小型交流电力测功机系统的研制.pdf

设计试验研究主持人：张禾小型交流电力测功机系统的研制吉学东 张树军 张勇 任京乐(天津大学天津内燃机研究所)摘要：天津内燃机研究所研制的小型交流电力测功机系统运行可靠，性价比高；采用免测速机矢量控制，控制结构简单、精度高。发动机的油门开度从0100变化时，测功机的转速变化在5 r摩擦曲线很低，特别适用于小型通用汽油机的台架试验；调速范围宽，最高转速可达10000龇以上。关键词： 小型交流电力测功机汽油机研制R&D C C is in in of of is in 1 00，me is ris of he of is up 000 rey C &速、转矩和功率)和经济油消耗)的必要手段。发动机台架试验设备是进行陛能试验必不可少的装备，其水平高低直接影响到能否如实反映发动机的性能，能否提供发动机设计和改进的依据，因此，它对提高发动机的性能和质量居较重要的位置。1各类型测功机比较在天津内燃机研究所(下简称天内所)的交流电力测功机系统问世以前，国产的测功机是以直流电力测功机、电涡流测功机和水利测功机为主。为便于比较各类型测功机，图所周知，测功机的使用范围是该测功机的转矩曲线所包围的面积。比较图前，在小型通用汽油机(功率在1 速发展的情况下，一般直流电力测功机或电涡流及水力测功机无法满足其台架试验的要求，其原因如下。a)直流电力测功机的静摩擦曲线比较高(参见10摩托车技术200412图1)，在1 小型通用汽油机的功率只有1 能无法拖动电机运转。b)小型通用汽油机最高转速一般在8 000 r流电力测功机系统由于受直流电机的限制，其最高转速一般只能达到4 0005 000 r法满足小型通用汽油机的台架试验要求。c)电涡流测功机和水力测功机在额定转速以下，无法恒转矩调速，小型通用汽油机的转矩可能在测功机转矩曲线之外。此外，电涡流测功机和水力测功机无法用于发动机的起动、磨合、摩擦功及效率的测量。交流电力测功机系统是一种高速大转矩测功机系统，其最高转速可以达到10 00012 000 r额定转速以下为恒转矩调速，静摩擦曲线低(接近0)，特别适用于通用汽油机的台架性能试验。它也可以用于发动机的起动、磨合及摩擦功的测量，还可用于拖动电机、水泵、风机和变速箱等工作机械，测量其机械特性和转矩特性。2交流电力测功机的原理和特性曲线交流电力测功机如图2所示。交流电力测功机实际上就是一台交流电机，为万方数据主持人：张禾设计试验研究(a)采用变频器控制的交流电力测功机转矩曲线 (b)采用能耗制动电阻控制的直流电动测功机转矩曲线(c)电涡流测功机的转矩曲线 (d)水力测功机的转矩曲线图1各类型测功机的转矩特性曲线系统的控制机构如图5所示。图电机的外壳支撑在轴承上，使它可以自由摆动。在运转时，利用定子和转子之间的磁场引力，将转子的转矩传到外壳上，然后由与外壳相连的测力机构进行测量。电机的转速由图2中的转速传感器(用于检测)进行测量。由于电机既可以作为发电机使用，也可以作为电动机使用，所以电力测功机不仅可以用来测量发动机的转矩，同时也可以用来拖动发动机，使发动机起动或测量发动机的摩擦功率。作为测功机的交流电机在变频器的控制下实现4象限运行，在额定转速以下为恒转矩调速，在额定转速以上为恒功率调速，能量的输入与输出自动转换，其特性曲线如图3、4所示。一塞一埭挥转速()图3 测功机转矩曲线一钆姗唇图4测功机功率曲线图5系统的控制机构系统的检测参数，如性能检测参数(转速、转矩和燃油消耗)通过传感器检测后进人工业控制计算机接口电路，进行数据处理；状态参数(各种温度、压力等)通过传感器检测后，经过进入工业控制计算机处理数据。测功机控制系统采用变频器矢量控制，实现测功机四象限自动运行、平滑转换。测功运行时，吸收功率由制动电阻消耗，并实现额定转速以下恒转矩控制。测功机转矩特性成方块型，大大改善了测功摩托车技术200412 11万方数据设计试验研究主持人：张禾机的低速转矩特性，扩大了测功机的使用范围。系统中，制动电阻用于吸收发动机的能量。频率设定通过模拟量输入信号控制。控制由开关量输人完成。D，控制起动、停止；于故障复位；制转向。数字量输出用于故障指示。进行发动机的耐久试验时(连续运行200 则系统长期工作在发电状态。检测系统由传感器、工控机、显示器、打印机及测控软件等组成，实现对发动机转速、转矩、油耗及温度等参数的检测和数据处理。3系统应用研究31系统的基本结构系统由测功机、操作控制台、计算机、油耗计量器、油门执行机构和传感器等组成，如图6所示。图6系统基本结构操作控制台包括了系统的功率控制、逻辑转换等控制电路，是系统的控制操作中枢。