小型发动机测功机的发展

小型发动机测功机的发展

目前，许多设备使用小型发动机作为动力，如摩托车、切草机、油锯等。小型车辆在设备匹配之前必须进行性能测试。虽然小功率测功机种类很多,但专门用于对小型发动机性能测试的测功机种类却很少,主要有以下几种:水力测功机、电涡流测功机、直流测功机、交流测功机等。1水力测功机水力测功机利用转子在充水的定子中旋转产生的摩擦阻力来吸收发动机功率,通过与可以摆动的外壳相连的测力机构测出转矩。TD115小型发动机测功机是由英国TQEducationandTrainingLtd生产的,专门用于测试小型发动机性能的水力测功机,它是通过进、出水阀来调节水力测功机吸功腔内水量的多少,以达到改变其制动扭矩大小的目的。变充量水力测功机工作时水压高,而且在转速高、制动扭矩小的区段几乎不能稳定工作,使其实际应用很少。南通市启东测功设备厂在1985年引进了西德zoller公司技术,首先在国内开发生产该系列测功机。目前该工艺技术在国内已经成熟。国际上,英国弗鲁特、德国申克及美国开恩公司均生产小功率水力测功机。2发动机电控系统的透平衡性能电涡流测功机利用涡电流效应吸收发动机输出转矩和功率,具有低惯量、高精度、高稳定性、结构简单等特点,适用于操作控制的自动化,并且功率范围也较宽,转速较高,响应速度较快,测试工艺比较成熟,是目前各内燃机制造厂主要使用的测功机之一。电涡流测功机有良好的控制性、可调性以及负载稳定性,适用于发动机的开发和试验。此外,它也适用于发动机零部件的开发研究试验,变速器、后轮轴的模拟试验及完整的传动系统模拟实验等。传统的电涡流测功机技术水平偏低,自动调节系统动态结构中恒转矩控制和恒转速控制达不到精度要求。而且,与水力测功机一样,电涡流测功机只能吸收被测发动机的功,并将其全部转化为热能消耗而不能回收。由于其性能的限制,使得其精度的提高和实际应用受到限制。目前,国内生产小功率电涡流测功机的企业有启东测功器厂、湘仪动力测试仪器有限公司等。3电动汽车恒压测功机直流电力测功机采用复式激励的直流电机作为测功机的加载器,其电枢绕组切割磁力线时产生感应电动势,根据不同电磁力作用可以产生大小不同、与转向相反的制动力,将从发动机吸收过来的功率由发电绕组传输到机外电阻柜上或逆变反馈到电网。该测功机采用简单的直流控制,调速平滑,操作方便。缺点是该测功机有电刷整流子摩擦,转矩不能高,寿命短,造价高,维护困难,单机容量和最高电压以及最高转速都受到一定的限制等等,导致直流电力测功电机在大容量、高速测功系统中难以广泛应用。在日本小野公司有用五元合金做电刷,导电性能好,摩擦系数很小的高速直流小功率测功机。国内生产直流测功机单位很少。天津大学内燃机研究所开发的立式直流电力测功机,它是以立式直流电力测功机为基础、计算机为核心,集转速、扭矩和油耗检测为一体的发动机性能试验检测设备。4转子和转子之间的磁场引力交流电力测功机实际上就是一台交流电机,将其外壳支撑在轴承上,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。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。交流电力测功机有异步测功和同步测功两种。4.1转向和被测电机转向和静态转速相同时用异步发电机作为加载器,被测电机驱动测功机转子,定子三相绕组和三相变频电源相连,当三相变频电源驱动转子的转向和被测电机转向及空载转速相同时,被测电机输出为接近空载功率。当三相变频电源降低频率,使被测电机降低转速时,测功机就对被测电机施加负载,此时测功机吸收了被测电机的输出功率,并通过三相整流后,输给大容量电容。德国西门子公司有异步测功机系列,应用计算机控制变频电源,实现功率的自动测试,是国际上最先进的测功机系统之一。4.2异步电动机采用绕线式同步电机作加载器。由发动机直接驱动测功电机在测功(发电)状态下运行时,提供直流励磁电流给测功机转子,定子发电产生电能由电阻负载消耗或由整流、逆变系统回馈电网。利用测控技术控制测功机的运行工况,就可以用相应的测试仪器与测试手段测出发动机的转速、转矩、功率和其他相关参数;当发动机启动或做磨合试验时,测功电机以异步电动机方式运行。根据同步电机类型有有刷和无刷同步测功机。在国外研制或生产的交流电力测功机中,由AVL和ELIN公司联合生产的APA系列测功电机具有一定的代表性,以计算机为中心,进行数据采集、处理与工况自控。另外,还有德国申克、西门子、日本小野测功器等公司的产品。上述公司的电力测功机基本实现了自动控制,有较好的综合性能,并取得了良好的经济效益,但价格昂贵。我国20世纪70年代开始研究交流电力测功机,在此之前测功机多从国外进口。近年湖南大学电力测功机研究所与湘潭电机厂合作,研究交流变频电力测功机和双馈电力测功机。天津内燃机研究所研制的HACD系列交流电力测功机,是专门用于对超高速小型通用汽油机(如油锯用汽油机)进行台架试验的专用检测设备。该系统根据测试对象高转速的特点,采用交流变频电机和变频控制技术,使交流电力测功机的最高转速高达15000r/min,满足超高速小型汽油机的台架试验要求。5交流电力测功机水力测功机工作时噪声大,而且在转速高、制动扭矩小的区段几乎不能稳定工作,应用较少。电涡流测功器技术水平偏低,只能吸收发动机的功,将其全部转化为热能消耗而不能回收,也不能反拖发动机工作。直流测功电机结构上存在机械换向器和电刷,造价偏高,维护困难,寿命短等,导致在高速测功系统中难以广泛应用。交流电力测功机测功范围宽,在测定原动机性能参数的同时,还以发电的形式回收能量,转矩控制响应迅速而且测量精度高。综上所