Устройство для испытания механической трансмиссии

(51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нпри достаточ- фтв объекта,ются динамичесС: еного регулированияо полном учете свойсблагодаря чему улучшакие сройства, 3 ил . г.У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпо изоБРетениям и отнРытиПРИ ГКНТ СССР(71) Уральский политехнический иститут им. С.М, Кирова.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МЕХАЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ(57) Изобретение относится к электехнике и может быть использовано ЯО 1610579 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 трансмссиивгедены датчик 19 напряжений статораблок 20 измерений потокосцепления иэлектромагнитного момента синхронноРмашины 1 и последовательно соединенные регулятор 21 момента.и формирователь 22 управляющего напряжениявозбудителя 3. Это обеспечивает реализацию в контуре регулирования.момента типовых свойств систем попчи 1610579Изобретение отногитс я к электротехнике, а именно к системам регу,пирования электроприводов стендовдля испытания механических передач,выполненных по схемам взаимной нагрузки синхронных машин, и может бытьиспользовано на стендах для испытания дизелей, редукторов, трансмиссийвертолетов с требованиями к быстродействию и точности формированияупругого момента в динамических режимах.Целью изобретения является улучшение динамических свойств путем5увеличения быстродействия.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для испытания механической трансмиссии; нафиг. 2 - схема формирователя управляющего напряжения возбудителя,на фиг 3 - векторная диаграмма синхронных машин,Устройство для испьггания механической трансмиссии .содержит приводную 251 нагрузочную 2 синхронные. машиныВ(фиг,. 1).соответственно, статорныеобмотки которых пофаэно соединенымежду собой, а последовательно соединенные роторные обмотки подключенык выходам первого возбудителя 3, датчик 4 момента нагрузки, установленныйиа валу приводной синхронной машины1, механически соединенной через испьггуемую трансмиссию 5 с валом нагрузочной синхронной машины 2, датчик6 токов р цепи статорных обмоток, последовательно соединенные программныиблок 7, задатчик 8.интенсивности ирегулятор 9 момента нагрузки, двигатель 10 постоянного тока, установленный на валу приводнои синхронной машины 1 и подключенный якорной обмоткой к выходам регулируемого источника 11 напряжения, а обмоткой возбуждения - к выходам второго возбудителя12, систему 13 регулирования частотывращения двигателя 10 постоянного тока выполненную с датчиком 14 частоФты вращения,.с датчиком 15 тока якоря50и с последовательно соединенными задатчиком 16 интенсивности, регулятором 17 частоты вращения и. регулятором 18 тока якоря, выход которогоподключен к управляющему входу ре-.гулируемого источника .11 напряжения.я 55При,этом другой вход регулятора18 тока якоря соединен с выходом датчика 15 тока якоря. Другой вход регулятора 17 частоты вращения соединенс выходом датчика 14 частоты вращения,а вход задатчика 16 интенсивностиподключен к другрму выходу программного блока 7, Выход датчика 4 момента нагрузки подключен к другомувходу регулятора. 9 момента нагрузки,В устройство для испьггания механической трансмиссии введены датчик19 напряжений в цепи статорных обмоток, блок 20 измерений потокосцепления и электромагнитного моментасинхронной машины и последовательносоединенные регулятор 21 электромагнитного момента и формирователь 22управляющего напряжения возбудителя,Формирователь 22 выполнен с элементом 23 деления (фиг, 2), интегратором 24, 25, блоком 26 фазовогосдвига вектора тока, блоком 27 задания составляющих потокосцепленияи блоком 28 фазового сдвига векторапотокосцепления, формирователем 29гармонических функций, элементом 30дифференцирования и элементом 31.суммирования, выход которого образует выход формирователя 22, Первый ивторой входы формирователя 22 образованы соответственно входом делимогоэлемента 23 деления и отрицательнымвходом 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 составляющейпотокосцепления блока 28 подключен квходу делителя элемента 23 деленияи к положительному входу интегратора 24,Выход поперечной составляющей потока сцепления блока 28 подключен квходу интегратора 25, соединенноговыходом с третьим входом блока 27, и кодному из входов элемента 31 суммирования, другой вход которого черезэлемент 30 дифференцирования подключен к третьему выходу блока 27.Вторые входы блоков. 