專利名稱：轉(zhuǎn)差控制式交流測功機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于柴油機測試設備。主要涉及一種交流電力測功機，在試驗過程中，它可向柴油機提供連續(xù)可調(diào)的負載，并將柴油機輸出的機械能變?yōu)殡娔芩腿腚娋W(wǎng)。
目前使用較多的測功機是水力測功機和電渦流測功機。水力測功機是利用水的摩擦阻力作為負載，將柴油機輸出的機械能變?yōu)樗臒崮芟牡?；電渦流測功機是利用電渦流產(chǎn)生的電磁阻力作為負載，將柴油機輸出的機械能變?yōu)闇u流環(huán)的熱能，并由冷卻水將此能量消耗掉。兩種測功機共同的缺點是不能回收發(fā)動機的能量，而且浪費水比較嚴重。另一個不足是兩種測功機都不能倒拖柴油機進行起動或冷磨合。
奧地利李斯特內(nèi)燃機研究所(AVL)研制了交流變頻測功機，該機可以將發(fā)動機的機械能變?yōu)殡娔芩腿腚娋W(wǎng)，而且控制精度高，功能齊全。但該機結構復雜，價格昂貴，而且對電網(wǎng)有一定的污染。
山東萊陽動力機廠使用了一種齒輪減速交流測功機，該機由齒輪減速箱和擺動式異步電機組成，具有價格較低，能回收發(fā)動機能量等優(yōu)點。但該機致使的缺點是負載不能調(diào)節(jié)，只能測試柴油機的一個工況點，而且負載不穩(wěn)定，隨著電網(wǎng)的波動而變化。上述缺點使該測功機無法滿足柴油機試驗的要求。
本實用新型的目的在于改變目前柴油機試驗時不僅大量能量白白浪費，而且還要大量費水的現(xiàn)狀。得出一種既能回收利用柴油機能量，又能使負載連續(xù)可調(diào)，確實滿足柴油機試驗要求的，廉價的電力測功機。
本實用新型用電磁轉(zhuǎn)差離合器和三相異步電動機的結合體構成了一種適用于柴油機試驗的測功機。它利用向電網(wǎng)發(fā)電的異步電機來作為被試柴油機的負載，利用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差離合器的勵磁電流來調(diào)節(jié)這一負載。
本實用新型主要運用了以下兩條特性1.當電磁轉(zhuǎn)差離合器輸入軸和輸出軸之間的轉(zhuǎn)速差一定時，該離合器傳遞的扭矩取決于通入其勵磁線圈的勵磁電流的大小，電流越大傳遞的扭矩越大，反之則小。不通入電流則扭矩為零。
2.接在電網(wǎng)上的三相異步電動機，當它被外部機械拖動，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過其同步轉(zhuǎn)速時，該電動機將作為發(fā)電機運行，將外部機械的能量變?yōu)殡娔芩腿腚娋W(wǎng)。
下面，根據(jù)附

圖1和2給出的實施例1來對本實用新型具體描述附圖1是本實用新型實施例1的結構原理圖。
附圖2是圖1測功機的B向視圖。
異步電機14的轉(zhuǎn)子1通過聯(lián)軸器4與電磁轉(zhuǎn)差離合器13的電樞5相聯(lián)，異步電機的定子2又通過滾動軸承3架于軸承座8上。電磁轉(zhuǎn)差離合器的磁極6的軸端有一聯(lián)軸器7，便于柴油機試驗時與柴油機相聯(lián)。異步電機采用4極／8極雙速電機。
柴油機試驗時，對測功機有這樣幾條要求1.能起動柴油機。
2.能向柴油機施加負載。
3.在任一試驗轉(zhuǎn)速下，負載的大小能連續(xù)可調(diào)。
4.能準確指示負載的大小。
以下詳細敘述圖1的測功機是如何滿足上述要求的。
1.起動柴油機將被試柴油機12通過聯(lián)軸器7與測功機相聯(lián)。合上電閘，使異步電機通電，帶動電磁轉(zhuǎn)差離合器的電樞5旋轉(zhuǎn)。在離合器未通過勵磁電流時，離合器的磁極6是靜止不動的。通入勵磁電流，磁極6與電樞5之間便產(chǎn)生相互作用的電磁力，使磁極6跟隨電樞5開始旋轉(zhuǎn)。隨著勵磁電流的增大，磁極6帶動柴油機旋轉(zhuǎn)的速度也不斷升高。當轉(zhuǎn)速升高到300轉(zhuǎn)／分左右時，柴油機便被起動。在整個起動過程中，測功機是以電動機方式運行的。
