Стенд для испытания дизеля

 

СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДИЗЕЛЯ , содержащий генератор, блок задания возбуждения генератора, возбудитель , систему управления возбудителем , датчики тока и напряжения генератора, инвертор, блок задания мощности, делительное устройство , регулятор тока и систему управления инвертора, причем генератор связан с валом дизеля, обмотка возбуждения генератора подключена к возбудителю, блок задания возбуждения, система управления возбудителем и возбудитель соединены последовательно, входы датчиков тока генератора и напря13 13 rf.K:; ,,. : -SICJti CTciiA жения генератора соединены друг с другом, входом инвертора и якорной обмоткой генератора, вход делительного устройства соединен с выходом датчика напряжения генератора, первый вход регулятора тока подключен к выходу делительного устройства, второй - к выходу датчика тока генератора, а выход регулятора тока через систему управления инвертора связан с управляющей щиной последнего, выход которого соединен с сетью, отличающийся тем, что, с целью повышения точности поддержания режима испытаний, в стенд дополнитель (О но введены дифференциатор, множительное устройство, масштабное с звено, диод, элемент сравнения, включенные последовательно между датчиком напряжения и блоком задания мощности, причем связь дифференциатора с множительным устройством выполнена через первый вход со последнего, второй вход множительного устройства связан с датчиком напряжения, элемент сравнения связан с вторым входом делительного со устройства.

(l 9) (I I) (51)4 G Ol И 15/00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

OllHCAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф%

° °

° °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3752233/25-06 (22) 08.06.84

/ (46) 15.11.85. Бюл. N - 42 (72) А.Н. Борисенко, В.Н. Соболь, В.Н. Зайончковский и Е.Г. Заславский (53) 621 . 436. 001 . 5 (088. 8) (56) Симсон А.С. и др. Испытания тепловозных и судовых дизелей типа

Д100. M.: Машгиз, 1981, с. 15-20.

Авторское свидетельство СССР

В 1020767, кл. G Ol И 15/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 1021972, кл. G Ol М 15/00, 1983. (54) (57) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДИЗЕЛЯ, содержащий генератор, блок задания возбуждения генератора, возбудитель, систему управления возбудителем, датчики тока и напряжения генератора, инвертор, блок задания мощности, делительное устройство, регулятор тока и систему управления инвертора, причем генератор связан с валом дизеля, обмотка возбуждения генератора подключена к возбудителю, блок задания возбуждения, система управления возбудителем и возбудитель соединены последовательно, входы датчиков тока генератора и напря1 жения генератора соединены друг с другом, входом инвертора и якорной обмоткой генератора, первый вход делительного устройства соединен с выходом датчика напряжения генератора, первый вход регулятора тока подключен к выходу делительного устройства, второй — к выходу датчика тока генератора, а выход регулятора тока через систему управления инвертора связан с управляющей шиной последнего, выход которого соединен с сетью, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности поддержания режима испытаний, в стенд дополнительно введены дифференциатор, множительное устройство, масштабное звено, диод, элемент сравнения, включенные последовательно между датчиком напряжения и блоком задания мощности, причем связь дифференциатора с множительным устройством выполнена через первый вход. последнего, второй вход множительного устройства связан с датчиком напряжения, элемент сравнения связан с вторым входом делительного устройства.

1191

Изобретение относится к машиностроению, в частности к дизелестрое4 нию, и может быть использовано для испытания двигателей внутреннего сгорания. 5

Цель изобретения — повышение точности поддержания режима.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого стенда; на фиг. 2— график изменений угловой частоты Я от времени t на фиг. 3 — график изменения углового ускорения +/ф от времени t.

Стенд содержит блок 1 задания возбуждения генератора, систему 2 управления возбудителем и возбудитель 3, соединенные последовательно.

Выход возбудителя 3 подключен к обмотке 4. возбуждения генератора 5, вал которого механически связан с валом испытуемого дизеля 6. Якорная обмотка генератора 5 соединена с входами датчика 7 напряжения генератора и датчика 8 тока генератора и инвертора 9, выход инвертора соединен1 с сетью 10. l0

Выход датчика 8 тока генератора подключен к второму входу делительного устройства 11, входу дифференциатора 12 и первому входу множитель30 ного устройства 13. Выход делительного устройства 11 соединен с первым входом регулятора 14 тока, второй вход регулятора 14 тока подключен к выходу датчика 7 напряжения генератора, а выход регулятора тока через систему 15 управления связан с управляющей шиной ийвертора 9. Выход множительного устройства 13 подключен к входу масштабного звена 16> а выход масштабного звена 16 через диод 17 связан с вычитающим входом элемента

18 сравнения. Суммирующий вход элемента 18 сравнения соединен с блоком

19 задания мощности, а выход элемен- 45 та подключен к первому входу делитель. ного устройства 11.