26, 28 объединены между собой пофазно и подключены к выходу формирователя 29 гармонических функций, соединенного входом р выходом интегратора 24.Входы блока 20 измерений потокосцепления и электромагнитного моментаподключены к выходам датчиков фазныхтоков и напряжений 6, 19, а выходыпотокосцепления 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 5-102 мощности синхронных машин, Система автоматического регулирования двигателя 10 содержит контур частоты вращения с подчиненным контуром тока (момента) двигателя.Сигнал задания частоты вращенияот программного блока 7 через датчик 16 интенсивности поступает на вход регулятора 17 частоты вращения, где он сравнивается с сигналом действительного значения частоты вращения Я , 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 контролем 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(1) (2) Э 150( 5 1 5 1(,11 гдеи 5- потокосцепления и5 М,30токи статора двигателя в эквивалентной системе координат К 1 Р статора,определяемые повыражениям:Ь Зф)Я 36)5 В 34зс 15/3 1 5 Ь Ч )5 с фГз ГзВеличины потокосцеплений статорас вычисляются на операционныхусилителях в режиме интегрированияпо формуле 45)5 А,в=О 5 - , .г ) й.1 (4)где г - сопротивление статора,Регулятор 21 электромагнитногомомента имеет передаточную функцию50 1Я (р) еее (5)вэ 2 Т р(1+Т р)где Т - постоянная вр емени, опр еделяющая быстродействиесистемы регулирования ивыбираемая в соответствиис требованиями к устройству.С помощью формирователя 22 управляющего напряжения учитываются и сигнал регулятора 21 М через формирователь 22 управляющего напряжения возбудителя формирует сигнал Пуправления возбудителем 3, На выхо, де возбудителя 3 появляется напряжение, а в цепи обмоток возбуждениясинхронных машин 1 и 2 - ток. Вследствие этого синхронный генератор 2начинает вырабатывать электрическуюэнергию, которая по электрической цепи с датчиками б и 19 токов и напряжений статора поступает в статор синхронного двигателя 1, а затем в видемеханической энергии через трансмиссию 5 снова передается генератору 2.Стабилизация электромагнитного момента М двигателя 1 обеспечиваетсяс помощью отрицательной обратной 20 связи от блока 20 измерения потокосцепления и электромагнитного момента, выходные сигналы Ц и М кото 5 эрого формируются по соотношениям:(,: - = з 3.п 3М = 1 э 1 13 1 53 фНа вход делимого элемента 23 де"ления (фиг. 2) воздействует выходнойсигнал ш регулятора 21 электромагКнитного момента, на вход делителясигнал ( , Сигнал тока дзигателя в общей системе координат свыхода элемента 23 деления преобразуется по соотношениям (6),.(7) вблоке 26 фазового сдвига векторатока етатора в сигналы бс, х 5составляющих токов статора в системекоординат, связанной с осями синхронного двигателя. Блок 27 заданийсоставляющих потокосцеплений осуще"ствляет переход от сигналов токов 15 Й "5,1 к сигналам составляющих йотокосцеплений, ис учетом особенностей синхронного двигателя (насыщения демпферных контуров и т,д. Блок 28 фазового сдвига вектора потокосцепления статора из выходных. сигналов 1 нЫ дблока 27 заданий сос Т Йзфтавляющйх потокосцеплений формируетсигналы потокосцеплений статора двигателя ( 5 ) ,в осях общей систеКщ,мы координат, Реализуя преобразование поворота координат на угол С по соотношениям:(7) (8) 16компенсируются электромагнитные свой:тва синхронного двп 1 ателя и синхронного генератора, включенных по схеме взаимной нагрузки, Особенностью структуры формирователя является использование. трех систем координат: сисчемы связанной с Осями Й ц синхронного двигателя 1; системы, Связанной с осями ф О синхронного генератора 2;.Общей системы, связанНой с осями Й О где ось Й - биссектриса угла 2 % между осями д ,д (фиг, 3), Из векторной диаграммы синхронных машин, построенной при допущении г. = О, вытекает, что потокосцепленйя синхронных машин в. единой системе координат Й и совпадают. Кроме того: 10579 8 Угол поворотаформируется так,чтобы выполнялось условие У, = О, у,=У, (10)5где ( - выходной сигнал блока 20измерения потокосцеления и электромагнитного момента,формирование углапо условию(10) осуществляется быстродействующей локальной следящей системой.В ней используются интеграторы 24и 25 с постоянной времени Твыбранной так, чтобы время переходногопроцесса в локальной следящей системе быно значительно меньше, чемпостоянная времени Т системы регулирования, На входах интегратора 24сравниваются сигналы Д и (13, Выходной сигнал интегратора 24, соответствующий углу Хпопадает вформирователь 29 гармонических функций, где из него формируются сигналыз 1 пи соз. . Эти сигналы воздей 25 ствуют на опорные входы блоков 26.