Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ средств контроля и измерения механических характеристик вращательного движения 11
1.1 Средства измерения и контроля скорости движения 11
1.2 Методы и средства измерения вращающего момента 13
1.2.1 Гидравлические тормоза 15
1.2.2 Электрические тормоза 17
1.2.3 Тормозные стенды с балансирными машинами постоянного тока для измерения вращающего момента 19
1.2.4 Механические устройства для измерения вращающего момента 21
1.2.5 Оптические устройства для измерения вращающего момента 22
1.2.6 Электрические приборы для измерения вращающего момента 23
1.3 Выбор и обоснование выбора метода для разработки устройств контроля мгновенной скорости движения 32
Глава 2 Математическая модель процесса формирования сигнала индукционного первичного преобразователя устройства измерения мгновенной скорости 39
2.1 Постановка задачи расчета сигнала индукционного первичного преобразователя 39
2.2 Замена высококоэрцитивного цилиндрического магнита бесконечно тонкой катушкой с эквивалентным по намагниченности током 43
2.3 Граничное условие для определения поверхностной плотности токов намагниченности на границе раздела сред диэлектрик ферромагнетик 49
2.4 Граничное условие для определения поверхностной плотности вихревых вторичных токов на поверхности неферромагнитного проводящего тела в условиях сильно выраженного поверхностного эффекта 52
2.5 Граничное условие для определения поверхностной плотности вихревых токов в конструкциях, выполненных из разнородных в магнитном отношении материалов 57
2.6 Составление системы алгебраических уравнений для численного расчета вторичных токов 58
2.7 Численный расчет сигнала индукционного первичного преобразователя 61
2.8 Экспериментальная проверка достоверности численного расчета математической модели формирования сигнала индукционного первичного преобразователя 72
Глава 3 Разработка устройства измерения мгновенной скорости и методика измерения ускорения за период 76
3.1 Устройство для измерения мгновенной скорости 76
3.2 Методика определения средних значений ускорения за текущий период 84
3.3 Оценка динамических погрешностей устройства запоминания амплитудных значений сигнала 86
Глава 4 Области применения устройства для измерения мгновенной скорости и индукционного первичного преобразователя 94
4.1 Устройство измерения вращающего момента для стационарных нагрузок времяимпульсным методом с применением индукционных первичных преобразователей 94
4.2 Датчик вращающего момента асинхронного двигателя 105
4.3 Устройство контроля компрессии в цилиндрах бензинового двигателя внутреннего сгорания 108
4.4 Выводы 116
Заключение 117
Библиографический список 118
Приложения
- Методы и средства измерения вращающего момента
- Замена высококоэрцитивного цилиндрического магнита бесконечно тонкой катушкой с эквивалентным по намагниченности током
- Методика определения средних значений ускорения за текущий период
- Датчик вращающего момента асинхронного двигателя
Введение к работе
Практика исследования динамики работы различных машин и механизмов требует применения средств контроля и измерения мгновенных значений характеристик движения, как при прямолинейном, так и при криволинейном движении.
Важными параметрами движения, определяющими динамику работы машин и механизмов, являются мгновенная скорость движения при прямолинейном или криволинейном (вращательном) движении, ускорение, вращающий момент, механическая мощность, являющимися в общем случае некоторыми функциями времени.
Обзор отечественной и зарубежной технической литературы показал, что существуют разнообразные технические средства контроля и измерения усредненных параметров движения и отсутствуют сведения по средствам измерения мгновенных значений характеристик движения.
Целью данной работы является разработка устройства контроля и измерения мгновенной скорости движения и создание на его основе комплекса бесконтактных помехоустойчивых технических средств контроля и измерения характеристик вращательного движения, обладающих простотой конструкции.
Для достижения этой цели необходимо решение следующих задач:
- выбор метода, позволяющего решать задачу получения информации о
мгновенных характеристиках движения;
- создание математической модели первичного преобразователя
устройства измерения мгновенной скорости;
- разработка функциональных и электронных схем технических средств
контроля и измерения механических характеристик при вращательном
движении на основе выбранного метода.
