Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания
Kk U I3W 4t r I % > « !>
О П И - - !!!1 558I94
ИЗОБРЕТЕН ИЯ, Союз Советских
Социалистических
Респубвик (!>1) Дг>и<>лии.гсльиос к авт. св11,i-нт (22) Заявл.и!> 28.!1.75 (21) 2193894 06
1,31 !. Кг!. - 6 О1! 1 15i00 (> 01!! 3 2-1 с присоединением заявки ¹
Государственный комите!
Совета Министров СССР
Оо penal>! изобретений и открытии (23) Приоритет
Oi!, i>лико! !!и> 1 >.05>.77. 1>!Of!f10!K HI) Л 1<
> i i тп О и об>л як!>!!а ив, Ои ilcil li i!5I 26.!!!>.77 (72) Авторы
И 3 О О P !.Г! C 11 И >!
С. Я. Д!!ни > HKo В.; . 3>1гоpу H KO Q F. П пои кеги>1, В. Я. Варанов и С. Д. Яалкин
Украинский государственнь:и проектный институT
« Т я ж и р 0 м а В т 0 м и T u K а1 » (71) Заявитель (54) СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРГННЕГО
СГОРАНИЯ
Изобретение относится к области испытаний двигателя внутреннего сгорания, преимущественно к автоматизированным с;!стемам для стендовых испытаний.
Известны стенды для испытания двигателя внутреннего сгорания, содержащие соединенные с валом двигателя датчик скорости и нагрузочное устройство, выполненное в виде электрической машины (1).
В таких стендах электрическая машина выполнена балансирной и представляет собой усложненную модификацию машин общепромышленного типа. Измерение мощности двигателя внутреннего сгорания на таких стендах осуществляется благодаря наличию весового динамометра и датчика скорости, по показаниям которых вычисляется мощность
ДВС.
Однако такой стенд неудобен для автоматизации процесса испытаний, так как указанный динамометр требует специальных преобразователей измеренного усилия в электрический или другой аналоговый сигнал, необходимый для автоматической регистрации мощности или автоматического управления процессом испытаний.
Кроме того на таком стенде невозможно измерить мощность двигателя в неустаиовившемся режиме работы (при разгонах, замедлениях и т. д.), Известны стенды, содержащие соединенное с валом двигателя и датчиком скорости нагрузочное устройство, вь;полиеиное в виде электрической машины с фазным ротором, в
5 цепь питания которого включен измеритель электрических потерь, а в цепь статора— измеритель активной мощности (2).
В таком стенде учет коэффициента полезного действия электрической машины осущс)О ствляется в виде поправки, зависящей от активной мощности II потерь в Licliil ротора.
Однако в таком стенде H= достигается полной точности измерения мощности, что связано с отсутствием коррекции результатов из15 мерений по скорости двигателя (не учитываются механические потери).
Известны стенды для испытания двигателей внутреннего сгорания, содержащие соединенные с валом;!спытуемого двигателя дат20 чик скорости и нагрузочное устройство, выполненное в виде электрической маш11ны с фазн ы м 1i, l i i коротKОза м Kн уты м роторо >1, В цепь статора которой включены трансформатор тока и последоьательно соединенные из25 мерите>!!. активнои !îùíîñò:I, измеритель потерь в статоре, подключенный к трансформатору тока и регистратор (3).
В таком стенде также не обеспечивается, особенно для двигателей с фазным ротором, Зз точность измерения, т. к. при модуляц!ш КпД
558194
65 .>: 1ЕKT() H >1(СКОИ . >» Я!ПИНЫ В СОО В(".! CTI>>",JOLLIC(! блоке не учитывается зависимость КПД от скорости ротора при постоянном моменте сопротивления. И кроме того э От ст(.ид H(.
0<)сспечиваст измерение мощностll> иодводимой к валу электрической машины при ее работc В генеряториом режиме.
С пс, ll>JO !!ОВ! !!ИСJI JJ51 ТО !ИОСТll нзме1)(.0JIH H расширения обл ICIH применения путем у !cl;! измерения коэффициента потерь от част(ггы вращения вала В предлагаемом устройстве к измерите;по потерь в статоре подсоединен !
1;и!Ср!!тель электрических потерь ротора через измеритель механических потерь, Выиол-! !(.И И Ып В ВИДО ДВУХТЯКТНОГО 1> ОНД(ПСЯ f 01) HOJ JclC1 0Ò0М(.Р2l, СО(Д!!ПСППОГО С УCIIJIHTCËCÌ, H(l
Гj)>, зкой кОторо! 0 с;1>>51(llт нслпнейн1>)й делиТсfll> jIHHj)515)(cHIJ5I, а,д ят 1ик скорое ги сВязян с и.>меритслями мсхап!Гчсских и электрических потерь.
