Стенд для испытания двигателя внутреннего сгорания

Союз Советских Социалистических Респтбвик(61) Доцолци 22) Зяя 1,1, ц чвт. Свц;1-и льцос к 8,11,75 (21) 2193894 Онеиием заявкиКг.- ( О 1 Ч 15/О ( (11 Л 1, 3 2-1 с присо осударственныи комитетСовета Министров СССРоо делам изобретенийи открьтий(23) Приори гст ОН 1, )лцк1:; ц 1,").О.77. ог 5 сг 1 ць Л 1 исяНя 26..77 Дятя оц, блцковяии 5 2) Авторы ЦЗООРССНЦ 51 аниленко, В, 1, )11 горуико, А. Е.В. Я. Варанов и С. Д, Яалкининский государственнь:и проектцыТ 51 кпромавтоматик 11;оик;ги Укр; 71) Заяи 1 ггсл 1 институт ЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ В Н УТРГ Н НЕГ СГОРАНИЯ 51) 2 я двигателя ие соединенорости и нанное в виде Изобретение относится к областц испытаний двигатсля внутреннего сгорания, преимущественно к автоматизированным с;1 стемам для стендовых испытаний.Известны стенды для испытанвнутреннего сгорания, содержащные с валом двигателя датчик скгрузочное устройство, выцол неэлектрической машины 11.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 преобразоватслсй измеренного усилия в электрический цли другой аналоговый сигнал, необходимый для автоматической регистрации мощности или автоматического управления процессом испытаний.Кроме того на таком стенде невозможно измерить мощность двигателя в неустаиовившемся ре)киме работы 1 при разгонах, замедлениях и т. д,),Известны стенды, содержащие соединенноес валом двигателя и датчиком скорости нагрузочное устройство, вь;полцсцнос в виде электрической машины с фазным ротором, в 5 цепь питания которого включен измерительэлектрических потерь, а в цепь статора - измеритель активной мощности 2.В таком стенде учет коэффициента полезного действия элсктрической мацпшы осуцтс ствляется в виде поправки, зависящей от активной мощности и потерь в цепи ротора.Однако в таком стенде це достигается полной точности измерения мощности, что связано с отсутствием коррекции результатов из мерений по скорости двигателя (не учитываются механические потери).Известны стендь для испытания двигателей внутреннего сгорания, содержащие соединенные с валом;1 спытусмого двигателя ддт чик скорости и ндгрузочное устройство, выполненное в виде электрической машины с ф ЯЗН Ы М 11,1 1 КОРОТКОЗЯ М КНУТЫ М РОТОРО)1, В цспь стятОря которо 1 Вкл 10 чсць Т 1)яис 11)01)мятор тока и цоследоьательно сосдинецныс из мсрцтс 1 и 51 ктивной мОщностц, измерцел НОтерь в статоре, подключенный к трансформатору тока и регистратор 3.В таком стенде так)ке не обеспечивается,особенно для двигателей с фдзным ротором, ю точность измерения, т, к. при модуляц(ш КЛД;ек риСск 011 .,я)цянь в со()сСтвуОп(с блоке не учитывается зависимость КПД от скорости ротора при постоянном моменте сопротивления. И кроме того ) От ст(.цд цс 0ссцечиваст измерение мощности, цодводцмой к валу электрической машины црц ее работ( в гецеряторцом режиме.С цс,ьк) цоьышсцця тоцОсти измерения ц раси)ц)Сцц 51 оцлцстц црцмсцецця путем учета цзмсрсцця коэффициента потерь от част(ггы вращения вала в предлагаемом устройстве к измерите;по потерь в статоре подсоединен измеритель электрических потерь ротора через измеритель механических потерь, выцолцсциый в нидс Д 1 ухтяктнОГО коцдецсятОрцого ЯСТОТОМСР 21, СОЕДЦЦСПЦОГО С УСИЗЦТСЛСМ, Ц 21- Грузкой кОтО)010 с;1 у)кит цслццейньй дели с ь 11 цр 51)кс 14 051, а дат 1 цк скорос гц связан с 0.мерцтслямц мсхацГчсскцх ц электрических потерь.11 (1)иг. 1 цр(.дставлсц 1 фуцкццоця.ьця 51 схема стсцдя для испытания двигателей внутреннего сгорания; ца фиг. 2 - принципиальная схема измерителя мсхяццчсскцх потер(;а (1) ц г. 3 - ц р ипи ц и а л ь ц я 51 (. хец: 1 с р 1 Т сля электрГч(скцх потерь ротора. Стсцд сод(.ржцт цяГрузоц(ос мстроцство, выполненное и виде асинхронной электрической машины 1, соединенной с валом двигателя 2 внутреннего сгорания. В цепь статора электрической машины 1 включен измеритель 3 активной мощности, а в одну цз фаз через трансформатор тока ТТ - 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 также 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 Р и варисторе Лг, зашунтированном резистором Л, служащих нагрузкой усилителя 12. Измеритель 9 (фцг. 1) электрических потерь ротора содержит двухтактный конденсаторный частотомер 13 (фиг, 3) на транзисторах Тз ц Т 4, делитель напряжения на резисторах Я 4 и В, усилитель 14 падения напряжения на резисторе Ъ, подключенном последовательно с нагрузкой Я к выпрямителю Д, - Дс фазного напряжения ротора.