小型發(fā)動(dòng)機(jī)測功機(jī)的發(fā)展

小型發(fā)動(dòng)機(jī)測功機(jī)的發(fā)展

目前，許多設(shè)備使用小型發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，如摩托車、切草機(jī)、油鋸等。小型車輛在設(shè)備匹配之前必須進(jìn)行性能測試。雖然小功率測功機(jī)種類很多,但專門用于對小型發(fā)動(dòng)機(jī)性能測試的測功機(jī)種類卻很少,主要有以下幾種:水力測功機(jī)、電渦流測功機(jī)、直流測功機(jī)、交流測功機(jī)等。1水力測功機(jī)水力測功機(jī)利用轉(zhuǎn)子在充水的定子中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦阻力來吸收發(fā)動(dòng)機(jī)功率,通過與可以擺動(dòng)的外殼相連的測力機(jī)構(gòu)測出轉(zhuǎn)矩。TD115小型發(fā)動(dòng)機(jī)測功機(jī)是由英國TQEducationandTrainingLtd生產(chǎn)的,專門用于測試小型發(fā)動(dòng)機(jī)性能的水力測功機(jī),它是通過進(jìn)、出水閥來調(diào)節(jié)水力測功機(jī)吸功腔內(nèi)水量的多少,以達(dá)到改變其制動(dòng)扭矩大小的目的。變充量水力測功機(jī)工作時(shí)水壓高,而且在轉(zhuǎn)速高、制動(dòng)扭矩小的區(qū)段幾乎不能穩(wěn)定工作,使其實(shí)際應(yīng)用很少。南通市啟東測功設(shè)備廠在1985年引進(jìn)了西德zoller公司技術(shù),首先在國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)該系列測功機(jī)。目前該工藝技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)成熟。國際上,英國弗魯特、德國申克及美國開恩公司均生產(chǎn)小功率水力測功機(jī)。2發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的透平衡性能電渦流測功機(jī)利用渦電流效應(yīng)吸收發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和功率,具有低慣量、高精度、高穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn),適用于操作控制的自動(dòng)化,并且功率范圍也較寬,轉(zhuǎn)速較高,響應(yīng)速度較快,測試工藝比較成熟,是目前各內(nèi)燃機(jī)制造廠主要使用的測功機(jī)之一。電渦流測功機(jī)有良好的控制性、可調(diào)性以及負(fù)載穩(wěn)定性,適用于發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)和試驗(yàn)。此外,它也適用于發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的開發(fā)研究試驗(yàn),變速器、后輪軸的模擬試驗(yàn)及完整的傳動(dòng)系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)等。傳統(tǒng)的電渦流測功機(jī)技術(shù)水平偏低,自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)中恒轉(zhuǎn)矩控制和恒轉(zhuǎn)速控制達(dá)不到精度要求。而且,與水力測功機(jī)一樣,電渦流測功機(jī)只能吸收被測發(fā)動(dòng)機(jī)的功,并將其全部轉(zhuǎn)化為熱能消耗而不能回收。由于其性能的限制,使得其精度的提高和實(shí)際應(yīng)用受到限制。目前,國內(nèi)生產(chǎn)小功率電渦流測功機(jī)的企業(yè)有啟東測功器廠、湘儀動(dòng)力測試儀器有限公司等。3電動(dòng)汽車恒壓測功機(jī)直流電力測功機(jī)采用復(fù)式激勵(lì)的直流電機(jī)作為測功機(jī)的加載器,其電樞繞組切割磁力線時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,根據(jù)不同電磁力作用可以產(chǎn)生大小不同、與轉(zhuǎn)向相反的制動(dòng)力,將從發(fā)動(dòng)機(jī)吸收過來的功率由發(fā)電繞組傳輸?shù)綑C(jī)外電阻柜上或逆變反饋到電網(wǎng)。該測功機(jī)采用簡單的直流控制,調(diào)速平滑,操作方便。缺點(diǎn)是該測功機(jī)有電刷整流子摩擦,轉(zhuǎn)矩不能高,壽命短,造價(jià)高,維護(hù)困難,單機(jī)容量和最高電壓以及最高轉(zhuǎn)速都受到一定的限制等等,導(dǎo)致直流電力測功電機(jī)在大容量、高速測功系統(tǒng)中難以廣泛應(yīng)用。在日本小野公司有用五元合金做電刷,導(dǎo)電性能好,摩擦系數(shù)很小的高速直流小功率測功機(jī)。國內(nèi)生產(chǎn)直流測功機(jī)單位很少。天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所開發(fā)的立式直流電力測功機(jī),它是以立式直流電力測功機(jī)為基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)為核心,集轉(zhuǎn)速、扭矩和油耗檢測為一體的發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)檢測設(shè)備。4轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子之間的磁場引力交流電力測功機(jī)實(shí)際上就是一臺交流電機(jī),將其外殼支撐在軸承上,使它可以自由擺動(dòng)。