【正文】 用萬用表測量電功率，其讀數(shù)會(huì)一直變化，無法讀出。即使微機(jī)再快速的采集，在實(shí)際的測量中，也不可能實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)上理想地 t? → 0 和 ??N 的要求，只能 根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)的要求，在允許的誤差范圍內(nèi)，選擇合適的采樣速度 [21]。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 30 圖 電功率測量單元 A/D 轉(zhuǎn)換器基本原理簡介 A/D 轉(zhuǎn)換器即 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ，把 模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 變 成數(shù)字信號(hào)的電路 。該 A/D 轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近轉(zhuǎn)換技術(shù)，由 一個(gè)比較器、 D/A 轉(zhuǎn)換器、控制邏輯電路及緩沖寄存器組成 ，如圖 所示?？諝鈩?dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種新型的“零排放”發(fā)動(dòng)機(jī)，在國內(nèi)外逐漸引起人們的重視。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣是通過 51 系列單片機(jī)中的 AT89S52單片機(jī) 作為 ECU 控制的，電功率的測量可以用同一個(gè)單片機(jī)進(jìn)行控制信號(hào)采集，相應(yīng)的程序也需要整合到一起。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行的時(shí)候，我遇到了各種各樣的問題，這些問題都 得到 了黎蘇教授 的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)， 在一些設(shè)計(jì)性的環(huán)節(jié)中黎蘇教授提出了重要的思想，對我畢業(yè)設(shè)計(jì)的 完成起著非常重要的作用。同時(shí)，感謝李佳佳學(xué)長對我的輔導(dǎo)和幫助。 為了進(jìn)一步減小發(fā)動(dòng)機(jī)加上發(fā)電機(jī)負(fù)載后運(yùn)轉(zhuǎn)的阻力，增大啟動(dòng)的穩(wěn)定性，可以采用轉(zhuǎn)動(dòng)阻力較小的發(fā)電機(jī)。 本文所做的主要工作是： 工圖進(jìn)行分析，分別改變發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣提前角、進(jìn)氣持續(xù)角和轉(zhuǎn)速，用熱力學(xué)知識(shí)分析發(fā)動(dòng)機(jī)功率等性能的變化規(guī)律。 再向 D/A 轉(zhuǎn)換輸入 1100 0000，Ｖ o 再與Ｖ i比較， 如果 Ｖ oＶ i，該位 1 被保留，否則被清 零 。A/D 轉(zhuǎn)換 通常 要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼 4 個(gè)過程。在 1個(gè)工頻周期內(nèi)至少等間隔采集 10 個(gè)點(diǎn)，采樣周期可以大致確定為 12ms。測一段時(shí)間的功，可以通過測出電阻的發(fā)熱量，即該段時(shí)間內(nèi)的電功。 本章小結(jié) 本章對試驗(yàn)臺(tái)架各部件作了簡要的介紹，對發(fā)電機(jī)的原理和選擇進(jìn)行了分析，對實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展和所遇到的問題及其原因作了分析。但是在實(shí)際的操作中，出現(xiàn)了很多問題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不能測出發(fā)電機(jī)的輸出電功率，從而無法得到發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。 圖 整流器接線圖 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 25 圖 發(fā)電機(jī)和負(fù)載電路接線圖 圖 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 26 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測量和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的測量時(shí)通過增量旋轉(zhuǎn)光電編碼器的信號(hào)計(jì)算得到的。發(fā)電機(jī)是永磁恒壓發(fā)電機(jī)，采用了新磁性材料和特殊結(jié)構(gòu)，具河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 23 有安裝方便，性能穩(wěn)定，接 線方便，發(fā)電量大小隨轉(zhuǎn)速大小成正比關(guān)系。 