и 28 фазового сдвига векторов токаи потокосцепления статора синхронного двигателя, С помощью элемента30 дифференцирования и элемента 31суммирования по сигналам, свыхода интегратора 25 и ( , с выхода блока 27 заданий составляющих. потокосцеплений формируется управляющий сигнал регулируемого возбудителя по соотношению35ц = - Ы к + --- ), (11)2 . ЙЮИ,К ИО 1- сопротивление,ток, и потокосцепление обмотки возбудителя синхронного двигатепя;К - коэффициент пере 45дачи регулируемоговозбудителя понапряжению.При этом операция дифференпирования, реализуемая элементом 30,выполняется с необходимой точностью,50поскольку на вход формироваъеля 22управляющего напряжения. поступаютсигналы шиэ прошедшие фильтрациюТаким образом, введение в устрой 55ство для испытания механической транс"миссии датчика напряжений статора,регулятора электромагнитного моментасинхронного двигателя, формирователя1610579 45 50. потокосцепления статора - к входу 55 управляющего напряжения возбудителя,блока измерения потокосцепления иэлектромагнитного момента с использованием общей для синхронных машинсистемы координат позволило осуществить достаточно полный учет свойствобъекта регулирования (наличие демпферных контуров, изменение степенинасыщения и угла между осями синхронных машин), исключить необходимость применения достаточно сложньгх демпфирующих устройств,.компенсирующих склонность к колебаниямсинхронных машин, работающих посхеме взаимной нагрузки, реализовать в контуре регулирования электромагнитного момента типовые свойствасистем 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, статорныеобмотки 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 токащякоря, выход которого подключен к управляющему входу р егулируемог,.о источника напряжения, при этом другой 5 10 15 20 25 30 35 40 вход регулятора тока якоря соединенс выходом датчика тока якоря, другойвход регулятора частоты вращениясоединен с выходом датчика частотывращения, а вход задатчика интенсивности системы регулирования частотывращения двигателя постоянного токаподключен к другому выходу програм"много блока, выход датчика моментанагрузки подключен к другому входурегулятора момента нагрузки, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических свойствпутем увеличения быстродействия,введены датчик напряжений статора,блок измерений потокосцепления иэлектромагнитного момента синхронноймашины и последовательно соединенныерегулятор электромагнитного моментасинхронной машины и формировательуправляющего напряжения возбудителя,выполненный с элементом деления,двумя интеграторами, блоком фазовогосдвига вектора тока, блоком заданиясоставляющих потокосцепления и блокомфазового сдвига вектора потокосцепления, формирователем гармоническихфункций, элементом дифференцированияи элементом суммирования, выход которого образует выход формирователяуправляющего напряжения возбуждения,первый и второй входы которого образованы соответственно входом делимого элемента деления и отрицательнымвходом первого интегратора, приэтом выход элемента деления соединенс первым входом блока фазового сдвигавектора тока, подключенного двумярыходами к соответствующим входамблока задания составпяющих потокосцепления, первые два выхода которогоподключены к соответствующим входамблока фазового сдвига вектора потококосцепления, у которого выход продольной составляющей потокосцепления статора подключен к входу дели- геля элемента деления и к положительному входу первого интегратора, а выход поперечной составляющей второго интегратора, соединенноговыходом с третьим входом блока задания составляюших потокосцепления ик одному из входов элемента суммирования, другой вход которого черезэлемент дифференцирования подключен к. третьему выходу блока задания составпяющих потокосцепления, вторыевходы блоков фазовых сдвигов векто 1610579 12ров тока и потокосцепления объединены между собой пофазно и подключены к выходу формирователя гармони.ческих функций, соединенного входомс выходом первого интегратора, входыблока измерений потокосцепления иэлектромагнитного момента подключенык выходам датчиков фазных. токов инапряжений, а выходы потокосцепления и электр омаг нит ног о моментасоответственно к второму входу формирователя управляющего напряжениявозбудителя и к другому входу регулятора электромагнитного момента,а выход формирователя управляющегонапряжения возбудителя подключен куправляющему входу возбудителя.