Жидкостной регулировочный реостат предназначен для изменения тока в обмотке ротора и тем самым частоты вращения вала асинхронной машины, как в режиме двигателя (холодная обкатка), так и в режиме генератора (горячая обкатка и испытание двигателя). Реостат представляет собой закрытый сетчатым кожухом бак емкостью 300 л, наполненный 1--3% раствором кальцинированной соды. Внутри бака на валу при помощи изоляторов укреплены три электрода, каждый из которых состоит из трех стальных пластин, средняя из них основная, а две боковых -- дополнительные. Каждый электрод соединен проводом с фазовой обмоткой ротора. Изменяя степень погружения электродов в жидкость, регулируют активное сопротивление в обмотках ротора и тем самым частоту его вращения (в режиме двигателя) или нагрузку (в режиме генератора).
Температура жидкости в баке (около 50°С) поддерживается при помощи электропомпы, перемешивающей раствор, и охлаждающей воды, циркулирующей в рубашке бака.
Если раньше на стендах с машиной типа АК реостат приводился в движение рукояткой червячной передачи, то теперь на стендах с машиной типа АКБ благодаря применению электрического исполнительного механизма работой реостата можно управлять дистанционно, при помощи кнопок управления, расположенных на отдельном пульте.
На основном пульте управления стендом, кроме циферблата весового механизма, установлены манометр для измерения давления масла в системе смазки двигателя, два указателя дистанционных термометров для измерения температуры воды на входе и выходе из рубашки двигателя, измеритель электрического тахометра. Асинхронные балансирные тормозные машины типа АКБ по сравнению с машинами типа АК обладают рядом особенностей:
- щеточный механизм введен в корпус машины;
- на боковых щитах предусмотрены цапфы для балансирной подвески машины на стойках;
- увеличено сечение обмотки ротора;
- бандажи ротора из стальной проволоки заменены лентой из стеклоткани;
- вал ротора выведен в оба конца машины.
Все эти усовершенствования позволили тормозной машине работать с частотой вращения до 3000 об/мин.
На рисунке 8 в качестве примера приведена электрическая схема стенда СТЭУ - 40. Перед пуском электродвигателя включают рубильник Р сети. Загораются сигнальные лампы Л, показывающие, что все фазовые обмотки балансирной машины БМ находятся под напряжением.
Нажав кнопку «Пуск» магнитного пускателя и постепенно заглубляя электроды жидкостного реостата, приводят во вращение ротор электрической машины БМ и вал двигателя ДВС. С увеличением заглубления электродов частота вращения ротора повышается.
Рис. 8 Электрическая схема тормозного стенда СТЭУ-40: Р-- рубильник; МП -- магнитный пускатель; Л -- сигнальные лампы; БМ -- балансирная машина -- асинхронный электродвигатель с фазным ротором; ДВС -- испытуемый двигатель внутреннего сгорания; ВР -- водяной реостат в цепи ротора; ЦН -- циркулярный насос системы охлаждения водяного реостата.
После включения зажигания (подачи топлива), пуска испытуемого ДВС и повышения частоты вращения более чем 1000 об/мин электрическая машина БМ перейдет в режим работы генератора и, тормозя испытуемый двигатель, будет отдавать электроэнергию в сеть. По данным испытаний стендов ГОСНИТИ, коэффициент отдачи электроэнергии в сеть (в интервале тормозной мощности) составляет 0,7.
Следует заметить, что стенды ГОСНИТИ оснащены автоматическими устройствами, обеспечивающими переключение заданных режимов обкатки и испытания двигателя и контроль за его работой. Так, применены дистанционное управление реостатом; автоблокировка, предотвращающая запуск стенда, если электроды реостата не находятся в исходном положении; световая сигнализация; дистанционные указатели давления и температуры масла в системе смазки и температуры воды в системе охлаждения; дистанционный указатель частоты вращения вала тормоза и др.
Недостатком рассмотренных балансирных машин трехфазного тока является ограниченный предел минимальной частоты вращения (1000 об/мин) при работе машины в тормозном режиме.
Индукторный тормоз (рис. 9) состоит из стального ротора 1, обычно представляющего собой двухрядное зубчатое колесо, и статора 3, разделенного на две половины, между которыми помещается катушка возбуждения 2. Во внутреннюю полость статора вставлены гильзы 4, по длине равных ширине зуба ротора.
Рис. 9 Схема индукторного тормоза:
1 -- ротор; 2 -- катушка возбуждения; 3 -- статор; 4 -- гильза.