В цепь выхода измерителя 9 (фцг. 1) включен переключатель 15 рода работы стенда. 10 5 20 )0 30 35 40 11 р измерении мощности механических потерь испыту емОГО двиГателя посредствоь Измерения мощности ца валу электрической мяц)иц)1 с язи)1 м ротором в рс)кис электродвигателя (переключатель 15 в цоложсццц Л) мощность, потребляемая этой машиной От сети, измеряется измерителем 3 активной моццОсти. Суммарная мощность электрических потерь в цсш стятора, магнитных и добавочных потерь электрической машины измеряется измерителем 4. При этом сигнал, пропорциональный току статора, с трансформатора тока ТТ преобразуется в измерительном преобразователе 5 в постоянный ток поступает ца вход блока 6 возведения н квадрат. С выхода измерителя 4 снимается электрический сигнал, 5 ропорциоцгл(ц)ш квадрату тока статора, то есть сумма электрических потерь мощности в цсгц статора, м я гц цтцых и добавочных потерь.(В связи с тем, что сумма перечисленных потерь пропорциональна току статора, и сс зцячецце определяется в основном составляюцсй электрических потерь статора, измеритель 4 назван измерителем потерь в статорс).(12 сОцы 1 сигнал с датчика 8 скоросзч ротора постуаст на входы измерителя 7 механических потерь ц измерителя 9 элсктриц скцх 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 варцстора Рг с коэффициентом нелинейности, равным трем, зашунтированного резистором Рз, второе - из резистора )1. Поэтому выходной сигнал измерителя 7, снимаемый с резистора 1, пропорционален выражению:Ьз=К и+Кг и р где К и Кг - коэффициенты пропорциональности;и - скорость вращения ротора.Так как механические потери Рв электрической машине содержат потери в подшипниках Р, = А, и; потери на трение коллектора о щетки Р(, - А, и; потери на трение ротора о воздух Рт.р.,=Аз и и вентиляционные потери Р,=А 4 и, то:Р= (А(+Аг+А 4)и+Аз и,где А 1, Аг, Аз и А 4 - коэффициенты пропорциональности.При выборе коэффициентов К = А, + Аг+ +А 4 И К,=Аз ВЫражЕНИЕ (1) дЛя НаПря)КЕ- ния 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(5) УоКо -- , а К.=У и,При выходной сигнал усилителя 14. Вход усилителя 14 подсоединен к резистору Яо, включенному в цепь нагрузки Я выпрямителя Д в : До фазного напряжения ротора. Падение напрякения на резисторе )(о пропорционально выпрямленному току ротора. Известно, что выходной сигнал частотомера 11 пропорционален произведению входного частотного сигнала на напряжение питания частотомера. Таким образом, напряжение У на выходе частотомера 13, снимаемое с резистора Рт, пропорционально произведенито скорости ротора на выпрямленный ток ротора:У=Ур и Кз,где Кз - коэффициент пропорциональности,Из этого напряжения вычитается пропорциональное току ротора выходное напряжение Уделителя на резисторах В, и Р, подключенных к выходу усилителя 14,Г,= УК где Ко - коэффициент пропорциональности.Таким образом, напряжение на выходе измерителя 9 будет равно:К - У= Уп Ко - УК), (3) 11 с трудно доказать, что выракение (3) эквивалентно выраженшо электрических потерь в роторной цепи:Р =ЗЕ Ьь где Е - э.д.с. фазной обмотки ротора;У, - ток фазы ротора.Известно, чтоЕ,=Ею ,где Ео - э.д.с. в фазной обмотке заторможенного ротораи - и)(6)и,где п - скорость вращения магнитного полястатора (постоянная величина).Выражение (4) с учетом (5) и (б) приметвид; р, - 3 1 в " , , а - е , ) . 7) и, /Преобразовав последнее выражение с учетом выпрямления, получим Рог = П 1 р - /о 1 р (8) и,где Уо - э.д.с. выпрямителя при полностьюзаторможенном роторе (постояннаявеличина);Ур - ток нагрузки выпрямителя роторного напряжения. выражсше (3), а, следовательно, и величиа сигнала иа выходе измерителя 9 оказывается 10 15 )О 25 30 35 40 45 50 55 60 из пропорцноцалш)ой электрическим потерям в цепи ротора,Так как выходы измерителей 3, 4, 7 и Г включены между собой последовательно (полярность указана на фиг, 1), из выходного сигнала измерителя 3, пропорционального )онности, потребляемой электрической машиной 1 из сети, вычитаются выходные сигналы измерителей 4, 7 п 9, пропорциона;иные, 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 полезнои мощности на валу электрической машины, поступает на вход регистрирующего прибора 10.