2.向柴油機施加負載柴油機被起動后，將勵磁電流減小至零，使離合器的磁極6與電樞5之間失去電磁力。這時柴油機與異步電機之間也停止相互作用，兩者互不影響，各自以獨立的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。將被試柴油機升速至任一試驗轉(zhuǎn)速(一般在900轉(zhuǎn)－2200轉(zhuǎn)／分)，這時柴油機的轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過了4極／8極異步電機的同步轉(zhuǎn)速(電機極數(shù)由控制器自動切換，當柴油機轉(zhuǎn)速在1600轉(zhuǎn)／分以下時，電機以8極工作，同步轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)／分。當柴油機轉(zhuǎn)速在1600轉(zhuǎn)／分以上時，電機以4極工作，同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)／分)。如果需要向柴油機施加負載，只須接通轉(zhuǎn)差離合器的勵磁電流，這樣離合器的電樞5便跟隨磁極6的轉(zhuǎn)速，使異步電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也高于電機的同步轉(zhuǎn)速。根據(jù)電機學原理，這時異步電機進入發(fā)電機工作狀態(tài)，通過轉(zhuǎn)差離合器成為被試柴油機的負載。即電機吸收了柴油機的功率并將其變?yōu)殡娔芩腿腚娋W(wǎng)?？梢?，測功機向被試柴油機加載的過程也就是異步電機由電動機變?yōu)榘l(fā)電機的過程。
3.調(diào)節(jié)負載測功機向被試柴油機加載后，按柴油機試驗要求，柴油機轉(zhuǎn)速n1應保持穩(wěn)定，而異步電機的轉(zhuǎn)速n2總是高于并接近于電機的同步轉(zhuǎn)速(因為異步電機的轉(zhuǎn)差率較小)，所以n2也可以認為是基本不變的。由電磁轉(zhuǎn)差離合器的機械特性 M＝KI2n1-n2]]>(K是由離合器結構所決定的常數(shù))可以看出，只須連續(xù)調(diào)節(jié)離合器的勵磁電流I，便可連續(xù)調(diào)節(jié)離合器所傳遞的扭矩M。在某一轉(zhuǎn)速下，調(diào)節(jié)了扭矩也就是調(diào)節(jié)了功率。可見，調(diào)節(jié)被試柴油機負載的過程也就是調(diào)節(jié)異步電機向電網(wǎng)送電量的過程。
4.負載的指示圖1的測功機中，異步電機的定子2通過滾動軸承3架于軸承座8上，這樣不但異步電機的轉(zhuǎn)子1可以在定子2內(nèi)旋轉(zhuǎn)，而且定子2還可以相對于軸承座8自由擺動。異步電機工作時，轉(zhuǎn)子對定子的電磁力矩使定子2有繞軸承3偏轉(zhuǎn)的趨勢。根據(jù)作用力矩和反作用力矩大小相等，方向相反的原理，電機定子2的偏轉(zhuǎn)力矩就等于電機轉(zhuǎn)子1通過轉(zhuǎn)差離合器向柴油機施加的阻力矩。這一力矩可以通過測力傳感器10測出，并由顯示儀表進行指示。傳感器10的一端鉸接于力臂9的端部而另一端鉸接于地面。對傳感器的標定可以通過在校正臂11上掛標準砝碼來進行。
實施例2圖3是實施例2的結構原理圖。
圖4是圖3測功機中轉(zhuǎn)差離合器的特性曲線。
該實施例可采用我國的成熟產(chǎn)品YCT系列電磁調(diào)速異步電動機為主機，配用單片計算機和專用控制測量程序。YCT系列電機是將轉(zhuǎn)差離合器13和三相異步電動機14結合為一個整體的一種電機。其研制和使用目的歷來都是作為電動機使用的。
比較圖1和圖3可以看出，圖3測功機的主要結構與圖1測功機是相同的。所以本實施例測功機的加載、調(diào)載、起動柴油機等工作過程與實施1所描述的完全相同。
下面敘述一下兩實施例不同的部分測矩方式。
