1. Электрические тормоза на базе машин постоянного тока (мпт)
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.
Основные элементы МПТ, их назначение.
На неподвижной части МПТ расположены полосы и обмотки возбуждения (ОВ). Обмотки соединены так, чтобы при прохождении по ним тока полосы приобретали чередующуюся полярность. На вращающейся части расположена обмотка, в которой индуцируется ЭДС. Поэтому вращающаяся часть называется якорем. От обмотки якоря идут ответвления к коллектору, который представляет собой цилиндрическое тело, состоящее из изолированных медных пластин. Обмотка имеет большое число секций, каждая из которых ответвляется и следующим друг за другом коллекторным пластинкам.
Электродвижущая сила (ЭДС) обмотки якоря.
При вращении якоря в проводниках его обмотки наводится ЭДС (точнее в проводниках, лежащих на внешней поверхности сердечника) e = B*l*V, [B] Тл (Тесла). В обмотке якоря наводится переменное ЭДС, т.к. каждый проводник проходит полосы разной полярности. Для выпрямления ЭДС используется коллектор, с которым соприкасаются щётки. Последние устанавливаются в тех местах, где ЭДС меняет направление, т.е. в середине межполюсного промежутка.
ЭДС обмотки якоря: 1. E = cE*n*Ф, где сЕ – конструктивная постоянная МПТ. 2. сЕ = Р*W/(60a), где Р – число нар полюсов, W – общее число активных проводников якоря, а – число параллельно работающих витков якоря, Ф – поток полюса якоря. 3. n = E/(cE*Ф).
Быстроходность МПТ: влияющие факторы (3) и ограничения (3). Электромагнитный момент МПТ. «Скольжение» МПТ при изменении внешней нагрузки. МПТ в режиме генератора и в режиме двигателя: частота вращения и соотношение ЭДС и напряжения. Механическая характеристика МПТ при работе с внешней активной нагрузкой: возможности регулирования и практическая реализация.
Из выражения для Е следует: 1. для увеличения быстроходности машины, надо увеличить Е (увеличить разность напряжений между коллектором и щётками) (Е = 500В – граница… увеличение Е до 800В). 2. увеличение быстроходности за счёт уменьшения сЕ за счёт уменьшения Р, но увеличивается нагрузка на каждую щётку. 3. увеличение быстроходности за счёт уменьшения сЕ за счёт уменьшения U (число витков), но увеличиваются коммутационные явления между ламелями коллекторов.
Недостатки (3) и область возможного применения.
Выводы: 1. Необратимые потери энергии, её преобразование в тепло и рассеивание её в окружающую среду. 2. Более низкая, как правило, устойчивость режима по сравнению с ГДТ.
3. Неудобства при снятии НХ ДВС: любое изменение нагрузки приводит к значительным изменениям скоростного режима системы МПТ-ДВС. Это изменение тем больше, чем выше n, что требует перенастройки тормоза.
Область применения: 1. обкатка ДВС после ремонта; 2. приёмо-сдаточные испытания.
Задача № 6
2. Измерение расхода топлива
Тахометрические расходомеры и расходомеры с вращающимся шариком: основные элементы, принцип действия, мера расхода, метрологические свойства (основные достоинства (4-5)) и недостатки (2).
В качестве такого СИ применён объёмный тахометрический расходомер топлива. Тахометрические расходомеры (ТР) относятся к скоростным расходомерам, в которых для создания движущего (вращающего) момента на подвижном элементе используется кинетическая энергия измеряемого потока. Чувствительный элемент (первичный преобразователь или ротор) данного СИ совершает вращательное движение, причём его угловая скорость в широком диапазоне расходов прямо пропорциональна объёмному расходу. Выходным сигналом (мерой) является частота вращения ротора, регистрируемая вторичным преобразователем и преобразуемая (как правило) в частоту импульсов. Принцип измерения заключается в подсчёте числа импульсов в течение заданного интервала времени. Во вторичном преобразователе (регистраторе импульсов) часто используется фотоэлектрический принцип преобразования частоты вращения, при котором имеет место минимальная силовая нагрузка на ротор, что не препятствует его вращению, сопутственно движению потока. Суть заключается в том, что при вращении ротора (крыльчатки) происходит пресечение оптического канала оптопары или отражение светового потока от рёбер лопаток крыльчатки. Частотная модуляция сигнала позволяет сочетать высокую точность измерения и малую инерционность.
Достоинствами ТР являются:
широкий диапазон расходов (20:1) и более в сочетании с линейной статической характеристикой;
низкая основная погрешность (0,25…0,50%):
высокие динамические свойства (постоянная времени ТР лежит в пределах = 0,02…0,10 с);
независимость результатов измерения от давления;
низкая потеря напора:
частотная модуляция сигнала облегчает передачу информации, уменьшает влияние помех, упрощает её обработку и хранение, благодаря чему упрощается задача автоматизации сбора и обработки информации.
К недостаткам ТР относятся:
износ подшипников;
влияние вязкости измеряемой среды;
необходимость учёта плотности топлива.
В зависимости от взаимного расположения оси направления потока и оси вращения ротора различают аксиальные и тангенциальные ТР.
Рассмотренные выше преобразователи имеют дискретные выходные сигналы, которые в принципе могут обрабатываться по одной и той же программе с учётом различий их частотного диапазона. Это обстоятельство облегчает задачу сбора и обработки информации и способствует её унификации.
Расходомеры с овальными шестернями (роторами): основные элементы, принцип действия, мера расхода, метрологические свойства, основной недостаток, способ повышения разрешающей способности и способ компенсации основного недостатка. Задача №11.
В настоящее время значительно большее распространение получили камерные счётчики-расходомеры с чувствительными элементами в виде овальных шестерён (стр. 2, рис. снизу справа). Такие счётчики имеют разделительные элементы в виде двух, находящихся в зацеплении, овальных шестерен. Эти шестерни вращаются в противоположные стороны под действием разности давлений жидкости в подводящем и отводящем патрубках расходомера. В результате этого происходит перемещение определённых объёмов измеряемой среды. Габаритные размеры и масса таких счётчиков-расходомеров значительно меньше, чем у поршневых счётчиков, благодаря вращательному движению разделительных элементов.
Топливо, заключённое в замкнутом отсеке, образованном поверхностью расточки измерительной камеры и поверхностью шестерни, выдавливается этой шестерней, как поршнем, в выходную полость. Благодаря зубчатому зацеплению через четверть периода в таком же положении окажется другая шестерня. Таким образом, за время одного цикла работы счётчика проходит четыре таких объёма измеряемой среды. Задача измерения сводится к автоматическому счёту количества оборотов шестерен и времени. Если снабдить такой счётчик тахометрическим преобразователем, измеряющим частоту вращения шестерен или выходного вала редуктора, то данное СИ можно считать расходомером.
В простейшем исполнении на показания таких счётчиков оказывают существенное влияние утечки жидкости, зависящие от величины зазоров между шестернями, вязкости среды, температуры, величины расхода, перепада давления на самих шестернях, величины внешнего нагружающего момента. Это приводит к большим погрешностям измерения малых расходов, к плохой воспроизводи мости показаний, к трудностям поверки.
Однако, если поддерживать перепад давления с обеих сторон счётчика близким к нулю путём принудительного вращения одной из шестерен, то можно резко снизить влияние утечек через зазоры и получить необходимую точность в широком диапазоне расходов.
