устройство для испытаний бесколлекторных электрических машин переменного тока

Формула изобретения

Устройство для испытания бесколлекторных электрических машин переменного тока, содержащее первый нагрузочный генератор постоянного тока, на валу которого жестко закреплен механический соединительный узел, второй нагрузочный генератор, первый электрический соединительный узел, первый приводной двигатель постоянного тока, вал которого механически соединен с валом второго нагрузочного генератора, второй приводной двигатель, обмотка которого подключена к клемме подключения к промышленной сети переменного напряжения, первые выводы якорных обмоток первого нагрузочного генератора постоянного тока и первого приводного двигателя постоянного тока соединены между собой, отличающееся тем, что устройство снабжено вторым электрическим соединительным узлом и статическим преобразователем частоты и напряжения, причем второй нагрузочный генератор выполнен в виде машины постоянного тока, вал второго приводного двигателя механически соединен с валом второго нагрузочного генератора, первый вывод якорной обмотки второго нагрузочного генератора и первый электрический ввод статического преобразователя частоты и напряжения соединены с соответствующими выводами второго электрического соединительного узла, вторые выводы якорных обмоток первого нагрузочного генератора и первого приводного двигателя, второй вывод якорной обмотки второго нагрузочного генератора и второй электрический ввод статического преобразователя частоты и напряжения соединены с общей шиной, а выходные выводы статического преобразователя частоты и напряжения соединены с соответствующими выводами первого электрического соединительного узла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области испытания мощных бесколлекторных электрических машин переменного тока асинхронных, синхронных, индукторных и др. а также частотно-регулируемых приводов на их основе и может быть использовано на испытательных станциях электромашиностроительных заводов и научно-исследовательских организаций.

Известно устройство для испытаний асинхронного электродвигателя [1] в котором испытуемая машина механически соединяется с нагрузочной асинхронной машиной с фазным ротором, но с числом полюсов большим, чем у испытуемой машины. Таким образом, достигается генераторный режим работы нагрузочной машины, когда часть электрической энергии через статорную обмотку возвращается в сеть, а другая часть, снимаемая с колец скольжения, передается на вспомогательный агрегат значительно меньшей мощности, содержащей приводной асинхронный двигатель и асинхронный генератор с регулировочным сопротивлением, включенным в цепь фазного ротора. Схема позволяет возвращать в сеть до 75% мощности, потребляемой испытуемым двигателем, и проводить большое число экспериментов, требующих длительной работы машины. Основной недостаток схемы состоит в том, что испытания можно проводить на частотах вращения близких к номинальному, тогда как для тягового двигателя практически важным являются исследования режимов, близким к разгонным при частотах питающего напряжения, отличных от номинальной. Кроме того, трудно подобрать нагрузочную асинхронную машину с фазным ротором по параметрам тока, напряжения, частоты вращения и числа пар полюсов хорошо сопрягающуюся с испытуемым тяговым двигателем. Нагрузочная и испытуемая машины строго связаны по числу пар полюсов, чем существенно ограничиваются возможности схемы.

Более близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство [2] содержащее первый нагрузочный генератор, первый приводной двигатель, второй нагрузочный генератор, вольтодобавочный генератор, второй приводной двигатель, а также механический и электрический соединительные узлы, причем механический соединительный узел жестко закреплен на валу первого нагрузочного генератора, вал первого приводного двигателя механически соединен с валом второго нагрузочного генератора, первые выводы якорных обмоток вольтодобавочного генератора и первого приводного двигателя соединены с общей шиной, а вторые их выводы соединены с первым и вторым выводами якорной обмотки первого нагрузочного генератора, вал второго приводного двигателя механически соединен с валом вольтодобавочного генератора, а фазы статорной обмотки второго нагрузочного генератора соединены с соответствующими зажимами электрического соединительного узла.

Основным недостатком этого устройства является то, что оно предназначено для испытания электрических машин от синусоидального частотно-регулируемого напряжения и не позволяет проводить испытания от статического преобразователя частоты и напряжения с несинусоидальным выходным напряжением и привода в целом. Кроме того, устройство является очень чувствительным к регулированию, что затрудняет установку режима испытаний. Вольтодобавочный генератор необходимо подбирать по току якорной цепи первого нагрузочного генератора и первого приводного двигателя.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение устойчивости.

Указанная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее первый нагрузочный генератор постоянного тока, на валу которого жестко закреплен механический соединительный узел, второй нагрузочный генератор, первый приводной двигатель постоянного тока, вал которого механически соединен с валом второго нагрузочного генератора, второй приводной асинхронный двигатель, обмотка которого подключена к промышленной сети переменного напряжения, первые выводы якорных обмоток первого нагрузочного генератора постоянного тока и первого приводного двигателя постоянного тока соединены между собой снабжено вторым электрическим соединительным узлом и статическим преобразователем частоты и напряжения, причем второй нагрузочный генератор выполнен в виде машины постоянного тока, вал второго приводного двигателя механически соединен с валом второго нагрузочного генератора, первый вывод якорной обмотки второго нагрузочного генератора и первый электрический ввод статического преобразователя частоты и напряжения соединены с соответствующими выводами второго электрического соединительного узла, второй вывод якорной обмотки первого нагрузочного генератора, первого приводного двигателя, второй вывод якорной обмотки второго нагрузочного генератора и второй электрический ввод статического преобразователя частоты и напряжения соединены с общей шиной, а выходные выводы статического преобразователя частоты и напряжения соединены с соответствующими выводами первого электрического соединительного узла.