實施例1是利用定子可以擺動的異步電機與測力傳感器相配合來測量扭矩的。本實施例為了降低成本、簡化結構，進行了一些試驗。結果證實，電磁轉(zhuǎn)差離合器本身可以起到扭矩傳感器的作用。電磁轉(zhuǎn)差離合器具有圖4中曲線A所示的機械特性。由于該曲線是非線性的，所以在本實施例中采用了單片計算機技術，可以用軟件對此曲線進行校正。具體做法是用直線1(M＝K1I2n1-n2]]>＋b1)，直線2(M＝K2I2
＋b2)……，直線n(M＝KnI2
＋bn)這樣一組直線來分段擬合曲線A。其中Kn是第n段直線的斜率、bn是第n段直線的截距。I，n1，n2分別是轉(zhuǎn)差離合器的勵磁電流、柴油機轉(zhuǎn)速和異步電機轉(zhuǎn)速。I，n1，n2很容易測量，但Kn和bn必須通過實驗來得到。實驗法測取Kn、bn的作法是將標準扭矩傳感器15串聯(lián)在柴油機軸16和測功機軸17之間。在某一柴油機轉(zhuǎn)速下，調(diào)節(jié)勵磁電流I可以得到一組M和對應的一組I2
，根據(jù)這組實測數(shù)據(jù)可以反算出系數(shù)K1，b1，K2，b2，……Kn，bn。然后將算出的系數(shù)制成系數(shù)表存入單片計算機內(nèi)存。這樣，電磁轉(zhuǎn)差離合器就被標準扭矩傳感器所校正，可以作為扭矩作感器使用了。校正后，測功機工作時，將標準扭矩傳感器拆去，使柴油機直接與測功機相聯(lián)。在柴油機試驗過程中，由單片計算機隨時跟據(jù)測到的I2
值去查內(nèi)存中的系數(shù)表，找到對應的Kn、bn用公式M＝KnI2
＋bn算出扭矩M并自動進行顯示。至此，本實施例的測矩問題得到解決。
技術經(jīng)濟效益目前，在各柴油機廠運轉(zhuǎn)的千余臺測功機98％以上都是水力或電渦流測功機，試驗時柴油機發(fā)出的功率全被浪費。據(jù)調(diào)查，全國每年僅195系列的單缸柴油機產(chǎn)量就達300萬臺，按平均每臺出廠試驗1.3小時計算，僅此一項，使用本實用新型就可節(jié)電2500萬度以上。而且，使用本實用新型還可以減輕試驗工人的勞動強度(不需手搖起動柴油機)，提高試驗設備的自動化程度(便于配套實現(xiàn)計算機控制)。
本實用新型與已有技術的對比
權利要求1.一種適用于柴油機試驗的轉(zhuǎn)差控制式交流測功機，其特征在于主要由用以調(diào)節(jié)三相異步電機向電網(wǎng)送電量大小，從而達到無級調(diào)節(jié)測功機功率的電磁轉(zhuǎn)差離合器13和用以作為被試柴油機的負載并向電網(wǎng)發(fā)電的三相異步電動機14結合而成。
2.按照權利要求1所述的轉(zhuǎn)差控制式交流測功機，其特征在于異步電機14的轉(zhuǎn)子1通過聯(lián)軸器4與電磁轉(zhuǎn)差離合器13的電樞5聯(lián)接，異步電機的定子2通過滾動軸承3架于軸承座8上，電磁轉(zhuǎn)差離合器13的磁極6的軸端有一試驗時與柴油機相聯(lián)接的聯(lián)軸器7。
3.按照權利要求1或2所述的轉(zhuǎn)差控制式交流測功機，其特征在于設置有測試轉(zhuǎn)差離合器13向柴油機12施加的阻力矩即柴油機負載的測力傳感器10。
4.按照權利要求1所述的轉(zhuǎn)差控制式交流測功機，其特征在于可采用電磁轉(zhuǎn)差離合器13與三相異步電動機14結合為一體的結構，配用單片計算機和專用的控制測量程序。
5.按照權利要求1或4所述的轉(zhuǎn)差控制式交流測功機，其特征在于制造時設置標準扭矩傳感器15，并將其實測數(shù)據(jù)存入配套的單片計算機內(nèi)存。
專利摘要本實用新型屬于柴油機實驗測試設備，主要涉及一種轉(zhuǎn)差控制式交流測功機，其可向柴油機提供連續(xù)可調(diào)的負載，并將柴油機輸出的機械能變?yōu)殡娔芩腿腚娋W(wǎng)。該測功機主要由電磁轉(zhuǎn)差離合器和三相異步電動機組成，其結構簡單，成本較低，實驗調(diào)試時節(jié)約大量電能、水能、具有良好的社會、經(jīng)濟效益，使用該測功機還可減輕工人的勞動強度，(不需手搖起動柴油機)，提高試驗設備的自動化程序。
文檔編號G01L3/00GK2047785SQ8920291
公開日1989年11月15日 申請日期1989年3月18日 優(yōu)先權日1989年3月18日
發(fā)明者張華平 申請人:張華平