Действие индукторного тормоза заключается в следующем. При вращении ротора катушка 2 создает магнитный поток, концентрирующийся в местах расположения зубьев ротора 1. Отдельные участки гильз, находящиеся напротив зубьев ротора, поочередно намагничиваются и размагничиваются, в результате чего в гильзах наводятся вихревые токи.
Взаимодействие основного магнитного поля ротора с магнитным полем вихревых токов статора создает сопротивление вращению ротора.
Вихревые токи сильно нагревают гильзы статора. Их охлаждение может быть водяным или воздушным. На приведенной схеме вода подводится в верхнюю часть корпуса статора, охлаждает поверхности статора и ротора и сливается через патрубки в канализацию.
Нагрузку индукторного тормоза регулируют, изменяя силу тока возбуждения. Мощность, потребляемая катушкой возбуждения, весьма незначительна и составляет всего 0,1--0,5% максимальной поглощаемой мощности.
Индукторные тормоза просты по конструкции, компактны, дешевы, достаточно энергоемки и надежны в эксплуатации. Недостатки индукторных тормозов заключаются в невозможности использования их для проворачивания коленчатого вала двигателя и невозможности рекуперации поглощаемой тормозом механической энергии.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИЗМЕРЕНИЕ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА НА КОЛЕНЧАТОМ ВАЛУ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ
Измерение крутящего момента двигателя, работающего на стенде, сводится к измерению усилия на рычаге статора тормоза. Из разнообразных типов весовых устройств, предназначенных для этой цели, наибольшее применение получили маятниковые и квадрантные динамометры.
В маятниковом динамометре (рис. 1) к плечу r двуплечего рычага приложено усилие Р статора тормоза, а на плече b установлен уравновешивающий груз Q. Под действием усилия Р маятник 1 с грузом Q отклонится на некоторый угол б и будет удерживаться в этом положении.
Рис. 1 Схема маятникового динамометра:
1 - груз; 2 - шкала; 3 - ось валика с кривошипом.
Условие равновесия двуплечего рычага можно выразить равенством
P·r·cosб=Q·b·sina,
где Q -- вес груза маятника, кгс (Н);
а -- угол отклонения маятника от вертикального положения, град;
b -- расстояние от центра тяжести груза маятника до оси кривошипного валика, мм;
r -- радиус кривошипа валика, мм.
Тогда тормозное усилие
Обозначая совокупность постоянных величин как
P = C·tga,
то есть усилие на статоре тормоза пропорционально тангенсу угла отклонения плеча b маятника от вертикального положения.
Значения tgб отсчитывают по шкале 2 маятника динамометра, градуированной в единицах (кгс или Н) измеряемой силы Р.
Преимуществами маятниковых динамометров являются простота их устройства и обслуживания, а также реверсивность, благодаря которой можно измерять крутящий момент, как при работе испытуемого двигателя, так и при проворачивании его коленчатого вала. Эти достоинства обусловили тот факт, что маятниковые динамометры широко используются в тормозных устройствах, применяемых на массовых испытаниях двигателей в практике моторостроительных и ремонтных заводов.
В маятниковом весовом механизме (рис. 2) электростенда ГОСНИТИ тяга 2 соединяет кронштейн 1 корпуса машины с эксцентриковым валиком 3.
На конце этого валика закреплен рычаг маятника 9 с грузом 10 и зубчатый сектор 8. Зубчатый сектор находится в зацеплении с шестерней 7, укрепленной на валике 4, другой конец которого связан со стрелкой 5 циферблата. Чтобы уменьшить трение и повысить чувствительность весового механизма, валик 4 стрелки 5 и эксцентриковый валик 3 установлены на шарикоподшипниках. В шарнирных соединениях кронштейна 1 с пальцем, пальца с тягой 2 и тяги 2 с эксцентриковым валиком 3 также установлены шариковые подшипники.
Рис. 2 Маятниковый весовой механизм электростенда ГОСНИТИ:
1 -- кронштейн для соединения механизма с корпусом электрической машины; 2 --тяга от корпуса машины к эксцентриковому валику; 3 -- эксцентриковый валик; 4 -- валик стрелки циферблата; 5--стрелка циферблата; 6--втулка с торцовыми зубцами; 7 -- малая шестерня; 8 -- зубчатый сектор (большая шестерня); 9--рычаг маятника; 10-- груз маятника; 11 -- стойка; 12 - демпфер; 13 -- пульт приборов.