I II! (1)и! . 1 !!1)(.дстг)ВЛСИ!! ф>! Икционя.!Вия51 схема стенда для JcHHITBHJJ51 двигателей внутреннего сгорания; на фиг. 2 — принципиаль-!!Яя схема измерителя механических !!Отер(;
JI я <1) II Г. 3 — 1!1) 11 I I!(HIIHалf>112! я <. х<. . >! !! 11»»>1(. .j)1!Т(ля электр!Гч(еких потерь ротора.
С Т с и Д СОД(р Ж H T If 21 Г j) > :) О l H 0 C y C T 1) О и С Т В О, Выполненное В виде LlcHIfxpoHIIoJI электрической машины 1, соединенной с валом двигателя 2 внутреннего сгорания. В цепь статора электрической машины 1 включен измеритель
3 активной мощности, а в одну из фаз через трансформатор тока ТТ вЂ” измеритель 4 потерь в статоре. Последний выполнен в виде последовательно соединенных измерительного преобразователя 5 и блока 6 возведения в квадрат. Измеритель 4 потерь в статоре последовательно через измеритель 7 механических потерь, имеющий частотный датчик
8 скорости на своем входе, связан с измерителем 9 электрических потерь ротора, включенным в цепь ротора электрической машины 1. Вход измерителя 9 электрических потерь тяк5ке соединен с частотным датчиком скорости 8.
Выходы указанных измерителей соединены последовательно и подключены ко входу регистрирующего прибора 10.
Измеритель 7 механических потерь выполнен в виде двухтактного конденсаторного частотомера 11 (фиг. 2) на транзисторах Т, и
Тг, усилителя 12 и делителя па резисторе R! и варисторе R2, зашунтированном резистором
R<, служащих нагрузкой усилителя 12. Измеритель 9 (фиг. 1) электрических потерь ротора содержит двухтактный конденсаторный частотомер 13 (фиг. 3) на транзисторах Тг и Т, делитель напряжения на резисторах R<, и %, усилитель 14 падения напряжения на резисторе 14, подключенном последовательно с нагрузкой R, ê выпрямителю gIJ — Дб фазного напряжения ротора.
Вцепь вы,хода измерителя 9 (фиг. 1) вклюilcH переключатель 15 рода работы стенда.
Э
20 х>
jjpI! измерении мощности механических потерь испыт s емОГО дВиГателя посредствоь(измерения мощности ня валу электрической машины с <1)язн)!м ротороAI В режиме электродвигателя (переключатель 15 В по 105!(cHHJJ
«.- (») мощность, потребляемая этой машиной
0Т сети, измеряется измерителем 3 активной монн!Ости. Суммарная ilofffflocть электри Iccких потерь В цс!ш стятора, магнитных и добавочных потерь элеf(TpJJ»låcêoé машины измеряется измерителем 4. При этом сигнал, пропорциональный току статора, с трансформатора тока ТТ преобразуется в измеритель-!
Гом преобразователе 5 в постоянный ток поступает иа вход блока 6 возведения и квадрат. С выхода измерителя 4 снимается э Icl(TpHчсский сигнал, пропорциопялып ш квадрату тока статора, то есть сумма электрических потерь мощности в цсгн(статора, >магнитных и добавочных потерь. (В связи с тем, что сумма перечислснпь)х потерь пропорциональна току статора, и сс
IJd Ic1JHc определяется в основном составляющей электрических потерь статора, измеритель 4 назван измерителем потерь в cT(IToj)c). (12!с!О! Иый! сигнал с датчика 8 скорое и! ротора поступает на входы измерителя 7 мех»HHчсских потерь и измерителя 9 электр!! ИсI(IJx потерь ротора.
В измерителе 7 при помощи конденсаторного частотомера 11 этот сигнал преобразуется в напряжение, пропорциональное скорости ротора, и усиливается усилителем 12. Нагрузкой усилителя 12 служит делитель напряжения, одно плечо которого состоит из варистора R2 с коэффициентом нелинейности, равным трем, зашунтированного резистором R2, второе — из резистора R(. Поэтому выходной сигнал измерителя 7, снимаемый с резистора RJ, пропорционален выражению:
U.ì„= =К! и+ Кг n >, где К! и Кг — коэффициенты пропорциональности;
n — скорость вращения ротора.