Стенд работает следующим образом.

Подача задающего сигнала от блока

1 задания возбуждения на вход системы 2 управления возбудителем 3 приво дит к протеканию в обмотке 4 возбуждения генератора 5. При заданной величине частоты вращения дизеля 6 зто приводит к появлению напряжения на якорной обмотке генератора 5, величина которого определяется по известной формуле

773 2

U--KI (1) где К вЂ” коэффициент про по р циональности, учитывающий параметры генератора;

?в — ток возбуждения;

И вЂ” угловая скорость вала генератора.

При появлении сигнала на выходе блока 19 задания мощности возникает сигнал на выходе элемента 18 сравнения и, следовательно, на первом входе делительного устройства 11. Поскольку генератор 5 вырабатывает напряжение, то на выходе датчика.7 напряжения генератора действует сиг— нал, поступающий на второй вход делительного устройства 11. Последнее формирует сигнал, равный отношению задания мощности к напряжению генератора и поступающий на первый вход регулятора 14 тока, вызывает появление напряжения на управляющей шине инвертора 9 и, как следствие, протекание тока нагрузки генератора

5 через инвертор 9 в сеть 10. Пос.— леднее приводит к появлению сигнала на выходе датчика 8 тока генератора и на втором входе регулятора 14 тока. Так как этот сигнал вычитается, из сигнала на первом входе в pery ляторе 14 тока, то возникновение тока нагрузки генератора приводит к снижению выходного напряжения этого регулятора, уменьшению выходного сигнала системы 15 управления и снижению тока нагрузки генератора

5. Вследствие этого выходной сигнал датчика тока генератора уменьшается, а напряжение на выходе системы .15 ! управления и управляющей шине инвертора 9 возрастает, вызывая увеличение тока нагрузки генератора 5.

Ток нагрузки растет до тех пор, пока выходной сигнал датчика 7 не станет бесконечно близок к выходному сигналу делительного устройства 11.

Описанные процессы прекращаются тогда, когда наступает состояние равновесия, при котором величина мощности на валу дизеля 6 (произведение напряжения генератора 5 на ток нагрузки) соответствует величине выходного сигнала элемента 18 сравнения. Поскольку в рассмотренном случае угловая скорость дизеля постоянна, то постоянно и напряжение генератора, производная этого напряжения. где К в

Ке

К К Т. чи звена 16 з 1 191773 4 равна нулю, вследствие чего выход- тора вначале также растет, вызывая ной сигнал дифференциатора 12 равен увеличение сигнала датчика 8 тока, нулю, напряжение на выходе множитель- снижение напряжения на выходе регуного устройства 13 равно нулю (по- лятора 14 тока и уменьшение сигнала скольку на его втором входе сигнал на управляющей шине инвертора 9. нулевои), сигнал на выходе масштаб- Последнее приводит к снижению тока ного звена 16 равен нулю, диод 17 нагрузки генератора и установлению закрыт и на вычитающий вход элемента его величины на таком уровне, при сигнал не поступает. Благодаря

18 котором его произведение на напря последнему сигнал на выходе элемен- ig жение генератора совпадает с задата 18 сравнения равен сигналу кием мощности. блока 19 задания мощности, а величи- В описанных случаях работа предна мощности дизеля 6, совпадающая лагаемого станда ничем не отличается в данном случае с- мощностью генера- от работы стенда-прототипа. тора 5, соответствует заданному f5 Рассмотрим работу стенда при значению. увеличении частоты вращения дизеля

При изменении задания мощности, 6 и постоянном задании мощности и например при его увеличении, воз- напряжения сети. растают выходные напряжения эле- Так как ток возбуждения генератомента 18 сравнения, делительного 2О ра 5 задается с помощью блока эаустройства 11, регулятора 14 тока дания возбуждения и не зависит от и системы 15 управления, в резуль- частоты вращения генератора, то уветате чего ток нагрузки генератора личение частоты вращения приводит к

5, протекающий через инвертор 9 в росту напряжения генератора соглассеть 10, возрастает, вызывая увеличе д но формуле (1) и увеличению выходноние сигнала датчика 8 тока генера- го сигнала датчика 7 напряжения гетора. Последнее приводит к некото- нератора, поступающего на второй рому уменьшению выходного напряже- вход делительного устройства 11, ния регулятора 14 тока и в конеч- вход дифференциатора 12 и первый ном счете уменьшению тока нагруз- ЗО вход множительного устройства !3. ки генератора, что в свою очередь На выходе дифференциатора 12 и втовызывает уменьшение сигнала датчика ром входе множительного устройства

