АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ  КОМПЛЕКС  ИЗМЕРЕНИЯ  МОМЕНТА  ИНЕРЦИИ  ПНЕВМАТИЧЕСКОГО  ДВИГАТЕЛЯ

Фоминых  Алексей  Михайлович

аспирант  каф.  ТТМ,  Поволжский  государственный  технологический  университет ,  РФ,  г.  Йошкар-Ола

E-mail :  fommet@mail.ru

Существующие  методы  измерения  суммарного  момента  инерции  и  механической  мощности  пневматического  двигателя  имеют  большую  погрешность  измерения,  громоздкость  аппаратов  средств  измерения  и  низкую  энергоэффективность.  В  данной  статье  описывается  предлагаемый  нами  бестормозной  метод  инерционного  измерения  механической  мощности  пневматического  двигателя.  При  проведении  измерений  предлагаемым  методом  увеличивается  точность  получаемых  результатов.  Метод  является  бесконтактным  поэтому  имеет  высокую  энергоэффективность.  Инерционный  метод  обладает  широкой  применимостью  для  различных  форм  и  модификаций  пневмодвигателей.  Малые  размеры  и  вес  применяемого  измерительного  оборудования  дают  возможность  проведения  измерений  на  стационарных  машинах  и  на  местах.

При  определении  механической  мощности,  развиваемой  вращающейся  пневматической  машиной,  важной  задачей  является  определение  пневмодинамического  момента,  который  приложен  к  ее  вращающейся  части  и  играет  решающую  роль  в  процессе  преобразования  энергии,  происходящем  в  пневматической  машине. 

Механическая  мощность  Р_мех,  развиваемая  вращающейся  пневматической  машиной,  пропорциональна  пневмодинамическому  моменту  M_пд,  действующему  на  ее  ротор,  и  угловой  скорости  вращения  ротора  .

                                                        (1)

Таким  образом,  важной  задачей  пневмодинамического  расчета  любой  пневматической  машины  является  определение  пневмодинамического  момента    M_пд,  который  приложен  к  ее  вращающейся  части  и  играет  решающую  роль  в  процессе  преобразования  энергии,  происходящем  в  электрической  машине.

Пневмодинамический  момент  может  быть  определен  непосредственным  методом  [1].  Непосредственное  измерение  момента  осуществляется  следующими  способами:  статическим,  измерением  суммарного  момента  и  динамическим.

При  использовании  статического  способа  момент  определяют  с  помощью  моментомеров  при  установившейся  частоте  вращения  ротора.  Сняв  семейство  точек  механического  момента  при  различной  частоте  вращения,  получают  статическую  механическую  характеристику.  К  недостаткам  этого  способа  следует  отнести  большой  нагрев  двигателей  при  определении  момента  вне  рабочей  зоны  механической  характеристики  двигателя,  что  удлиняет  время  испытаний,  ведет  к  нестабильности  измерений  из-за  неустановившегося  теплового  процесса,  а  при  длительных  измерениях  может  привести  к  недопустимому  для  нормальной  работы  изоляции  нагреву  его  обмоток.

Способ  измерения  суммарного  момента  основан  на  измерении  момента,  действующего  на  статор  двигателя  и  численно  равного  моменту,  действующему  на  его  ротор.  Способ  позволяет  определить  вращающие  моменты  как  при  установившемся  режиме  работы,  так  и  при  переходных  процессах.  Основным  недостатком  этого  способа  является  необходимость  крепления  двигателя  к  измерительному  механизму.  Технологический  разброс  размеров  двигателя  приводит:  к  смещению  его  центра  тяжести  относительно  оси  поворота  прибора,  что  может  привести  к  погрешностям  при  измерении.

Динамический  способ  определения  вращающего  момента  основан  на  измерении  ускорения  двигателя  при  пуске  на  холостом  ходу.  В  этом  режиме  уравнение  движения,  если  не  учитывать  механические  потери,  имеет  следующий  вид:

                                             (2)

где:  J  —  момент  инерции  ротора  двигателя,  Нмс²; 

  —  ускорение  ротора,  с²; 

M_пд  —  пневмодинамический  момент  двигателя,  Нм.

Как  видно  из  формулы  (2),  динамический  момент  можно  определить  с  помощью  акселерометров  (датчиков  ускорения)  различного  типа,  тахометров  и  датчиков  углового  перемещения,  что  весьма  экономично  и  достаточно  точно  по  сравнению  с  другими  способами,  но  только  если  известен  момент  инерции  ротора.

В  настоящий  момент  для  определения  момента  инерции  пневматического  двигателя  необходимо  проведение  тормозных  испытаний  с  последующим  замером  угловых  ускорений  вращающихся  масс  пневматического  двигателя,  что  сводит  на  «нет»  преимущество  динамического  способа  определения  крутящего  момента  на  валу  ротора.

Предлагаемый  способ  позволяет  избежать  использования  тормозных  испытаний  за  счет  бестормозного  определения  момента  инерции.  Он  реализуется  следующим  образом:

Рисунок  1.  Схема  установки

На  фланец  выходного  вала  1  (рисунок  1)  устанавливается  диск  4  с  эталонным  моментом  инерции  .  С  помощью  органов  регулирования  устанавливается  определенная  угловая  скорость    выходного  вала  1,  при  которой  развивается  определенный  крутящий  момент  .  Затем  измеряется  угловое  ускорение    системы  вращающихся  масс  «диск  с  эталонным  моментом  инерции,  пневматический  двигатель»,  имеющей  момент  инерции    при  изменении  угловой  скорости  вращения  выходного  вала  в  диапазоне  от    до  .  Крутящий  момент    для  диапазона  угловых  скоростей  от    до    равен:

                                               (3)

Далее  диск  с  эталонным  моментом  инерции  4  демонтируется  и  определяется  угловое  ускорение    системы  вращающихся  масс  «пневматический  двигатель»  с  моментом  инерции    при  изменении  угловой  скорости  вращения  выходного  вала  в  диапазоне  от    до  ,  то  есть  при  том  же  начальном  значении  крутящего  момента  .  Крутящий  момент    для  диапазона  угловых  скоростей  от    до    равен:

                                              (4)

Из  выражений  (3)  и  (4)  определяется  момент  инерции  системы  вращающихся  масс  «пневматический  двигатель»:

                                                    (5)

Таким  образом,  используя  один  диск  с  эталонным  моментом  инерции  можно  определить  момент  инерции  пневматического  двигателя,  а  после  этого  и  параметры  скоростной  характеристики  электрического  двигателя,  что  позволит  значительно  повысить  экономическую  эффективность  испытаний  ЭД. 

Список  литературы:  

1.Котельнец  И.Ф.  Испытания,  эксплуатация  и  ремонт  электрических  машин.  М:  Издательский  центр  «Академия»,  2003  —  384  с. 

2.Справочник  по  электрическим  машинам.  Том  1/  Под  редакцией  И.П.  Копылова.  М.:  Энергоатомиздат,  1988  —  679  с. 

3.Иванов-Смоленский  А.В.  Электрические  машины.  В  2-х  т.  Том  1  М.:  Издательство  МЭИ,  2004.  —  652  с.