Pro vývoj, výrobu a životnostní zkoušky rotačních strojů, především spalovacích motorů, elektrických motorů, ručního nářadí, převodovek, turbín atd. se využívají na zatěžování elektrické brzdy.

Elektrickou brzdu tvoří pohon sestávající z dynamometru a napáječe ve spojení s regulační jednotkou. Je uveden stručný výčet všech obecně používaných principů elektrických brzd a je rovněž upozorněno na využití perspektivních aktivních brzd - synchronních dynamometrů s permanentními magnety.

1. KONSTRUKCE A ČLENĚNÍ DYNAMOMETRŮ

Dynamometr je elektrický stroj, který sestává z několika základních částí. Vnitřní stroj, který tvoří rotor se statorem a běhovými ložisky, je naklápěcí částí stroje. Vnější část tvoří pevný stojan se štíty s naklápěcími ložisky, které umožňují přenesení reakční síly vnitřního stroje na tenzometrický závěs.

Podle druhu vnitřního stroje rozlišujeme dynamometry na

• vířivé
• stejnosměrné
• střídavé (asynchronní a synchronní s permanentními magnety)

Dynamometr plní ve většině případů roli brzdy. Ideální brzda by měla mít nulový moment setrvačnosti a velký rozsah pracovní oblasti (oblast trvalého zatížení).

1.1. PRINCIP ČINNOSTI VÍŘIVÉHO DYNAMOMETRU

Vířivé dynamometry jsou nyní nasazovány jen v omezeném množství, protože svým provozem jsou velmi nákladným zařízením a také neumožňují v některých aplikacích reálně simulovat skutečný provoz. V současné době jsou plně nahrazovány střídavými dynamometry.

VUES Brno s.r.o. vyráběl vířivé dynamometry od 50. let až do poloviny 90. let minulého století.

1.2. PRINCIP ČINNOSTI STEJNOSMĚRNÉHO DYNAMOMETRU

Výroba stejnosměrných dynamometrů byla zajišťována od padesátých let minulého století ve s.p. MEZ Vsetín, patřícím do sdružení ZSE Praha. Nejprve to byly dynamometry odvozené od střídavých komutátorových strojů, řada KS, později od stejnosměrných točivých strojů, řada MS. Počátkem sedmdesátých let byla stejnosměrná řada modernizována a byla zahájena výroba řady stejnosměrných dynamometrů DS a později 1DS. Nevýhodou tohoto typu strojů je nutnost údržby vnitřního stroje, malý rozsah pracovní oblasti a velký moment setrvačnosti rotoru.

1.3. PRINCIP ČINNOSTI ASYNCHRONNÍHO DYNAMOMETRU

S vývojem výkonových spínacích polovodičů a jejich využitím v oblasti frekvenčních měničů se od počátku devadesátých let minulého století začalo s výrobou střídavých asynchronních dynamometrů ve výkonovém rozsahu od 1 kW do 1000 kW. Tyto dynamometry má ve svém programu také firma VUES Brno s.r.o.. V uplynulých dvou desetiletích prošla řada dynamometrů typu INDY a ASD několika inovačními procesy. Výsledkem jsou stroje, které mají snížený moment setrvačnosti, velký pracovní rozsah otáček v součinnosti s vysokým výkonem stroje. Vnitřní stroj dynamometru je v principu asynchronní elektromotor. Asynchronní dynamometry lze konstrukčně rozdělit do tří skupin:

• standardní provedení – naklápěcí část je uložena na jednořadových kuličkových ložiskách, přesnost mě-ření momentu dosahuje 0,2 % z měřicího rozsahu
• hydrostatické provedení – naklápěcí část je uložena na hydrostatických ložiskách, odstraněním pasivních momentů v kuličkových ložiskách se dosahuje přesnosti měření momentu 0,05 % z měřicího rozsahu
• provedení s tenzometrickou hřídelí – volný konec je přizpůsoben pro přírubovou tenzometrickou hřídel na spojce dynamometru, přesnost měření momentu dosahuje 0,1 % z měřicího rozsahu, určeno především pro měření dynamických přechodových stavů

Velkou výhodou střídavého dynamometru je bezúdržbový provoz, velký rozsah pracovní oblasti, vyšší ener-getická účinnost pohonu, jmenovitý moment od nulových otáček.

Nevýhodou je ve srovnání s ideální brzdou jen existence momentu setrvačnosti rotoru dynamometru.

2. NAPÁJENÍ STŘÍDAVÝCH DYNAMOMETRŮ

Napájení střídavých dynamometrů zajišťují frekvenční měniče s vektorovým řízením se zpětnou vazbou otá-ček a momentu. VUES Brno s.r.o. pro pohony s dynamometry aplikuje měniče firmy SIEMENS dříve řady SIMOVERT MASTERDRIVES VectorControl nyní SINAMICS nebo měniče firmy Control Techniques dříve řady UNIDRIVE nyní UNIDRIVE SP. Měniče ve spojení s aplikačními moduly, které jsou využity pro regulace, hlídání limitních stavů celého pohonu a v některých případech i k automatickému řízení, umožňují komfortní obsluhu, tj. řízení na konstantní moment, otáčky nebo výkon s plynulým přepínáním jednotlivých režimů za chodu. Současně automaticky řeší rekuperaci bržděné energie.

3. ZKUŠEBNÍ PRACOVIŠTĚ S AKTIVNÍ BRZDOU – SYNCHRONNÍM DYNAMOMETREM

Hlavním úkolem zkušebního pracoviště s aktivní brzdou je simulace skutečného provozu a zjištění nejslabších komponent zkoušeného stroje, které se nejvíce opotřebují a ovlivňují jeho životnost a účinnost. Při dokonalé simulaci je potřeba napodobit reálnou zátěž, což je ve skutečnosti například u ručního nářadí konkrétní nástroj (vrták, brusná hlavička, řezný kotouč atd.), který má velmi malý moment setrvačnosti. Při používání pasivních brzd dochází u některých sestav (např. vrtací kladivo + brzda, přímá bruska + brzda) k neúměrnému navýšení přídavné hmoty oproti skutečnosti a tím i zatížení přídavným dynamickým momentem, který ovlivňuje zkoušky. Navýšením zátěže pasivní hmotou dochází i k prodloužení doby rozběhu, která je ve skutečnosti podstatně kratší. Vykompenzování přídavné pasivní hmoty a dále i simulaci rychlých přechodových dějů umožňují aktivní brzdy, tedy synchronní dynamometry s permanentními magnety.

Projekt řady zkušebních pracovišť s aktivními brzdami byl ve VUES Brno s.r.o. realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu.

4. ZÁVĚR

S rozvojem moderních pohonů s vysokou dynamikou a velkou účinností vznikl požadavek nejenom na měření statických výkonových parametrů, ale i na reálnou simulaci skutečného provozu a přesné odměření přechodo-vých a statických provozních parametrů. Tyto požadavky nejlépe splňují střídavé dynamometry napájené mo-derními frekvenčními měniči umožňujícími digitální zadávání žádaných hodnot a jejich dynamickou změnu v reálném čase.

Nezanedbatelným kritériem pro výběr vhodného typu brzdy je také možnost rekuperace brzdné energie a tím snížení provozních nákladů a přispění k ochraně životního prostředí.

VUES Brno s.r.o.

Mostecká 992/26
657 65 Brno
tel.: +420 545 551 111
fax: +420 545 551 222
e-mail: Tato emailová adresa je chráněna před spamboty, abyste ji viděli, povolte JavaScript
internet: www.vues.cz