發(fā)動(dòng)機(jī)的確定和基本參數(shù) 該二沖程空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣沖程中，活塞依靠飛輪的慣性上行，將氣體排到缸外，到達(dá)上止點(diǎn)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。交流發(fā)電機(jī)按照總體結(jié)構(gòu)可分為五類：整體式交流發(fā)電機(jī)、帶泵交流發(fā)電機(jī)、普通交流發(fā)電機(jī)、永磁交流發(fā)電機(jī)、無刷交流發(fā)電機(jī)； 按照整流器結(jié)構(gòu)可分為：六管交流發(fā)電機(jī)、八管交流發(fā)電機(jī)、九管交流發(fā)電機(jī)、十一管交流發(fā)電機(jī)；按照按磁場繞組搭鐵形式可分為外搭鐵型交流發(fā)電機(jī)和內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機(jī)兩類。通過 ECU 控制電磁閥的開閉，能夠方便和精確地控制進(jìn)排氣門的開啟和關(guān)閉時(shí)刻，而且方便 對配氣相位進(jìn)行改變，從而可以研究發(fā)動(dòng)機(jī)性能隨進(jìn)氣提前角、進(jìn)氣持續(xù)角等變化的特性。綜合上面的因素，課題 組將原來的飛輪換掉，重新設(shè)計(jì)只做了一個(gè)飛輪。 本章小結(jié) 本章主要分析了空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程和理論循環(huán)，簡要的分析了影響氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能的運(yùn)行因素，為在試驗(yàn)測量發(fā)動(dòng)機(jī)功率時(shí)，功率變化作了簡單的預(yù)測，為之后的實(shí)驗(yàn)作了鋪墊。由于氣缸容積不變， 44VV?、 ，高壓氣體膨脹比減小，自由排氣的壓力升高。 相應(yīng)的配氣相位圖如圖 所示。 （ 5）發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣沖程是靠飛輪的慣性到達(dá)上止點(diǎn)，如果進(jìn)氣提前角增大，也會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。 研究方案 本課題所研究的被測空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)為一臺(tái)二沖程的空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)是一臺(tái)小型的發(fā)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)矩和功率較小，無法利用 常規(guī)的汽油機(jī)和柴油機(jī)的測功臺(tái)架進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 研究基礎(chǔ)和研究方案 研究基礎(chǔ) 本課題研究的空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)是 3509010BW04C 型車用空氣壓縮機(jī) 改裝成的一臺(tái)二沖程的空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。只要測量出轉(zhuǎn)矩 T 和轉(zhuǎn)速 n，即可按照上式求出功率 P[15]。 由于空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)和傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)在結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)有較大區(qū)別，而且空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)技術(shù)還不是很成熟，由其他發(fā)動(dòng)機(jī)等改裝的小型空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)難于在常規(guī)實(shí)圖 浙江大學(xué)空氣動(dòng)力樣車 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 8 驗(yàn)臺(tái)架上測量功率，故設(shè)計(jì)一套針對改裝的小型空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的測功系統(tǒng)是 非常必要的。對空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的研 究和使用，可以降低對石油等不可再生資源的依賴，可以降低對環(huán)境的污染，改善空氣質(zhì)量。該氣動(dòng)汽車最高車速能夠達(dá)到 120Km/h。并且仿真分析得出低轉(zhuǎn)速、小缸徑、大沖程，有利于氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作趨于準(zhǔn)等溫過程。gre領(lǐng)導(dǎo)的氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究小組獲得了高壓氣體動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)專利，并出資組建了法國 MDI汽車公司。