8, увеличение выходного напряжения действует сигнал, равный производной регулятора 14 тока, возрастание выходного напряжения датчика 7 тока нагрузки и т.ц. Процесс изме- dU, d(KK 1 и) d ненни тока нагрузки и всех остань- 1к Пс dL r ай

Дt Э ных сигналов на входах и выходах где dt — дифференциа в еренциал времени; элементов стенда прекращается тог- К вЂ” коэффициенТ пр б — коэффициенТ преобразования да, когда наступает состояние рав- датчика 7 (отношение выновесия, при котором мощность на ходного сигнала датчика валу дизеля 6 (равная мощности к напряжению генератора 5). генератора 5 и произведению тока В соответствии с этим выходной генератора на напряжение генерато" сигнал множительного устройства 13

pa) соответствует выходному сигналу . определяется выражением элемента 18 сравнения и (поскольку частота вращения:неизменна) сигналу U =0 U *КК ? Idkk g =К К

45 -И а б ? 2 z s z в в блока 19 задания мощности. д = в

Поскольку в рассматриваемом

Масштабное звено 16 передает полустенде электрическая мощность выченный сигнал на диод 17, который рабатываемая генератором 5 отдает- SII пРопУска ь Ую ся в сеть через инвертор 9 (причем часть сигнала и не пропускает отринапряжение сети ниже напряжения цательную часть. Выходной сигнал генератора), то изменение напряже- масштабного звена равен ния сети является возмущением, на- U К К I: I И вЂ” =)сд1 К—

2 2 2 Дя (4) рушающим равновесие системы. Так, при снижении напряжения сети разность между напряжением генератора — ко эффицие н т - и е редаи сети растет, ток нагрузки генера 1191773 о <9

""т "8 в <31 Х1в где К вЂ” коэффициент преобразоваЬ ния датчика 8 тока генератора.

Найдем электрическую мощность генератора 5, которая передается с помощью инвертора 9 в сеть 10, с учетом формул (.11 и (7}

Ы 9 î )Q KpKg p

8 "7 "8 сИ

При ускорении вращения двигателя внутреннего сгорания, приводящего генератор, мощность дизеля определяется по формуле

В рассматриваемом случае частота вращения дизеля нарастает, вследствие чего правая часть выражения (4 ) положительна, напряжение U1< положи- тельно и проходит через диод 17 на вычитающий вход элемента 18 сравнения, в связи с чем выходной сигнал этого элемента оказывается равным е ЙЯ

016 0 9-018 К1 Р -3 1 1 КгКВ (5) где P - задание мощности, вырабатываемое блоком 19;

К вЂ” коэффициент преобразования блока 19.

При этом во время повышения частоты вращения дизеля 6 на выходе делительного устройства 11 присутст вует сигнал

- - .А - †"- <» . и Ц7 КК7Хвы величина которого меньше, чем в исходном установившемся режиме потому, что знаменатель стал больше из"за увеличения угловой скорости, а также из-за появления положительной величины )чйы/dt в числителе формулы (6 ). Уменьшение сигнала на первом входе регулятора 14 приводит к уменьшению его выходного сигнала, снижению сигнала на управляющей шине инвертора 9 и в конечном счете к снижению тока нагрузки генератора аналогично тому, как быпо опи- сано ° При этом ток нагрузки имеет величину такую, что выходной сигнал датчика 8 бесконечно близок выходному сигналу делительного устройства 11. Указанная величина оказывается равной

Ju

" 1 î 3+,1 " "3

«у ?вм 1 8

Поскольку на единицу мощности дизеля приходится определенное количество топлива, то при большей мощности на валу дизеля расходуемая им масса топлива больше, чем при

S0 меньшей мощности, т.е. при испытаниях дизеля на известном стенде в процессе повышения его частоты вращения расход топлива больше, чем при испытаниях на предлагаемом стенде, По окончании переходного процесса при испытаниях дизеля на предлагаемом стенде и установлении неизменной частоты вращения р =Р +jy — > йод

r dt а с учетом формулы (81 — следующим образом:

Ро К!9 d(a) . Й(Й Pî К1у

-j — +jy

Прй выборе коэффициента преобразования блока 19 задания мощности, 10 равного произведению коэффициентов преобразования датчиков 7 и 8, т.е. при К =К К, последнее выражение принимает вйд (9)

K;1:Å

Выражение (9) показывает, что при переходном режиме в процессе повышения частоты вращения дизеля 6 его мощность совпадает с заданным

20 значением Pо, а мощность генератора 5, как видно из выражения (8), меньше задания.в зависимости от момента инерции системы дизель-генератор, угловой скорости вала и про25 изводной этой скорости по времени.