В диссертационной работе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные с использованием теории электрических цепей, теории электромагнитного поля, методов
7 вычислительной математики, а также специально разработанных для численных расчетов вычислительных программ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
показана возможность создания устройств контроля и измерения механических характеристик вращательного движения (мгновенная скорость, ускорение, вращающий момент) индукционным методом;
предложена математическая модель процесса формирования сигнала индукционного первичного преобразователя устройства измерения мгновенной скорости;
предложены функциональные и принципиальные электрические схемы технических средств контроля и измерения механических характеристик при вращательном движении индукционным методом;
предложена и разработана схема прибора для измерения и контроля компрессии в цилиндрах бензинового двигателя внутреннего сгорания с использованием ЭДС самоиндукции стартерного электродвигателя.
Основные положения, выносимые на защиту;
разработка средств контроля механических характеристик вращательного движения индукционным методом;
- математическая модель процесса формирования сигнала индукционного
первичного преобразователя устройства измерения мгновенной скорости;
функциональная и электрическая принципиальная схема устройства измерения мгновенной скорости вращения;
функциональная и электрическая принципиальная схема устройства контроля вращающего момента времяимпульсным методом;
функциональная и электрическая принципиальная схема датчика вращающего момента асинхронного двигателя на основе устройства измерения мгновенной скорости;
функциональная и электрическая принципиальная схема устройства контроля и измерения компрессии в цилиндрах бензинового двигателя
8 внутреннего сгорания косвенным методом.
Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на:
- 43 Международной научно-технической конференции Ассоциации
автомобильных инженеров (Омск,2003);
- Международной научно-практической конференции "Дорожно-
транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура "
(Омск,2003).
- Научно - практической конференции "Проблемы современного
развития автомобильного сервиса" (Омск - 2005).
По материалам диссертационной работы опубликовано 7 печатных работы, в том числе 2 тезиса докладов на научно- технических конференциях.
Подано 3 заявки на изобретения.
По заявке "Устройство для измерения мгновенной скорости" получен патент на изобретение Российской Федерации № 2227304 от 20.04.2004г.
По заявке "Электронное устройство для измерения компрессии в цилиндрах бензинового двигателя внутреннего сгорания" получен патент на изобретение Российской Федерации №2245532 от 27.01.2005г.
По заявке "Способ измерения крутящего момента" получено положительное решение на выдачу патента на изобретение Российской Федерации №2004105889/28 с приоритетом от 27.02.2004г.
Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, научная новизна и практическая значимость результатов, сформулированы цель и задачи работы, представлена структура диссертационной работы и основные положения выносимые на защиту.
В первой главе проведен аналитический обзор средств и методов контроля и измерения механических характеристик вращательного движения. Обоснован выбор индукционного метода измерения для разработки комплекса средств измерения и контроля индукционным методом.
Во второй главе представлены результаты математического
моделирования индукционного первичного преобразователя устройства
измерения мгновенной скорости, являющегося основой для создания комплекса устройств контроля и измерения механических характеристик при вращательном движении индукционным методом. Рассмотрены граничные условия для расчета магнитного поля на границе раздела сред, а также приведен расчет максимального приращения потокосцепления сигнальной обмотки индукционного первичного преобразователя по методу вторичных источников тока. Отражены результаты экспериментальных исследований сигнала индукционного преобразователя, в зависимости от его геометрии и других величин, определяющих выходной сигнал индукционного первичного преобразователя. Также приведены результаты экспериментальной проверки достоверности численного расчета математической модели формирования сигнала индукционного первичного преобразователя.
Третья глава посвящена исследованиям, направленным на разработку устройства измерения мгновенной скорости вращения. Разработаны структурные и принципиальные электрические схемы электронных блоков преобразования сигнала индукционного первичного преобразователя и электронной цепи выделения сигнала мгновенной скорости.
Предложена методика измерения ускорения вращательного движения с использованием устройства измерения мгновенной скорости, проведена оценка метрологических характеристик аналогового запоминающего устройства датчика мгновенной скорости. Рассмотрены статические и динамические составляющие погрешности аналогового запоминающего устройства, произведен расчет основной погрешности измерения мгновенной скорости вращения.
В четвертой главе представлены разработанные на основе индукционного метода устройства:
устройство контроля и измерения вращающего момента времяимпульсным способом;
датчик вращающего момента асинхронного двигателя;
устройство контроля компрессии в цилиндрах бензинового двигателя внутреннего сгорания косвенным методом.