При измсрецит развиваемой испытуемым ;ЕвигатсгСм мо)ииости, подводпмой к валу электрической машины, работающей в гсцсраторном режиме (переключатель 15 - в положении Б), измеритель 3 измеряет мощность, рскуперируемую в сеть статором электцсскоЙ )а 11 ин 1. Так как иап 1)авлс 11 ис пс- )сдети эцсргцц измсц 51 стся иа противоиоложПОс, тО 1 апря 1(ст)ис выходного (чгнала измсритсля 3 меняет полярность (ца фиг. 1 в скооках). Измсиястся также полярность иа выходе измерителя 9. Однако, перскл)очателсм 15 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 измерцтелси 4 и 7 цс изменяется. Выходные напряжения всех измерителец суммируются. Суммарный сигцал, поступао;ций ца вход рсгистрпрующсго прибора 1 О, будет пропорцпоналет Сумме мощности, отдаваемой статором в сеть, и мощности всех поте)ь в электрической машине, то есть )тощности, подводимой к валу машины.В данном стенде в качестве ндгрузочиого стт)оиства )Ожст бытэ при)с 1 сна элет,тричес 1(ая маиица с короткозй)кнуте 1)1 ротором, раоотаюшая в двигательном и гсиераторном режиме. Для этого псреключатсл). 15 устанавливают в положение В, при котором измеритель 9 не используется. В остально) устройство работает аналогично вьпие описанному.Наличие измерителей всех видов потерь выгодно отличает предлагаемый стенд от известных, так как гаетьшается погрешность измеренця, обусловленная влиятгнем скорости вращения ротора ца КПД электрческой машины.Вел:чина каждого вцда указанных потерь составляет единицы процентов от мощности электрической машины, поэтому измерение их даже с погрешностью 5% в результате ооесис иц)ает измсреии( цошностт с погрешность 0 до нсско,1 ких лсс 51 гы до,1 сй процент 1, 1 а к, и а и ) и м , в р 1 3 р а0 т а и и 0) Стс и де цкачестве измерителя активной мощности при: сцен ссрийцьй прибор Е 748-У/2 (изготовитль БЗЭП) класса то ности 0,25%. Измери."в.ь суммы электрических потерь статора, магццтньх ц добавочных потерь выполнен в 5 виде серийного блока Л(цзготовцтель - МЗТЛ) класса точности 1,0, соединенного с трянсфорцаторо тока через, змеритсльцый 1:реобразователь переменного тока Е 810 (изготовитель БЗЗП) класса точности 0,5. 10Измерители механических потерь и электрических потерь в цепях ротора легко были изготовлены по вышеприведенным схемам. В результате лабораторных испытаний оказалось, что погрешность устройства не превы шает +0,5%.Существенным преимуществом данного стенда является его возможность измерять как мощность испытуемого двигателя, так и мощность потерь прц холодной обкатке, т. е, 20 црц работе электрической машины как в двигательном так ц в генераторном режимах. Предложенный стенд .;)ожет быть использован ца испытательных станциях моторо строительных заводов. В цасто 51 щее Врсм 51 на этих заводах и качестве приводно-нагрузочных устройств при испи)та;ии двигателей применяются специальньи балацсцрцые электри 1 сскце маш:шы с фазцым ротором, являющи еся усложненной модификацией машин общепромышленного типа.В случае применения предлоксцного устройсгва упомянутые балацсцрцыс машины с вссоцзмсрцтсля)ымц устройствами могут З 5 быль замсисцы более дсшевымц ц цадс 5 кцы 1 ц электрц,."цмц;ацциам ц 0011 сиромыц- ленного тип;. Пс):о.1 ку предложенный стенд :мсет выходной сигнал, приспособлсццыц к его дцст".ццоциой передаче, упрощается по строение автоматизированных систем для испытан.я двигателей.Таким образом, использование предложенного стенда дает существенный экономический эффект.Форт) ла изобретенияСтенд для испытания двцгателя внутреннего сгорания, содержащий соединенные р валом испытуемого двигателя датчик скорости ц цагрузочное 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)цо повышения точности и расширения области применения путем учета изменения коэффициента потерь от частоты вращения вяла, и измерителю потерь в статоре подсоединен измерцтел, электрических потерь ротора через измеритель механическцх потерь, выполненный в виде двухтактпого коцдецсяторцого частотомера, соединенного с усилителе:,1, нагрузкой которого служит целцисццый .слцтсль напряжения, а датчик скорости связан с измерителями механических ц электрических потерь.Источники информации, принятые во вцц яии прц экспертизе:1. И. Я, Райков, Исцт 1 ние двигателей ицутрсццсго сгорания, М., Выси)ая школа, 1975 с. 99,2. Пр)сцскт фирмы Оио Сокки Лвтомятцзцроияццый стенд для измерения цоказятс,сй токсцчцостц ДВС, Япония, 1973.3. Лвторское свидетельство СССР 323679, М. Кл.- 6 01 М 3/24, 1972 (прототип).Составитель Н. ПатрахальцевАфанасьева Техред М, Семенов Корректор О. Тюрина едакт Подписно каз 11 бб/2 Изд. М 441 ЦНИИПИ Государствеишог по делам из3035, Москвин /1/Г Йго 7 иу сиоросло ирвж 1106та Министров Срытийцб., д, 5 Ткомитета Совебретеиий и откЗ 5, Гау