устройства, и к измерителю механических потерь, соединенному через переключатель с автоматическим регистратором, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона применения путем повышения точности измерений и автоматического вычисления 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 мощности 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. M. "Высшая школа", 1975. с. 99.

2. Авторское свидетельство У 323675,,кл. G 01 1. 3/24, 1972.

3. Авторское свидетельство N 558194, кл. G 01 М 15/00, 6 01 L 3/24, 1977.

681 345

5 с

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор В Днбобес Техред Л.Алферова Корректор А.Грнценко

Заказ 5078/40 Тираж 1090 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам мзобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4