Представлены результаты экспериментальных испытаний разработанных устройств и приведены результаты градуировки.
В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.
В приложении А приведены электрические принципиальные схемы разработанных устройств. В приложении Б представлены акты внедрения результатов работы в учебный процесс и на производстве.
Методы и средства измерения вращающего момента
При испытаниях различного рода двигателей и энергетических установок с целью улучшения конструкции, повышения эксплуатационной надежности, уменьшения тепловых, механических, электрических потерь и увеличения к.п.д. требуется создание более совершенной измерительной аппаратуры для определения усилий, передаваемых вращающимся валом, т.е. устройств для измерения вращающих моментов.
Применение устройств для измерения вращающих моментов вызвано необходимостью измерения мощности энергетических установок, особое значение при этом имеет измерение мощности иа высокоскоростных режимах работы, где многие системы измерения неприемлемы.
По принципу работы (методу преобразования) все приборы и устройства для измерения вращающего момента можно разделить на следующие основные группы [2,3]: механические, гидравлические, оптические, электрические.
Большинство из существующих на сегодняшний день приборов для измерения вращающего момента применяются в стационарных и лабораторных условиях, что подчеркивает их основной недостаток — невозможность использования этих приборов в условиях наличия вибрации и биений валов, больших колебаний запыленности, влажности и температуры воздуха.
Для длительного и постоянного использования в полевых условиях пригодны только вибрационно-частотные, временные, фазовые, омические и бесконтактные принципы измерения [3].
Вибрационно-частотные датчики изготавливают совместно с валами из специальных высококачественных сталей. Из-за многообразия типоразмеров валов различных машин и механизмов вибрационно-частотные датчики ненашли широкого применения.
Временные и фазовые методы применяются только на валах с большой базой (длиной вала) или большим углом закручивания вала. К недостаткам этих методов следует отнести зависимость погрешности измерения от скорости вращения и биения вала, а также высокую технологическую сложность аппаратуры. В связи с этим временные и фазовые измерители вращающего момента могут применяться только строго локальных условиях эксплуатации.
Наиболее простой способ измерения, который применяется для измерения вращающего момента основан на непосредственном измерении деформации на поверхности исследуемого вала с помощью теизометрических датчиков [3,4].
Анализ существующих направлений [3,4-9,41 -45] в развитии отечественных и зарубежных средств измерительной техники и методов оценки энергетических параметров и механических характеристик машин и механизмов показал, что в большинстве случаев в качестве первичных преобразователей используют проволочные тензорезисторы.
В настоящее время также нашли применение бесконтактные принципы измерения вращающего момента, основанные на преобразовании угла закручивания вала в электрический выходной сигнал (магнитные и фотометрические методы измерения угла закручивания); применяют также способ измерения, основанный на фазовой модуляции выходного сигнала.
Каждый из применяемых принципов измерений обладает определенными преимуществами и недостатками. Тензометрический принцип - это контактный метод измерения, и основным недостатком теизометрических приборов является наличие контактных колец. В отличии от теизометрических преобразователей в магнитных измерителях контактные кольца не применяются, но они обладают большой инерционностью. Для реализации как магнитных, так и электронных принципов измерений с различного рода модуляцией требуются сложные электронные схемы, имеющие низкуюнадежность.
Перспективным направлением исследования средств для измерения энергетических параметров является создание современных измерительных комплексов, включающих микропроцессорную технику, и позволяющих измерить значения не только вращающего момента, но и скорости вращения, ускорения, механической мощности.
Основным поставщиком датчиков вращающего момента на сегодняшний день является немецкий производитель НВМ (Hottinger Baldwin Messtechnik) GmBh представляющий на рынке широкую номенклатуру измерительных преобразователей [62,63]
Рассмотрим основные методы и средства измерения крутящих моментов [2-3,5 -9], классифицированные по принципу преобразования устройств и условиям их применения.
Определение мощностных характеристик двигателей является основной целью проводимых испытаний. Эффективная мощность двигателя Р выражается через вращающий момент Мкр и частота вращения п формулой Р = МКР п.