В стенде-прототипе учет составляющей цыц/dt отсутствует, вследствие чего мощность генератора равна

PГ Ро, а мощность дизеля составляет

З0 величину

P =Г +j 6) — (10) о Д т.е. больше задания. Следовательно, как видно из сравнения формул (9) и (10), при испытаниях дизеля на

З5 предлагаемом стенде точность поддержания требуемой мощности на его валу в соответствии с сигналом блока

19 задания мощности выше, чем при использовании стенда-прототипа. В

40 самом деле, отклонение мощности дизеля от заданного значения в первом

1 случае равно нулю, а во втором составляет jvdu/dt.

1191773 нения йя т где j — момент инерции вращающихся масс системы двигатель-генератор;

И вЂ” вращающий момент двигателя, 45

d ы — =О

dt вследствие чего, как видно из формул (8) и (,9), P .=P =Р, т.е. мощность дизеля равна моцности генератора 5 и совпадает с заданием мощности.

В известном стенде обеспечивается равенство электрической мощности генератора и мощности, задаваемой блоком задания мощности. При появ- 10 ленин возмущений, нарушающих указанное равновесие, например при возрастании частоты вращения, возрастают в первый момент напряжение и ток якорной обмотки генератора, выход- 15 ные сигналы датчиков тока генератора и напряжения генератора тоже возрастают, сигнал на выходе делительного устройства падает, в результате чего выходное напряжение pery- 20 лятора тока уменьшается. Последнее приводит в конечном счете к уменьшению тока, отдаваемого инвертором в сеть, и снижению тока якорной цепи генератора до такого уровня, 25 при котором произведение этого тока на напряжение якорной обмотки генератора совпадает с заданием мощности. Однако мощность испытуемого двигателя совпадает с мощностью ге- З0 нератора только в установившемся скоростном режиме, а в рассмотренном случае, хотя электрическая мощность генератора и совпадает с заданием, она остается меньше мощности двигателя, т.е. мощность на валу ДВС выше мощности генератора и, следовательно, больше задания мощ-ности. Это объясняется тем, что при изменении частоты вращения в систе- 40 ме двигатель-генератор возникает динамический момент, определяемый согласно принципу Даламбера из урав-.

М вЂ” момент генератора.

Если умножить обе части уравнения на угловую скорость(d, получится соотношение мощностей в переходном режиме с. 1!а -uMÃ Р Рг

Пеучет соста3ляющей ц jdQ/dt является причиной низкой точности поддержания мощности двигателя при изменении

его частоты вращения во время испытаний. Поскольку при положительных ускорениях мощность двигателя повышается по сравнению с ее значением в установившемся режиме, то во время испытаний при повышении частоты вращения двигатель потребляет больше топлива, чем в установившемся режиме (при той же мощности генератора) и экономичность испытаний оказывается низкой. Этот недостаток усугубляется при испытаниях дизеля с газотурбинным,наддувом, так как возрастающая

1 вследствие роста мощности дизеля) масса подаваемого в цилиндры топлива сгорает неудовлетворительно в связи с дефицитом наддувочного воздуха, обусловленным значительной инер ционностью турбокомпрессора. Вследствие этого для получения требуемой мощности дизеля подача топлива в его цилиндры, обеспечиваемая встроенным в него регулятором скорости, оказывается больше, чем для дизеля без надцува, а экономичнооть испытаний—

I еще ниже.

Таким образом, по сравнению с иэ4 вестным предлагаемый стенд обеспе .чивает более высокие точность поддержания мощности дизеля и экономичность его испытаний, так как при неизменном задании мощности мощность дизеля совпадает с заданием не только в установившемся скоростном режиме его работы, но и в переходном при повышении частоты вращения, а поскольку величина этой мощности меньше, чем при испытаниях на стенде-прото1 типе, то расход топлива ниже, а экономичность испытаний выше.

1 1 917?3 рЫ

"c е5

Я5

0 05 f /5 Я М 3 3,5.Ф 451.с

4ьг. г

4ß 9 4,5 Ф,О

У РХ /,Ю Я. 45 фас. 3. 88щщц Эаказ 7 f49/39 Tm am 896 Полонское фнлнал EE нПатент, a .ómãîðîä; ул.Проектная, 4