但其成本高、對發(fā)動(dòng)機(jī)和電子設(shè)備要求高，雖然混合動(dòng)力能有效降低排放污染，但是仍沒有擺脫對石油燃料的依賴，所以也不是解決環(huán)境與能源問題的最佳方法 [10]。特別是柴油機(jī)，在著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣越多，工作越粗暴，產(chǎn)生的噪音和震動(dòng) 也越大，有時(shí)候甚至產(chǎn)生爆震。京津冀等多個(gè)地區(qū)產(chǎn)生霧霾天氣，一部分原因是由于汽車尾氣的排放。 環(huán)境問題 傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)主要是采用汽油、柴油等作為燃料。而中國作為世界第二能源消費(fèi)大國，將面臨更加嚴(yán)峻的能源形勢。汽車工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了社會(huì)各行各業(yè)的興旺繁榮，推動(dòng)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但是由于現(xiàn)有的空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)本身的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性問題，使得本測功系 統(tǒng)尚不能測出確定的電功率。為了減少石油等燃料的消耗，改善環(huán)境狀況，尋求清潔能源 汽車迫在眉睫。近幾十年來，汽車工業(yè)高速發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)廣泛應(yīng)用于小轎車、商用汽車、工程用車等動(dòng)力機(jī)械上，內(nèi)燃機(jī)已為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生非常深刻的影響，是人類的現(xiàn)代化進(jìn)程的重要?jiǎng)恿Α? 汽車給人類帶來了極大方便的同時(shí)，汽車也給世界帶來了難以解決的問題。能源問題直接影響到國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的可持續(xù)發(fā)展是保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。 CO是 一種 無色、無味的氣體 ，吸 入人體 之后會(huì)和血液中的 血紅蛋白 結(jié)合，使血紅蛋白不能 夠 與 氧氣 結(jié)合，從而引起機(jī)體組織缺氧， 最終可能使 人體 因 窒息 而 死亡，因此 CO具有毒性。據(jù)流行病調(diào)查表明，我國 30％呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率的歸因?yàn)榭諝馕廴?[6]。由于甲醇、乙醇、液化石油氣、天然氣等代用燃料資源豐富價(jià)格較低，而且污染相對較小，代用燃料車也引起了人們的關(guān)注。這些早期的氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)都是一種簡單的單級膨脹氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。 MDI設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)大體上是通過以下兩種方法實(shí)現(xiàn)等溫膨脹：一時(shí)采用多級膨脹，中間通過熱交換器和空氣換熱，是膨脹后的溫度基本恒定，一般采用三級膨脹，氣缸的容積由小變大，第一級氣缸較小，第三級氣缸最大；二是將空 氣壓縮到 20個(gè)大氣壓，空氣的溫度達(dá)到 400℃，然后與高壓空氣混合，使高壓空氣溫度升高，推動(dòng)活塞做功。當(dāng)轉(zhuǎn)速為 1000r/min時(shí)，工作效率可達(dá) 98%以上 ，可輸出 25kw的功率。在氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的研究方面，浙江大學(xué)最早開始研究，處于該方面研究的領(lǐng)導(dǎo)位置，并取得了豐碩的成果。 與內(nèi)燃機(jī)一樣，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性是氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)重要指標(biāo)。隨著電子測量技術(shù)的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)的測試領(lǐng)域中得到更加廣泛應(yīng)用，使得測功機(jī)的智能化和自動(dòng)化程度逐漸得到提高，而且在結(jié)構(gòu)上也由傳統(tǒng)的整體式變?yōu)槟K化得結(jié)構(gòu)，使得應(yīng)用更加靈活，測試效率和測量精度都得到了較大的提高 [16]。加速時(shí)間法使用最廣泛的一種無負(fù)荷測功方法，發(fā)動(dòng)機(jī)從某一轉(zhuǎn)速急劇加速到另一指定轉(zhuǎn)速所 需的時(shí)間，求得發(fā)動(dòng)機(jī)在加速過程克服運(yùn)動(dòng)件的慣性所發(fā)出的功率，即平均功率。