Непосредственному измерению поддаются вращающий момент и число оборотов.Работа гидравлического тормоза основана на сопротивлении жидкости разрыву и на возникновении сил трения между жидкостью и телом, движущимся в ней. Конструктивно гидравлический тормоз представляет собой заполненный водой кожух, в котором вращается ротор, снабженный карманами (камерами) в виде ложек, штифтами или перфорированными дисками. Поглощаемая тормозом мощность расходуется на нагревание воды, которая пропускается через тормоз.
Основными параметрами, характеризующими гидравлический тормоз, являются: тормозная мощность, тормозной момент, частота вращения, температура рабочей жидкости, выходящей из тормоза.
Поглощаемая тормозом мощность при различной частоте вращения и различной регулировке ограничивается его внешней характеристикой.
В зависимости от конструкции проточной части гидравлические тормоза подразделяют на следующие основные типы: дисковые, штыревые, лопастные комбинированные.
Дисковый гидравлический тормоз состоит из одного или нескольких закрепленных на валу дисков, которые вращаются между дисками, связанными с кожухом, являющимся статором тормоза.
При вращении ротора вода, заполняющая рабочую полость тормоза, вращается вместе с ним и стремится увлечь за собой балансирно подвешенный статор. Соединенное со статором измерительное устройство удерживает его от вращения и одновременно обеспечивает возможность измерения тормозного момента.
Наиболее распространенными тормозами этого типа являются многодисковые гидравлические тормоза. Гидравлические тормоза предназначены для испытания дизелей мощностью до 1200 кВт при частоте вращения 50 Гц. Максимальный вращающий момент на валу составляет 5500 Нм.
Штыревой гидравлический тормоз имеет ротор, выполненный в виде барабана, снабженного снаружи радиально расположенными четырехгранными штырями. Статор тормоза, которым является замкнутый и балансирно подвешенный кожух, имеет аналогичные штыри, обращенные внутрь. При вращении ротора его штыри проходят между штырями статора в слое воды, заполняющей кожух. Недостатком этих гидравлических тормозов является часто возникающая вибрация штырей, что служит причиной невысокой
Замена высококоэрцитивного цилиндрического магнита бесконечно тонкой катушкой с эквивалентным по намагниченности током
Индукционный преобразователь мгновенной скорости может быть выполнен либо в виде катушки с ферромагнитным сердечником, запитанной от источника тока, либо в виде постоянного магнита, на котором намотана сигнальная обмотка. Как в первом, так и во втором случае создается постоянное (первичное) магнитное поле. При этом потокосцепление сигнальной обмотки изменяется за счет перемещения ферромагнитного или проводящего тела в первичном магнитном поле индукционного преобразователя.
Более простую схему имеет индукционный преобразователь с постоянным магнитом. Для получения математического моделирования процесса формирования сигнала, индуцируемого на сигнальной обмотке, можно заменить с некоторым приближением, достаточным для численного расчета, постоянный магнит некоторой бесконечно тонкой катушкой с постоянным током, имеющей такую же геометрическую форму, как заменяемый магнит. При этом магнитодвижущая сила этой катушки, учитывающей намагниченность постоянного магнита, должна быть такой величины, чтобы магнитное поле системы этих проводников с током (эквивалентной катушки намагничивания) осталась таким же, как для случая с постоянным магнитом (рисунок 2.1).
Для замены постоянного магнита эквивалентной катушкой намагничивания необходимо определить значение элементарного тока намагничивания в каждом витке катушки и число витков этой катушки или удельную плотность ее намотки. Это значение будет зависеть от типа применяемого материала постоянного магнита. Величина плотности поверхностных токов, например для редкоземельного магнита составляет 6200А-витков на сантиметр длины магнита [16]. Элементарный кольцевой ток намагниченности і „ в эквивалентнойтонкостенной катушке намагничивания рассчитаем, используя закон полного тока.а- датчик с магнитом до замены, б- модель датчика с тонкостенной длинной катушкой, заменяющей постоянный магнит (1-постоянный магнит; 2-сигнальная обмотка;3-эквивалентная обмотка) Рисунок 2.1 Замена постоянного магнита датчика эквивалентной катушкой намагниченности конечной длины, намотанной бесконечно тонкимпроводом:
Индукция и напряженность магнитного поля магнитного поля во внутреннем объеме постоянного магнита определяются выражениями [17]высококоэрцитивных магнитах величина напряженности магнитного поля приближенно равна коэрцитивной силе Нм Нс, где Нс - коэрцитивная сила постоянного магнита - такая величина внешнего магнитного поля, которую необходимо создать, чтобы полностью размагнитить постоянный магнит, т.е. численные значения этих величин приближенно равны между собой.