Так как механические потери Р„„в электрической машине содержат потери в подшипниках Р,„= А, и; потери на трение коллектора о щетки Р,,<,„,, — — Аг и; потери на трение ротора о воздух Р,,р„— Аг и и вентиляционные потери Р,=А,, и, то:
Р„,,-= (А (+Аг+А ) и+Аг иг, где А), Аг, Аг и А4 — коэффициенты пропорциональности.
При выборе коэффициентов К! = А! + Аг +
+А., и Кг=А2 выражение (1) для напряжения выходного сигнала измерителя 7 будет соответствовать механическим потерям в электрической машине.
В измерителе 9 электрических потерь в роторс частотный сигнал с датчика 8 скорости ротора поступает на вход двухтактного конденсаторного частотомера 13, у которого в качестве напряжения питания используется
558194 (4) (5) о
К,=, а К,=У„ п!
При выходной сигнал усилителя 14. Вход усилителя 14 подсоединен к резистору Rp, включенному в цепь нагрузки Я„выпрямителя Д! — тДБ фазного напряжения ротора. Падение напря>кения на резисторе Rp пропорционально выпрямленному току ротора. Известно, что выходной сигнал частотомера 11 пропорционален произведению входного частотного сигнала на напряжение питания частотомера.
Таким образом, напряжение UÄ Н3 выходе частотомера 13, снимаемое с резистора Ri„, пропорционально произведенито скорости ротора на выпрямленный ток ротора:
U„=UI, п.К3, где Кз — коэффициент пропорциональности.
Из этого напряжения вычитается пропорциональное току ротора выходное напряжение У„делителя на резисторах Ri, и R>, подключенных к выходу усилителя 14.
Гт=U„, Ê„ где I(i, — коэффициент пропорциональности.
Таким образом, ттапря>кение на выходе измерителя 9 будет равно:
U — Un= Up ° n ° К вЂ” Up ° Ki,. (3) IIc трудно доказать, что в!тра>кение (3) эквивалентно выраженшо электрических llOтсрь в роторной цепи:
Р э, =ЗЕ . Ь,, где E> — э.д.с. фазной обмотки ротора;
U> — ток фазы ротора.
Известно, что
Е,=Ею S, где E2p — э.д.с. в фазной обмотке заторможенного ротора и — и! (6) и, где ni — скорость вращения магнитного поля статора (постоянная величина) .
Выражение (4) с учетом (5) и (б) примет вид:
P., = 3 —" i,.n — Е„ l,) . (7! и, /
Преобразовав последнее выражение с учетом выпрямления, получим
Р,„ = . и 1 — У, 1р. (8) и! где !.то — э.д.с. выпрямителя при полностью заторможеннох! роторе (постоянная величина);
U„— ток нагрузки выпрямителя роторного напряжения. выражстше (3), а, слсдователтин>, и величина сигнала иа выходе измерителя 9 оказывается
15 0
60 и» пропорционал!гной электрическим потерям в цепи ротора.
T;:I как выходы измерителей 3, 4, 7 и Г включены между собой последоватсльн0 (полярность указана на фиг. 1), из выходного сигнала измерителя 3, пропорционального i0IIIHocT!I, потребляемой электрической машиной 1 из сети, вычитаются выходные сигналы измерителей 4, 7 п 9, пропорциона.l»ные, 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 машины, поступает на вход регистрирующего прибора 10.
При измсренит! развиваемой испытуемым двигателем моишости, подводпмой к валу электрической машины, работающей в гсисраторном режиме (переключатель 15 — в по70>! eH!!!I «Б»). измеритель 3 измеряет мощность, рскуперируему о в сеть статором электри тсскот! тати!и!! !. Так I;al. i!HHpaa le!!ilc Нсрсдс! ч и энср гни изм си !!ется на и ротивоттоложН0с, Т0 пап()я кснис «ыходиого СHI!IH !H измсритсля 3 меияст полярность (на фиг. 1 в скобках). Измсиястся также полярность иа вы кодс измерителя 9. Однако, перскл точателсм !5 выход измерителя 9 подключается таким образом, что прп изменении режима работы электрической машины обеспечивается необходимая полярность выходных сигналов всех измерителей, входящих в состав устройства. При этом полярность измерителси 4 и 7 нс изменяется. Выходные напряжения всех измерителей суммируются. Суммарный сигнал, поступаютций на вход рсгистрпрующсго прибора !0, будет пропорцпона7енсум тсмо:цности, отдаваемой статором в сеть, и мощности всех потсаь в электрической машине, то есть мощности, подводимой к валу машины.