在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),利用定子和轉(zhuǎn)子之間的磁場引力,將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩傳到外殼上,然后由與外殼相連的測力機(jī)構(gòu)進(jìn)行測量。由于電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)使用,也可以作為電動(dòng)機(jī)使用,所以電力測功機(jī)不僅可以用來測量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩,同時(shí)也可以用來拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或測量發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦功率。交流電力測功機(jī)有異步測功和同步測功兩種。4.1轉(zhuǎn)向和被測電機(jī)轉(zhuǎn)向和靜態(tài)轉(zhuǎn)速相同時(shí)用異步發(fā)電機(jī)作為加載器,被測電機(jī)驅(qū)動(dòng)測功機(jī)轉(zhuǎn)子,定子三相繞組和三相變頻電源相連,當(dāng)三相變頻電源驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向和被測電機(jī)轉(zhuǎn)向及空載轉(zhuǎn)速相同時(shí),被測電機(jī)輸出為接近空載功率。當(dāng)三相變頻電源降低頻率,使被測電機(jī)降低轉(zhuǎn)速時(shí),測功機(jī)就對被測電機(jī)施加負(fù)載,此時(shí)測功機(jī)吸收了被測電機(jī)的輸出功率,并通過三相整流后,輸給大容量電容。德國西門子公司有異步測功機(jī)系列,應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制變頻電源,實(shí)現(xiàn)功率的自動(dòng)測試,是國際上最先進(jìn)的測功機(jī)系統(tǒng)之一。4.2異步電動(dòng)機(jī)采用繞線式同步電機(jī)作加載器。由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)測功電機(jī)在測功(發(fā)電)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí),提供直流勵(lì)磁電流給測功機(jī)轉(zhuǎn)子,定子發(fā)電產(chǎn)生電能由電阻負(fù)載消耗或由整流、逆變系統(tǒng)回饋電網(wǎng)。利用測控技術(shù)控制測功機(jī)的運(yùn)行工況,就可以用相應(yīng)的測試儀器與測試手段測出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率和其他相關(guān)參數(shù);當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或做磨合試驗(yàn)時(shí),測功電機(jī)以異步電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行。根據(jù)同步電機(jī)類型有有刷和無刷同步測功機(jī)。在國外研制或生產(chǎn)的交流電力測功機(jī)中,由AVL和ELIN公司聯(lián)合生產(chǎn)的APA系列測功電機(jī)具有一定的代表性,以計(jì)算機(jī)為中心,進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理與工況自控。另外,還有德國申克、西門子、日本小野測功器等公司的產(chǎn)品。上述公司的電力測功機(jī)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制,有較好的綜合性能,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,但價(jià)格昂貴。我國20世紀(jì)70年代開始研究交流電力測功機(jī),在此之前測功機(jī)多從國外進(jìn)口。近年湖南大學(xué)電力測功機(jī)研究所與湘潭電機(jī)廠合作,研究交流變頻電力測功機(jī)和雙饋電力測功機(jī)。天津內(nèi)燃機(jī)研究所研制的HACD系列交流電力測功機(jī),是專門用于對超高速小型通用汽油機(jī)(如油鋸用汽油機(jī))進(jìn)行臺架試驗(yàn)的專用檢測設(shè)備。該系統(tǒng)根據(jù)測試對象高轉(zhuǎn)速的特點(diǎn),采用交流變頻電機(jī)和變頻控制技術(shù),使交流電力測功機(jī)的最高轉(zhuǎn)速高達(dá)15000r/min,滿足超高速小型汽油機(jī)的臺架試驗(yàn)要求。5交流電力測功機(jī)水力測功機(jī)工作時(shí)噪聲大,而且在轉(zhuǎn)速高、制動(dòng)扭矩小的區(qū)段幾乎不能穩(wěn)定工作,應(yīng)用較少。電渦流測功器技術(shù)水平偏低,只能吸收發(fā)動(dòng)機(jī)的功,將其全部轉(zhuǎn)化為熱能消耗而不能回收,也不能反拖發(fā)動(dòng)機(jī)工作。直流測功電機(jī)結(jié)構(gòu)上存在機(jī)械換向器和電刷,造價(jià)偏高,維護(hù)困難,壽命短等,導(dǎo)致在高速測功系統(tǒng)中難以廣泛應(yīng)用。交流電力測功機(jī)測功范圍寬,在測定原動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的同時(shí),還以發(fā)電的形式回收能量,轉(zhuǎn)矩控制響應(yīng)迅速而且測量精度高。綜上所