Электрическая тормозная установка

При испытании двигателя внутреннего сгорания на стенде внеш­няя нагрузка на него создается искусственно, с помощью тормоза. Для восприятия и преобразования эффективной мощности двигателя, а также для запуска и прокрутки его используется балансирная элект­рическая машина, статор которой установлен на подшипниках и может поворачиваться относительно оси вращения якоря (рис.3). Вал якоря через соединительную муфту жестко соединен с коленчатым валом двигателя.

Ценным свойством электрической машины постоянного тока является ее обратимость и широкий диапазон эксплуатационных харак­теристик. Поэтому она используется в качестве тормоза и электро­двигателя для прокрутки испытуемого двигателя на опытных стендах чаще механических, гидравлических, воздушных и других видах тормозов.

В тормозном режиме балансирная машина действует как генера­тор постоянного тока, преобразуя механическую работу в электрическую.

При работе электрической балансирной машины в моторном режиме, в результате взаимодействия магнитных полей якоря 2 статора 1, на последнем возникает реактивный момент, который направ­лен в сторону противоположную вращению якоря и стремится повернуть статор вокруг оси якоря. Реактивные моменты от трения в подшипниках и от трения щеток о коллектор при этом направлены в сторону вращения якоря. Суммарная их величина М_тр, действуя на статор, автоматически уменьшает его реактивный момент М_с. Таким образом, эффективный момент М_э на валу балансирной машины, а следовательно, и крутящий момент М_кр, необходимый для прокручивания вала испытуемого двигателя

М_э = М_кр = М_с – М_тр

При работе машины в тормозном режиме (генератора) в обмот­ке якоря возникает э.д.с, которая вызывает ток в цепи якоря. Ток своим магнитным полем противодействует вращению якоря, а сле­довательно, и вращению вала испытуемого двигателя.

Электрический эффективный момент противодействия якоря М_э
полностью передается на статор в виде реактивного момента М_с,
действующего в сторону вращения якоря, т.е. в сторону действия
крутящего момента испытуемого двигателя. Суммарный реактивный
момент трения М_тр также направлен в сторону вращения якоря и стре­мится повернуть статор в этом направлении. Вследствие этого кру­тящий момент двигателя

М_э = М_кр = М_с + М_тр

Эффективная мощность и мощность механических потерь двигателя определяется не по по числу оборотов якоря и моменту М_кр, удерживающему статор тормоза от проворачивания в сторону вращения якоря на тормозном режиме и в противоположную в моторном режиме.

Момент, удерживающий статор от поворота создается силой растяжения пружины на пружинных весах на плече L (рис. 3) и развиваемая при этом мощность определяется:

М_кр = Р·L, N = M_кр·n/974

Электропитание установки осуществляется постоянным током от выпрямителя 1, подключенного в сеть через рубильник 3 и автотрансформатор 2, где напряжение можно регулировать в пределах 5-240 В (рис.4). При включении генератора для работы в моторном режиме переключатель П переводится в верхнее положение (рис. 4). В этом случае ток проходит от положительного полюса сети через нижний нож переключателя П, обмотку дополнительных полюсов Д2, якорь машины Я1, верхний нож переключателя П, последовательную обмотку возбуждения (С1С2) статора к отрицательному полюсу сети. Машина работает как электродвигатель, вращая колен­чатый вал испытуемого двигателя.

Для перехода с моторного режима на генераторный необходимо включить подачу топлива к испытуемому двигателю и, как только по­следний вступит в работу, переключатель П перевести в ниж­нее положение, т.е. режим генератора.

Рис.3. Балансирная машина. 1 – статор генератора; 2 – якорь; 3 – подшипник якоря; 4 – подшипник статора; 5 – пружинные весы; 6 – противовес; 7 – соединительная штанга.

Изменение нагрузки в режиме торможения обеспечивается воздей­ствием на цепь параллельного возбуждения (Ш1Ш2) статора, регули­руя напряжение в автотрансформаторе. Изменение нагрузки возможно также за счет изменения сопротивления электрической цепи якоря. Последнее осуществляется изменением силы тока в цепи якоря последовательным включением (выключением) ламп накаливания 8 выключателями 9. При этом напряжение определяется по показанию вольтметра 10, а сила тока по показанию амперметра 7.

С уменьшением силы тока в обмотке возбуждения и цепи якоря тормозной момент возрастает, с уменьшением тока - тормозной момент уменьшается.

На машине лаборатории ДВС регулирование тормозного момента осуществляется изменением тока в цепи якоря последовательным вклю­чением (выключением) ламп накаливания 6.

Рис.4. Принципиальная электрическая схема управления установкой. 1 – диодный мост (выпрямитель); 2 – автотрансформатор; 3 – рубильник; 4 – генератор; 5 – амперметр; 6 – пакетный переключатель; 7 – амперметр; 8 – лампы накаливания; 9 – выключатели; 10 – вольтметр.