В данном стенде в качестве нагрузочиого стттоттства токст Оыть п!7и тсисна э,7ект!)ическая машина с короткозамкнутым ротором, работаютцая в двигательном и гсиераторном рсжимс..1,7я этого псреключатсл! 15 устанавливают в положение «В», при котором измеритель 9 не используется. В остальном устройство работает аналогично вьпие опттсанномч.
Наличие измерителей всеx видов потерь выгодно отличает предлагаемый стенд от известных, так как у «еттьшается погрешность измерения, обусловленная влиянием скорости вращения ротора на КПД электрттческой машины.
Be7HHèíа каждого вида указанных потерь составляет единицы процентов от мощности электрической машины, поэтому измерение их даже с погрешностью 5О!о в результате ооесисчивает измсреии! «Ощпости с погрсш-! тостью 70 нескольких дсстттых до!!с!! ироцсттт;i, Так, иапримср, в разработанном стсиде и
558194 качестве измерителя активной мощности при: сиен серийный прибор Е748-У/2 (изготовит ль БЗЭП) к lасса то ности 0,25%. Измери. с. .и суммы электрических потерь статора, ма 1)итнь)х и добавочных потерь выполнен в 5 виде серийного блока Л-31 (изготовитель—
МЗТЛ) класса точности !,О, соединенного с
-paнсформаторо)! тока через измерительный преобразователь переменного тока Е810 (изготовитель БЗЗП) класса точности 0,5. )О
Измерители механических потерь и электрических потерь в цепях ротора легко были изготовлены по вышеприведенным схемам. В результате лабораторных испытаний оказалось, что погрешность устройства не превы- 15 шает +-О 5%.
Существенным преимуществом данного стссида является его возможность измерять как мощность испытуемого двигателя, так и мощность потерь при холодной обкатке, т. е. 20
I)pl! работе электрической машины как в двигательном так и в генераторном режимах.
Предло>ксииый стенд .;!ожет быть использован па испь)тательных станциях моторо- 25 строительных з".âîäîâ. В настоящее время на этих заводах и качестве приводно-нагрузочных устройств при nc)):.!та:!ии двигателей применяются спецf àëьныс балаисириые электри)сские маш:шы с фазna!.,! ротором, являющи- 5;) еся усложненной модификацией машин общсиромышлеиног0 типа.
В случае применения предло>кснногO устройс гва упомянутые оал а нсирныс AI HIII) IIII>f с вссоизмсритсл)и)ыми устройствами могут 35 ()и! 1 I> замснсиь! болсс дси!СВ) !. >1и ll и>)дс>! Таким образом, использование предложенного стенда дает существенный экономический эффект. Формула изобретения Стен, для испытания двигателя внутреннегo сгорания, содержащий соединенные с ва;Io>I испытуемого двигателя датчик скорости и иагрузочное устройство, выполненное в виде электрической машины с фазным или короткозамкнутым 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 цел!.!о повышения точности и расширения области применен!я путем учета изменения коэффициента потерь от частоты вращения вала, и измерителю потерь в статоре подсоединен измерител, электрических потер" ротора через измеритель механических потерь, вы! олисииый в виде двухтактпого коиze;Ic!) fop)!Of 0 частотомера, соединенного с уcll;I IITpcfc:I> нагрузкой которого служит пел fjnñéffalé )слитслl> напряжения, а датчик скорости связан с измерителями механических и электрических потерь. Источники информации, принятые во виима Ill< при экспертизе: l. И. Я. Райков, «Исиь!т11ние двигателей ииутрсиисго сгорания», М., Выси)ая школа, 1975., с. 99. 2. Г1 )!)cncf 3. Лвторское свидетельство СССР ¹323G79, М. 1хл. - G 01М 3/24, 1972 (прототип). 558194 /Г реренл очатпепю л 1!! г„!!!! I! о! Г /(оОмолтл о м ! ро;лоро ff оатла илу си оросл о Составитель Н. Патрахальцев Корректор О. Тюрина Техред M. Семенов 1аедактор М, Афанасьева Тппог!чфпя, ир. Сапунова, 2 Заказ 1166/!2 Изд. М 441 Тираж 1106 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий! !3035, Москва, iI(-31, Раушсквя нвб., д, 4/5