操作控制台在系统中实施控制的工作流程如下：a)控制指令和参数由操作单元设定发出，操作控制台的信号调理单元将这些参数、指令进行处理，执行操作单元发出的指令并将参数送人变频器，由它对测功机进行控制。b)系统对发动机油门执行器的控制：控制指令和参数由操作单元设定、发出，通过控制信号电缆送人油门操作单元，油门操作单元执行这些指令，对现场的油门执行机构实施控制。由计算机检测系统对12摩托车技术200412性能参数和状态参数进行检测并进行数据处理，打印试验报告。32主要功能该系统同时自动检测、显示发动机的基本性能参数：转速、转矩、功率和燃油消耗率等；检测并显示发动机状态参数，如火花塞垫片温度、机油温度等。自行设计研发的虚拟仪表试验平台，采用以工业控制计算机为核心，过键盘和鼠标操作，进行人机对话，打印试验报告并绘制发动机特性曲线。试验过程中，通过操作单元上的给定电位器控制发动机和测功机工况，从而控制试验进程，完成试验过程。测功机的电动发电运行状态自动转换，无须手动操作。系统有超速保护、紧急停车等一系列保护措施。33主要性能指标最大吸收功率，kw(r3(3 00010 000)最高允许转速，r0 000最大吸收转矩，Nm(r95(03 000)转速测量精度，：士02(土1 r矩测量精度，：士10油耗测量精度，：土10时间测量精度，：士005(士001 s)温度测量精度，：士1034测试数据及曲线本系统已经成功应用于小型通用汽油机的测试，试验数据及曲线举例见表1、表2和图7、图8。4结论天内所研制的小型交流电力测功机系统有如下优点：a)运行可靠，性能价格比高；b)采用免测速机矢量控制，控制结构简单，控制精度高。发动机的油门开度从o100变化时，测功机的转速变化在5 rc)静摩擦曲线很低，特别适用于小型通用汽油机的台架试验；d)调速范围宽，最高转速可达10 000 r之，该系统在实际应用过程中性能稳定、功能卓越，深得用户好评。万方数据主持人：张禾设计试验研究表1速度特性试验数据序 曲轴转速 测功机转速 测量转矩 测量功率 标准状态转矩 标准状态功率 燃油消耗量 燃油消耗率 垫片温度 油门开度号 “m m kr kg(kWh) 1 6 997 6 997 114 O84 115 O84 079 940 194 1002 6 505 6 505 1_37 O93 138 094 075 806 224 1003 6 00l 6 44 O9l 145 O9l 070 769 242 1004 5 506 5 506 144 O83 145 O84 O65 783 252 1005 5 003 5 003 72 139 O73 O60 833 262 510 4 510 144 O68 145 O69 O63 926 252 1007 4 003 4 003 150 O63 15l 063 060 952 252 100表2负荷特性试验数据序 曲轴转速 测功机转速 测量转矩 测量功率 标准状态转矩 标准状态功率 燃油消耗量 燃油消耗率 垫片温度 油门开度号 “m m kW (1州h) 1 6 510 6 510 159 109 160 109 O60 550 224 1002 6 513 6 513 117 080 118 080 O47 588 241 703 6 511 6 506 O72 107 O73 O44 636 644 6 509 6 509 O88 060 O89 O60 040 667 217 575 6 508 6 508 O72 049 O73 O49 O37 755 203 5 507 6 507 058 O40 O58 040 036 900 191 487 6 506 6 506 049 O33 049 034 O35 1 06l 169 468 6 505 6 505 O30 O20 030 O21 O32 1 600 l 69 42至蠢， 、 Ii 。 声图7速度特性曲线手喜懿一 H 、一一一一，一一l 一 ，一、图8负荷特性曲线(收稿日期法国标致摩托车公司访问明星公司 北易公司荣获洛阳市企业管理先进单位称号10月18日，法国标致摩托车公司的品管专家斯蒂芬先生等一行来到明星公司，对该公司的生产管理、品质管理、安全生产管理等方面进行了详细的考察，同时就某些细节问题还对该公司提出了宝贵的意见和建议。此次法国标致公司的来访，对明星公司向西欧市场拓展起到了很好的推动作用，通过相互的了解和沟通，来搭建今后相互合作的桥梁。(刘爱红)北易公司多年来加强企业基础管理，不断深化改革，通过积极引入先进管理方法来推动各项工作的开展，促进了企业经济效益和社会效益的快速提高，实现企业的良性发展。2004年10月20日，洛阳企业管理协会、洛阳市企业家联合会经过审议评定，北易公司被评为洛阳市企业管理先进单位，这是获奖