С целью снижения резкости отклонения маятника и быстрого уменьшения его колебаний при резком изменении нагрузки в конструкцию весового механизма введен гидравлический демпфер (успокоитель) 12.
На циферблате весового механизма нанесены две шкалы. Одна шкала -- с делениями от нуля по часовой стрелке -- для измерения нагрузки при работе машины в генераторном (тормозном) режиме, а другая -- с делениями от нуля против часовой стрелки -- при работе машины в режиме двигателя.
Недостатком маятниковых динамометров является сравнительно невысокая точность измерений (погрешность 1%), что объясняется наличием зазоров и действием сил трения в шарнирах звеньев маятникового весового устройства. Поэтому для получения более точных результатов измерений тормозной силы (погрешность 0,1%) применяют квадрантные динамометры, в которых трение скольжения заменено трением качения.
В квадрантном динамометре (рис. 3) два симметрично расположенных маятника 1 укреплены на кулаках -- квадрантах 2. Кулаки 2 подвешены на тонких стальных лентах 4 к направляющим 5, которые закреплены в корпусе весов. Измеряемое усилие Р через балансир 9 и две стальные ленты 8 передается кулачкам 7, конструктивно объединенным с квадрантами 2.
В состоянии покоя, когда сила Р = 0, маятники занимают нейтральное положение, показанное штриховой линией на правой половине рисунка 10. При этом центр тяжести маятника 1 находится на одной вертикали с точкой подвеса ленты 4, но маятник будет отклонен от вертикали на угол бо.
Под действием усилия Р маятники 1 совершают сложное движение, перекатываясь своими кулаками 2 по стальным лентам 4, отклоняясь от нейтрального положения на угол бо+ б и поднимаясь на высоту h1.
При заданном значении тормозной силы Р маятники 1 отклонятся от вертикального положения на угол б. В этом случае равновесие системы весового механизма будет достигнуто при
где а1 -- радиус кулачка-квадранта 2;
а2 -- радиус кулачка 7;
b--длина плеча маятника.
Рис. 3 Квадрантный динамометр: 1 -- маятник; 2 -- кулак-квадрант; 3 -- указатель; 4--стальная лента; 5 -- направляющие; 6 -- зубчатая рейка; 7--кулачок; 8--стальные ленты; 9--балансир; 10 -- шкала.
Из приведенной формулы следует, что при близких радиусах а и ах можно небольшими грузами Q уравновешивать значительные тормозные силы Р. Кроме того, придавая кулачкам 7 определенную форму, можно получить равномерную шкалу во всем диапазоне изменений силы Р (от нуля до максимального значения).
Перемещение балансира 9 от действия силы Р через зубчатую рейку 6 и шестерню передается стрелке 3, которая на шкале 10 отмечает значение силы Р.
Квадрантные динамометры не обладают свойством реверсивности и для измерения силы Р с обратным знаком оборудуются специальной рычажной системой. С целью уменьшения колебаний измеряемой силы Р устанавливают демпферы (поршень, помещенный в заполненный маслом цилиндр).
Момент (кгс·м или Н·м), удерживающий статор тормоза, численно равен крутящему моменту двигателя и определяется по формуле
где Р -- усилие, приложенное к центру тяжести груза маятника динамометра, кгс или Н;
L --длина плеча тормоза (расстояние от оси ротора до оси пальца соединительной тяги весового механизма), м;
зм -- коэффициент полезного действия редуктора, установленного между двигателем и тормозом.
Если между двигателем и тормозом редуктора нет, то зм = 1, а крутящий момент двигателя (кгс·м или Н·м)
Me = P·L.
Мощность двигателя (кВт)
Подставляя в эту формулу
.
получим:
Если совокупность постоянных величин выразить как
то мощность
Значение tgб отсчитывают по шкале динамометра, градуированной в единицах (кгс или Н) измеряемой тормозной силы Р.
Так как для большинства тормозов длина плеча L = 0,7162 м, то постоянная С = 0,001 и, значит, для испытуемого двигателя мощность (кВт)
или мощность (л.с.)
где Р -- тормозная сила, отсчитываемая по шкале весового механизма тормоза, кгс или Н;
п -- частота вращения вала тормоза, об/мин.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСОВОГО РАСХОДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕГО УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЯ
Расход топлива за опыт измеряют по его объему или по массе. В лабораторной практике и в производственных условиях чаще всего пользуются вторым способом.