Отличительный признак сочленение второго приводного двигателя с генератором постоянного тока известно в литературе для схемы возвратной нагрузки машин постоянного тока [3] и предназначено для покрытия потерь мощности в схеме. В данном изобретении использование в качестве второго приводного двигателя асинхронной машины механически сочлененной с валом второго нагрузочного генератора повышает устойчивость работы устройства, исключается необходимость в дополнительном источнике постоянного тока, а электрическое соединение второго нагрузочного генератора постоянного тока и статического преобразователя частоты и напряжения через второй электрический соединительный узел позволяет проводить испытания бесколлекторных электрических машин переменного тока при различных значениях несинусоидального напряжения и нагрузках.

Принципиальная схема устройства испытания представлена на чертеже.

Устройство состоит из первого приводного двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ-1) 1, вал которого механически соединен с валом второго нагрузочного генератора постоянного тока независимого возбуждения (ГПТ2) 2 и валом второго приводного асинхронного электродвигателя (АД) 3. Бесколлекторная электрическая машина переменного тока (ИД) 4 через механический соединительный узел 5 сочленена с валом первого нагрузочного генератора машины постоянного тока внезависимого возбуждения (ГПТ1) 6. Якорная обмотка испытуемой бесколлекторной электрической машины переменного тока 4 соединена с первым электрическим соединительным узлом 7. Первый вывод якорной обмотки второго нагрузочного генератора 2 соединен со вторым электрическим соединительным узлом 8. Якорная обмотка второго приводного двигателя 3 подключается к промышленной сети переменного напряжения. Первые выводы якорной обмотки первого нагрузочного генератора 6 и первого приводного двигателя 1, второй вывод якорной обмотки второго нагрузочного генератора 2 и второй ввод статического преобразователя частоты и напряжения 9 соединены с общей шиной. Вторые выводы якорной обмотки первого нагрузочного генератора 6 и первого приводного двигателя 1 соединены между собой. Первый ввод статического преобразователя частоты и напряжения 9 соединен со вторым электрическим соединительным узлом 8, а выходные выводы статического преобразователя частоты и напряжения 9 соединены с первым электрическим соединительным узлом 7.

Устройство работает следующим образом. Второй приводной асинхронный электродвигатель 3 подключается к промышленной сети переменного напряжения и приводится во вращение. Через механические соединительные узлы приходят во вращение роторы второго нагрузочного генератора 2 и первого приводного двигателя 1. Ввиду того, что у второго приводного двигателя 3 нагрузка мала, частота вращения близка к синхронной. Подается напряжение на обмотку возбуждения второго нагрузочного генератора 2 и регулировкой его задают величину напряжения на входе статического преобразователя частоты (СПЧ) 9. Устройством управления СПЧ на выходе его формируется переменное напряжение требуемой частоты и амплитуды, которое через электрический соединительный узел 7 подается на якорную обмотку испытуемой бесколлекторной электрической машины 4. Если испытуемая электрическая машина является асинхронной или реактивной синхронной, она приходит во вращение. В случае, когда испытуемая машина является синхронной обычного исполнения либо индукторной, она приводится во вращение включением возбуждения. Через механический соединительный узел 5 приводится во вращение якорь первого нагрузочного генератора 6. Частота вращения трехмоторного агрегата первый приводной двигатель 1, второй нагрузочный генератор 2, второй приводной двигатель 3 несколько падает. Последовательно подается возбуждение на первый приводной двигатель 1 и первый нагрузочный генератор 6. При этом создается нагрузочный момент на бесколлекторной машине испытуемого привода и момент вращения на первом приводном двигателе 1. Трехмоторный агрегат начинает разгоняться и с увеличением частоты вращения падает скольжение и момент вращения второго приводного асинхронного двигателя 3. Регулировками возбуждений первого 6 и второго нагрузочных генераторов 2, первого приводного двигателя 1 и устройством управления СПЧ 9 устанавливается требуемый режим испытаний. Устойчивость работы устройства обеспечивается тем, что частота вращения трехмоторного агрегата не может быть выше синхронной второго приводного двигателя 3, так как при приближении к синхронной частоте вращения мощность, потребляемая из сети и расходуемая на покрытие потерь в устройстве, падает практически до нуля, вызывает уменьшение момента вращения первого 1 и второго приводных 3 двигателей, снижение частоты вращения трехмоторного агрегата, увеличение скольжения, мощности, потребляемой из сети, и возврат к установленному режиму. Ввиду того, что механическая характеристика асинхронного двигателя является жесткой, частота вращения трехмоторного агрегата изменяется незначительно и напряжение на входе СПЧ регулируется и поддерживается постоянным возбуждением второго нагрузочного генератора 2, что позволяет производить испытания при различных постоянных значениях напряжения на входе СПЧ 9 и имитировать колебания напряжения сети.

Примером конкретного исполнения может служить устройство для испытания асинхронного тягового двигателя НБ-607 номинальной мощности 900 кВт при частоте питающего напряжения 45 Гц. Первым нагрузочным генератором, первым приводным двигателем и вторым нагрузочным генератором могут служить тяговые машины постоянного тока НБ-514. В качестве второго приводного двигателя может быть использована асинхронная машина общепромышленного назначения с частотой вращения 1000 об/мин мощностью 250 300 кВт. Статический преобразователь частоты и напряжения соответственно мощностью до 1200 кВА.

Технико-экономическая эффективность изобретения состоит в повышении устойчивости режима испытаний и экономии электроэнергии на снижении времени по установке режима испытаний. Устройство обеспечивает испытание под нагрузкой бесколлекторных электрических машин переменного тока с потреблением из сети не более 40% мощности нагрузки. Регулирование напряжения на входе СПЧ позволяет проводить последовательную отладку также элементов привода, начиная с минимального напряжения и последующим выходом до максимального, что обеспечивает экономию затрат на комплектующие и исследования.