傳感器為一個(gè) 增量式旋轉(zhuǎn)光電式編碼器 ，通過聯(lián)軸器與空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)。具體的測功系統(tǒng)的原理圖如圖 。 圖 測功系統(tǒng)原理圖 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 11 2 空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程和理論循環(huán)簡要分析 空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程 該改裝的空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作過程包括進(jìn)氣、膨脹做功、排氣三個(gè)過程： （ 1）進(jìn)氣過程：當(dāng)活塞上行至上止點(diǎn)前一定的角度， ECU 控制進(jìn)氣電磁閥打開，穩(wěn)壓腔內(nèi)的高壓氣體開始進(jìn)氣。到達(dá) 2 點(diǎn)后，進(jìn)氣電磁閥仍然保持開啟，持續(xù)進(jìn)氣，此時(shí)活塞開始下行，在 3 點(diǎn)進(jìn)氣電磁閥關(guān)閉，進(jìn)氣結(jié)束 。 進(jìn)氣壓力對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響 圖 不同進(jìn)氣壓力的示功圖 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 15 進(jìn)氣持續(xù)角保持不變的，進(jìn)氣壓力升高， 234過程向上平移，循環(huán)所圍的面積增加，指示功增加，由于初始膨脹壓力高，膨脹體積不變，故膨 脹終點(diǎn) 4壓力升高，排氣能量增多，能量利用率降低。 圖 3509010BW04C 型車用空氣壓縮機(jī) 該空氣壓縮機(jī)的基本參數(shù)如下表所示： 表 原型機(jī)的基本參數(shù) 產(chǎn)品毛重 15kg 包裝尺寸 375x270x210mm 冷卻方式 水冷 產(chǎn)地 中國廊坊 皮帶輪尺寸 (mm) 200 品牌 美聯(lián) 缸徑（ mm） 90 曲柄半徑（ mm） 進(jìn)氣壓力（ MPa） 1 曲柄連桿比 1/ 進(jìn)氣持續(xù)角（ 176。 圖 飛輪實(shí)物圖 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 18 編碼器的介紹 編碼器可以將輸入信號(hào)或者輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行編制，轉(zhuǎn)換為可用的通訊信號(hào)（數(shù)字信號(hào)或者模擬信號(hào)），再傳輸給接受者進(jìn)行處理。39。轉(zhuǎn)子磁場外圍是一個(gè)定子繞組 ,繞組有 3 組線圈構(gòu)成 3相繞組， 3相繞組彼此間隔 120 度?？梢酝ㄟ^對發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)圖的分析，利用熱力學(xué)的知識(shí)對循環(huán)功作簡要的估計(jì)計(jì)算，然后都得到大概的發(fā)動(dòng)機(jī)功率?；瑒?dòng)變阻器和可以調(diào)節(jié)負(fù)載的大小，控制電路中電流的大?。坏蛪簾襞菘梢灾庇^顯示電路中電流變化趨勢。所以空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速信 號(hào)，該轉(zhuǎn)速信號(hào)為發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一周的平均轉(zhuǎn)速。 發(fā)動(dòng)機(jī)加上皮帶后轉(zhuǎn)速較低，改變進(jìn)氣提前角，轉(zhuǎn)速變化不大。然而本課題要測出發(fā)動(dòng)機(jī)所輸出的波動(dòng)功率，必須測出發(fā)電機(jī)波動(dòng)的電功率。 計(jì)算平均電功率的基本公式為： dtiuTp iT i??01 式中 iu 和 i 為電壓和電流的瞬時(shí)值， T 是 u 和 i的共同周期。 電功率測量單元的設(shè)計(jì) 測功電機(jī)產(chǎn)生的電流經(jīng)過降壓后，電壓變?yōu)?A/D轉(zhuǎn)換器可識(shí)別操作的 0~+5V電流。 PCF8591 是單片、單電源， 8 位 CMOS 數(shù)據(jù)采集器件，功耗較低，有 4 個(gè)模擬輸入、一個(gè)輸出、一個(gè)串行 I2C 總線接口。 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 31 圖 A/D 轉(zhuǎn)換器原理圖 本章小結(jié) 本章介紹了用單片機(jī)累加積分的方法測量發(fā)電機(jī)波動(dòng)的輸出電功率，簡單的分析了其測量原理和大體設(shè)計(jì)思路。 ，對測功系統(tǒng)的測量電功率部分做了簡單的設(shè)計(jì)，但是由于時(shí)間有限，沒有對具體的軟件進(jìn)行編寫，沒有完成最終的功率測量。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們告別大學(xué)之前最后的考驗(yàn)，半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我受益