1. Электрические тормоза на базе асинхронных машин (ам)
Электрические тормоза представляют собой электрические машины в балансирном исполнении (как правило), вал которых соединён с валом испытуемого ДВС. Механическая энергия двигателя в таких тормозах преобразуется в электрическую. Для АМ характерны конструктивная простота, невысокая стоимость, высокая эксплуатационная надёжность при минимальном обслуживании. Однако они уступают МПТ по возможности регулирования скоростного режима и пуска.
Основные элементы АМ и их назначение.
Машины переменного тока, используемые для испытаний ДВС, являются, как правило, асинхронными машинами (АМ). АМ состоят из неподвижной части – статора и подвижной – ротора. Сердечник статора – полный цилиндр из отдельных листов э/т стали толщиной 0,5 мм. Листы изолированы друг от друга. На внутренней поверхности статора в пары укладывают обмотку. Сердечник закрепляют в корпусе.
Варианты исполнения ротора АМ.
Роторы АМ выполняют 2х видов: с короткозамкнутой обмоткой и с фазной обмоткой. Первый тип называется короткозамкнутый (КЗ) АМ, второй тип – АМ с фазным ротором (ФР). Конструкция ротора КЗ АМ имеет обмотку, подобную «беличьему колесу», т.е. набор стержней, объединённых на концах кольцами (это многофазная обмотка с числом фаз, равным числу стержней).
В АМ с фазным ротором в паре ротора укладывают 3х фазную обмотку, аналогично обмотке статора. Обмотку соединяют в звезду, а 3 вывода от неё подключают к контактным кольцам, расположенным на валу АД. Кольца изолированы друг от друга и от вала АД. К этим кольцам через неподвижные щётки подключают пусковой или регулировочный реостат.
Принцип работы АМ. Синхронная частота вращения и факторы, влияющие на неё.
Принцип действия АМ основан на том, что при подключении 3х фазной обмотки статора к 3х фазной сети протекающие по обмотке токи создают вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля n1 называется синхронной.
Магнитный поток при своём вращении пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС. Т.к. обмотка замкнута, то в ней возникает ток, активное сопротивление которого будет совпадать по направлению с ЭДС.
Ток, взаимодействия с магнитным полем, создаёт вращающий момент, который приводит ротор во вращение (режим АД).
Скольжение АМ. Схема взаимодействия магнитного поля статора с током якоря при работе АМ в режиме асинхронного двигателя (АД) и асинхронного генератора (АГ). Частота ЭДС, индуцируемой в обмотке ротора.
Для АД характерно несинхронное вращение его ротора с магнитным полем.
Легко показать, что частота ЭДС, индуцируемой в обмотке ротора:
На номинальной частоте вращения АМ скольжение составляет S = 1,5…5,0%. Номинальная частота вращения зависит от n1 (частота вращения магнитного поля) и не может быть выбрана произвольно. АМ может работать в режиме электротормоза (генераторном режиме). Это возможно в том случае, если ротор будет принудительно вращаться от постоянного источника со скоростью, большей скорости магнитного поля (отрицательное скольжение ω > ω1). Итак, ω < ω1 – режим АД S > 0; ω > ω1 – режим АГ S < 0. Т.о. номинальное значение частоты вращения в режиме АД и в режиме АГ различны.
Механическая характеристика АМ (объясните закономерности её протекания). Её соответствие характеристике испытуемого ДВС.
С ростом S вращающий (или тормозной) момент АМ должен возрастать. Т.к. этот момент создаётся за счёт разности частот магнитного поля статора и ЭДС якоря. Т.о. скорость АМ изменяется с изменением нагрузки. Эта зависимость носит довольно жесткий характер, что в целом удобно для использования АМ в качестве тормозной установки для испытаний ДВС.
Однако с ростом S (увеличением частоты вращения) увеличивается индуктивное сопротивление ротора, что приводит к уменьшению активной составляющей тока, несмотря на увеличение полного тока.
АМ в режиме генератора АГ может работать как параллельно с сетью, так и на автономную нагрузку. В любом случае, для этого необходимо, чтобы частота вращения вала ротора, приводимого от постороннего источника (ДВС) и вращающемого в ту же сторону, в которую вращается магнитное поле статора, превысила бы синхронную частоту вращения n1.
Т.к. n > n1, то направление вращения магнитного потока статора относительно ротора меняется на обратное.
Направление перемещения магнитного поля относительно проводников статора и ротора в этом случае противоположны. Индуцируемые в них ЭДС будут иметь разные знаки.
2. Измерение частоты вращения. Цифровые измерительные системы 2-го рода
В основе работы ЦИС-2 лежит измерение временного интервала tu, задаваемого ДПУ, путём заполнения этого интервала импульсами выходной частоты f0 от внешнего опорного генератора (ОГ).
Основные погрешности ЦИС-2 при измерении средней угловой скорости: источники погрешностей (2) и их выражения. Выражение для суммарной относительной погрешности измерения средней угловой скорости (ср). Зависимость ср от средней угловой скорости (ср), числа штриховых меток (z), частоты опорного генератора (f0) и от погрешности кодовых меток (0).