Учитывая вышеизложенное допущение, получаем выражение для намагниченностиНа основании закона полного тока для цилиндрического длинного магнитного тела, намагниченного по направлению оси, намагниченность J можно выразить следующим образом (полагая, что намагниченность создается большим числом элементарных круговых поверхностных токов одинаковой величины)
На основании полученного выражения можно определить выражение элементарного поверхностного кольцевого постоянного тока в одном витке эквивалентной тонкостенной катушки намагничивания, принимая w»1. Выбранное число витков в конечном счете будет определять число первичных источников тока, создающих первичное поле. Чем больше w, тем точнее расчет сигнала и тем больше объем вычислений.
Для определения коэффициента поляризации TV" используют модель эллипсоида вращения [18]. Для эллипсоида, образованного вращением эллипса вокруг оси а, причем а Ъ (вытянутый эллипсоид вращения - овоид) и внешнее поле направлено вдоль оси вращения деполяризация определяется следующим образом В этом случае решение поставленной задачи сводится к расчету статического поля, возбуждаемого посредством проводников с током, т.е. заданными являются первичные источники поля. К неизвестным же вторичным источникам поля кроме вихревых токов относится намагниченность ферромагнитных элементов, либо вихревые токи для случая не ферромагнитных проводящих тел, протекающих в тонком поверхностном слое.
Принятые допущения позволяют свести рассматриваемую краевую задачу к расчету фиктивных вторичных круговых токов, распределенных только по поверхности движущегося тела относительно первичного ПОЛЯ, только для одного положения тела, для которого оси первичных круговых токов и вторичных токов совпадают. Это возможно для цилиндрической формы индукционного преобразователя.
В связи с тем, что конечной целью является определение интегральной величины - выходного сигнала электромагнитного преобразователя, появляется возможность сужения задачи и сведения ее к анализу только магнитного поля в области сигнальной обмотки, так как отпадает необходимость анализа поля в других областях.
Методика определения средних значений ускорения за текущий период
Разработанное устройство для измерения мгновенной скорости, также может использоваться для определения ускорения вращающихся валов в динамических режимах работы. Для этого в схему датчика мгновенной скорости добавляется хронограф или цифровой таймер, позволяющий запоминать период времени между импульсами датчика мгновенной скорости.
Тогда значение ускорения можно получить путем деления разности соседних значений мгновенной скорости, следующих друг за другом на измеренный и запомненный электронным таймером период вращения вала или вращающего механизма.
Высокая помехоустойчивость и метрологические характеристики устройства для измерения мгновенной скорости обусловлены применением экранированных ИПЇЇ и простой схемой устройства преобразования сигнала ИГШ, позволяющего исключить операцию дифференцирования при измерении мгновенной скорости вращения.
Рассмотрим устройство запоминания амплитудных значений сигнала (рисунок 3.6), определяющее основную составляющую погрешности при статическом и динамическом режимах работы устройства измерения мгновенной скорости.
Упрощенная принципиальная схема устройства (рисунок 3.9) включает сравнивающий (СУ) и буферный (БУ) усилители, зарядный диод VD\, диод VD2, ограничивающий резистор R2, запоминающий конденсатор СУ. Сравнивающий и буферный усилители реализованы на операционных усилителях (ОУ) А1 и А2. Первый работает в режиме максимального усиления (режим насыщения), а второй включен по схеме неинвертирующего усилителя напряжения, коэффициент передачи которого равен единице. принципиальная аналоговогозапоминающего устройства
С поступлением от индукционного первичного преобразователя датчикаскорости положительного импульса Uex начинается режим запоминания, в течении которого через диод FDIH резистор R2 емкость О заряжается выходным током сравнивающего усилителя. Благодаря отрицательной обратной связи, охватывающей аналоговое запоминающее устройство, на емкости О обеспечивается точное отслеживание текущего входного напряжения. В момент прохождения сигналом Uai. максимума подзарядконденсатора О прекращается, диод VDI запирается и аналоговое запоминающее устройство переходит в режим хранения. При этом на выходе схемы фиксируется постоянное напряжение Uвых равное, с некоторойпогрешностью AU, входному напряжению в момент запирания диода VD\.