1. Погрешность квантования. Измерительный интервал tu дробиться высокочастотными импульсами ОГЧ. Характер образования δN аналогичен его появлению в ЦИС-1. Начальные и конечные точки импульсов с периодом T0 = 1/f0 будут случайным образом размещаться в пределах измерительного интервала
3. Индицирование ДВС. Измерение сигнала пьезоэлектрических индикаторов
Основные недостатки схемы с усилителем напряжения. Схема с усилителем заряда: принципиальная схема включения пьезодатчика.
Каким требованиям в этом случае должен удовлетворять усилитель? Каким должно быть его входное сопротивление? Основные уравнения, описывающие поведение этой схемы(3)? Уравнения, описывающие поведение этой схемы. Функция преобразования и постоянная времени. Каким способом в этом случае можно изменять масштаб регистрации? Основные преимущества данной схемы.
№ 11
1. Электрические тормоза на базе асинхронных машин (АМ)
Электрические тормоза представляют собой электрические машины в балансирном исполнении (как правило), вал которых соединён с валом испытуемого ДВС. Механическая энергия двигателя в таких тормозах преобразуется в электрическую. Для АМ характерны конструктивная простота, невысокая стоимость, высокая эксплуатационная надёжность при минимальном обслуживании. Однако они уступают МПТ по возможности регулирования скоростного режима и пуска.
Требования к процессу регулирования АМ.
Возможные способы регулирования АМ вытекают из двух основных зависимостей
Требования к качеству регулирования рассмотрены со следующих позиций: 1. диапазон регулирования. 2. Плавность регулирования. 3. Изменение кпд в процессе регулирования.
Способы регулирования АМ (3), их преимущества и недостатки. Регулирование изменением скольжения: в АМ с короткозамкнутым ротором (КЗР) и фазным ротором (ФР) с точки зрения требований к качеству регулирования.
Итак, возможное изменение частоты вращения n может быть реализовано: 1. Изменением скольжения S. В случае изменения питающего напряжения уменьшается Мк и кпд АМ.
В случае изменения сопротивления в цепи якоря в АМ с ФР в цепь ротора включаются добавочные резисторы. Это позволяет плавно регулировать частоту вращения
Практически этот метод используется в узком диапазоне скоростей, т.к. уменьшается кпд, сожжет быть использовано кратковременно. Но в отличие от первого случая Мmax не изменяется.
2. Изменением частоты питающего напряжения f1. Этот способ позволяет плавно менять угловую скорость в широком диапазоне. В этом случае ЭМХ АМ будет перемещаться вдоль оси абсцисс.
Кроме того, при частотном методе регулирования АМ регулирование скорости не сопровождается увеличенным скольжением S, поэтому потеря мощности минимальна. Для осуществления процесса регулирования с постоянным моментом, что позволяет сохранить высокий кпд и высокий коэффициент перегрузки, одновременно с частотой следует изменять и подводимое напряжение. Недостатком схемы является высокая стоимость источника питания.
3. Изменением числа пар полюсов р. Практически реализуется переключением схемы соединения обмотки статора. Это даёт возможность использовать 2, 3 или 4 скоростных режима. Но дискретность и узкий диапазон регулирования делает этот метод неудобным при испытаниях ДВС.
Система с преобразователями частоты: принципиальная схема, основные элементы, преимущества и недостатки этой схемы регулирования. Какие устройства в этом случае используются и какое влияние на питающую сеть они оказывают?
1. Управляющий выпрямитель (УВ) превращает переменное напряжение в постоянное Ео. 2. Это напряжение можно в широких пределах регулировать с помощью блока управления (БУ-1). 3. Выпрямленное и регулируемое напряжение Ео поступает на вход управляемого инвертора (УИ), который преобразует напряжение Ео в 3-х фазное напряжение регулируемой частоты с помощью БУ-2. Это напряжение подводится к АМ. Управляемые тиристоры в УИ служат ключами посредством которых сопротивление нагрузки с разной полярностью подключаются к источнику постоянного напряжения Ео. Тиристоры включаются попарно с требуемой частотой. При этом
Ток, отдаваемый в сеть, также будет иметь такую искажённую форму, что снижает эффективность рекуперации (снижает качество энергии). Дальнейшее повышение точности регулирования частоты вращения АМ возможно с применением замкнутой САР с использованием сигнала обратной связи по частоте вращения.
Преимущества и недостатки АМ в качестве тормоза.
Преимущества: 1. Конструктивная простота; 2. Невысокая стоимость; 3. Высокая эксплуатационная надёжность; 4. Простота обслуживания; 5. Меньшие (по сравнению с МПТ) габариты и масса; 6. Обратимость, т.е. возможность работы в режиме электродвигателя; 7. Возможность рекуперации энергии в сеть. Недостатки: 1. Сложность широкого и плавного регулирования скоростного режима; 2. Системы статического ПЧ резко увеличивают стоимость АМ в качестве НУ ДВС; 3. В связи с этим довольно сложно использовать АМ для исследовательских испытаний.
Область применения.
Приёмно-сдаточные испытания ДВС моторно-строительных заводов и ремонтных мастерских, когда по условиям испытаний достаточно ограниченного числа скоростных режимов, и необходимость прокрутки (холодная обкатка).