Величина погрешности запоминания внешнего сигнала AU определяется статическими и динамическими ошибками режима записи аналогового запоминающего устройства, а также ошибками его режима хранения. Модель электрической структурной схемы для анализа динамических свойств аналогового запоминающего устройства приведена на рисунке 3.10. На схеме сравнивающий усилитель представлен в виде безынерционного релейного Параметр R3KS учитывает прямые сопротивления диода VD1, резистораR2 и выходное сопротивление сравнивающего усилителя. Идеальный диод VDuD с нулевым прямым сопротивлением указывает на принадлежность аналогового запоминающего устройства к классу релейных систем однонаправленного действия.
Динамический процесс в системах такого рода характерен тем, что регулирующий сигнал /(х) представляет собой импульсы напряжения самплитудой Um + ІІщ, а напряжение на конденсаторе С\ в переходном режимене может уменьшаться. Таким образом, полагая буферный и сравнивающий усилители безынерционными, можно получить закон изменения напряжения на выходе аналогового запоминающего устройства (см. рисунок 3.11)
Зависимость (3.5) называется линией заряда. Она иллюстрирует предельные возможности схемы по быстродействию и, согласно уравнению (3.4), остается справедливой при действии любых входных сигналов, крутизна нарастания которых выражается формулой
Быстродействие современных операционных усилителей с полевыми входными транзисторами сравнительно невелико и при анализе динамики аналогового запоминающего устройства следует учитывать инерционность буферного усилителя. Если представить буферный усилитель в виде линейного апериодического звена первого порядка, то, учитывая инерционность буферного усилителя, можно получить выражение для выходного напряжения аналогового запоминающего устройства:1 - линия заряда; 2- предельная линия установления входного напряженияРисунок 3.12 Переходной процесс в следящей системе при крутизне нарастания входного сигнала меньше крутизны линии заряда
Подставляя значения USbix = Uex в уравнение (3,8) получим выражение для расчета длительности T:J режима записи схемы
Кривые переходных процессов следящей системы показаны на рисунке 3.12. По кривой можно увидеть, что динамическая погрешность равна разностиДля входных сигналов, скорость нарастания которых меньше значений, задаваемых выражением (3.7), процесс установления напряжения Ueb!Xсостоит из многих циклов подзаряда (рисунок 3.12) с постепенно уменьшающейся крутизной.
Кроме динамической ошибки, элемент аналоговой памяти в режиме записи имеет статическую погрешность, определяемую в основном свойствами усилителей А1 и А2. Статическая погрешность в элементе аналоговой памятизамкнутого типа определяется выражениемгде Ki коэффициент усиления сравнивающего усилителя; UQ\- параметр, учитывающий напряжение смещения нуля усилителя А1 и его дрейфовую составляющую.
С помощью специальной схемы зарядной цепи устранена погрешность элемента аналоговой памяти за счет утечки зарядов конденсатора О через буферный усилитель и зарядную цепь.Для расчета погрешности аналогового запоминающего устройства в режиме хранения воспользуемся схемой замещения, приведенной на рисунке 3.13, В соответствии со схемой, разрядный ток емкости G1 равен
Датчик вращающего момента асинхронного двигателя
Электрические двигатели являются основными элементами многих схем автоматики, телемеханики и вычислительной техники. Наиболее часто в современных технологических системах применяется электропривод с асинхронными двигателями переменного тока. Важной характеристикой является вращающий момент асинхронного двигателя.
Вращающий момент М асинхронного двигателя определяется выражением [18]При номинальных режимах работы асинхронного двигателя ток ротора асинхронного двигателя практически равен току обмотки статора /j, т.е.выражение (4.7) принимает видгде пс - синхронная скорость вращения поля. Скольжение s определяется выражением где пс - синхронная скорость вращения поля;п скорость вращения ротора асинхронного двигателя.
Подставляя выражения (4.10) и (4.9) в (4.8) получаем формулу для определения вращающего момента асинхронного двигателя по току статора и скорости вращения ротора, которая определяется с помощью датчика мгновенной скорости, рассмотренного выше
Структурная схема датчика вращающего момента асинхронного двигателя представлена на рисунке 4.9.мгновенной скорости. Этот уровень напряжения поступает на первый вход вычитающего устройства 4, на второй вход которого с блока формирования, величины, пропорциональной скорости вращения поля 3, поступает уровень напряжения щ пс; в результате на выходе вычитающего устройства 4 получается сигнал и =пс-п, пропорциональный разности скоростейвращения электромагнитного поля и ротора асинхронного двигателя, который поступает на первый вход делителя 6, на второй вход которого с трансформатора тока 1, через блок возведения в квадрат 2, поступает сигнал«2 = / , пропорциональный квадрату тока статора. В итоге на выходеделителя 6 снимается сигнал и$ = —, пропорциональный вращающему(пс - п)моменту асинхронного двигателя.
Принципиальная схема датчика вращающего момента приведена в Приложении А. Опытный образец датчика используется в учебном процессе (см.приложение Б).
В данном разделе рассматривается одно из возможных применений индукционного метода для измерения компрессии в цилиндрах бензинового двигателя внутреннего сгорания.
Основной структурный параметр, характеризующий состояние поршневых двигателей - герметичность камеры сгорания. Нарушение герметичности приводит к снижению мощности двигателя, увеличению расхода топлива, масла и количества выхлопных газов, вредных для окружающей среды.
Диагностическим параметром герметичности камеры сгорания является максимальное давление сжатия (компрессия) в камере сгорания. Величина компрессии зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, его температурного состояния и ряда других факторов.
Наибольшая зависимость компрессии от герметичности наблюдается при прокручивании вала двигателя с выключенным зажиганием или отключенной подачей топлива при пусковой частоте вращения. Из-за большого числа влияющих факторов компрессия является ориентировочным показателем герметичности камеры сгорания.
Другим показателем состояния двигателя является равномерность распределения компрессии по цилиндрам. Для исправного двигателя в процессе его эксплуатации компрессия снижается равномерно во всех цилиндрах. Неравномерность компрессии указывает на появление неисправностей в цилиндрах с пониженным давлением.
Существующие до настоящего времени методы контроля компрессии были основаны на непосредственном измерении максимального значения компрессии в камере сгорания по всем цилиндрам двигателя и требовали к ней открытого доступа.
Для контроля компрессии в цилиндрах бензинового двигателя внутреннегосгорания применим индукционный метод, позволяющий косвенно определитьравномерность распределения компрессии по цилиндрам и оценить степеньизноса цилиндро- поршневой группы.
При вращения якоря стартерного электродвигателя в его обмоткеиндуцируется ЭДСгде се - постоянная электрической машины, не зависящая от режима ее работы;Ф - магнитный поток, проходящий через воздушный зазор и якорь электродвигателя; па - частота вращения якоря.
Мощность, подводимая к электростартеру автомобиля за вычетом электрических потерь, преобразуется в электромагнитную мощность равную:где Еа — ЭДС, индуцируемая в обмотке якоря стартерного электродвигателя; 1а - ток якоря.
Полезный вращающий момент, на валу электродвигателя, определяется где Р- электрическая мощность, потребляемая стартером вмомент пуска двигателя;па - частота вращения якоря стартера. Учитывая то, что определение компрессии в цилиндрах двигателяпроисходит при установившемся режиме работы стартера, т.е. частота вращения якоря па = const, формула примет вид:о где ия(і)- мгновенное значение падение напряжения на стартере, при вращении двигателя стартером;ія(і)- мгновенное значение тока потребляемого стартером в момент прокручивания; Полезный вращающий момент М на валу электродвигателя определяется выражением :
Следует отметить, что в установившемся режиме Мин становится равен нулю, а Мтр практически один и тот же во всех цилиндрах, поэтому можно по полезному вращающему моменту М на валу электродвигателя, определяемому выражением (4.3:2), можно определить текущее значение компрессии в цилиндрах двигателя. При пониженной компрессии в одном из цилиндров происходит уменьшение потребляемой мощности на соответствующем цикле сжатия.
