устройство для испытания реакторов

Формула изобретения

1. Устройство для испытания реакторов, преимущественно индуктивных накопителей энергии, содержащее испытуемый и вспомогательный реакторы, два регулируемых источника питания, один из которых выполнен в виде источника постоянного тока и подключен к испытуемому реактору через вспомогательный реактор, и контрольные приборы для измерения частоты и постоянной и переменной составляющих тока испытуемого реактора, отличающееся тем, что второй источник питания выполнен в виде источника переменного тока с регулируемой частотой и соединен с испытуемым реактором через конденсаторную батарею, емкость которой выбрана из условия резонанса на номинальной частоте испытуемого реактора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между вторым источником питания и конденсаторной батареей включен трансформатор, согласующий параметры источника питания с параметрами испытуемого реактора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что параллельно первому источнику питания включено устройство ограничения перенапряжений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, а именно к установкам для испытания мощных индукционных устройств, преимущественно индуктивных накопителей энергии.

Индуктивные накопители энергии (ИН) большой мощности применяются, в частности, в системах электроснабжения физических установок, предназначенных для ускорения элементарных частиц. Ток указанных ИН содержит две составляющих, одна из которых постоянная во времени, а вторая изменяется по синусоидальному закону с заданной частотой.

Для испытания ИН при номинальном токе в условиях завода-заготовителя, в частности для настройки ИН на минимальный уровень вибрации, для измерения вибрации и уровня звука требуется установка большой мощности.

Известно устройство для испытания сглаживающих реакторов большой мощности (1), которое позволяет создать в обмотках реактора номинальный ток с заданным гармоническим составом при относительно небольшой мощности питающей сети. Это устройство является наиболее близким к заявляемому по технической сущности.

Устройство (1) содержит испытуемый и вспомогательный реакторы, два источника питания, один из которых является источником большого постоянного тока пониженного напряжения, величина которого определяется падением напряжения на активном сопротивлении обмоток вспомогательного и испытуемого реакторов, причем этот источник подключен к испытуемому реактору через вспомогательный реактор, а в качестве второго источника используется шестифазный преобразовательный агрегат с более высоким напряжением, чем напряжение первого источника, причем величина номинального тока этого агрегата определяется величиной переменной составляющей тока испытуемого реактора.

Такое устройство позволяет обеспечить при испытании сглаживающих реакторов номинальное значение выпрямленного тока и заданное значение переменной составляющей, что требуется, например, при измерении уровня вибрации, уровня звука реакторов, при значительно меньшей мощности испытательного оборудования и меньшей мощности сети питания, чем это потребовалось бы при испытании реактора в реальной установке.

Однако такое устройство не может быть использовано для испытания индукционных накопителей, т.к. в этом случае от второго источника питания потребуется синусоидальный ток одной определенной частоты, существенно отличающийся как по частоте, так и по закону изменения во времени от переменной составляющей тока многофазного преобразователя.

Кроме этого, при больших значениях переменной составляющей и большой индуктивности реактора, как в случае испытания ИН, требуется преобразовательный агрегат повышенного напряжения с большим током, вследствие чего в этом случае существенно повышается его мощность, и устройство (1) в значительной мере теряет свое основное преимущество снижение испытательной мощности.

Технический результат, создаваемый изобретением, состоит в обеспечении достоверных условий для испытания ИН при пониженных мощностях испытательного оборудования и питающей сети.

Указанный результат достигается тем, что в устройстве, содержащем испытуемый и вспомогательный реакторы, два регулируемых источника питания, один из которых источник постоянного тока, подключенный к испытуемому реактору через вспомогательный реактор, и контрольные приборы для измерения частоты и составляющих тока испытуемого реактора, в качестве второго источника использован источник переменного тока с регулируемой частотой, соединенный с испытуемым реактором через конденсаторную батарею, емкость которой выбрана из условия резонанса на номинальной частоте испытуемого реактора.

При необходимости согласования параметров тока и напряжения испытуемого реактора с параметрами источника переменного тока в устройстве используется промежуточный трансформатор, включенный до конденсаторной батареи.

Ввиду того что в целях минимизации мощности и стоимости оборудования в устройстве целесообразно использование низковольтного источника постоянного тока, а реактивная энергия, запасенная в ИН, велика, при случайном отключении постоянного тока на его клеммах возможно возникновение напряжений, опасных для его целостности.

C целью ограничения величины возможных перенапряжений до допустимых пределов параллельно источнику постоянного тока включается устройство ограничения перенапряжений, например, в виде двух параллельно включенных резисторов, один из которых включен на клеммы источника постоянно, а второй включается при повышении напряжения выше определенной, заранее заданной величины. Возможно использование для этой цели и других схем ограничения перенапряжений, например в виде сопротивления, включенного через пробивной предохранитель.

Постоянная составляющая тока в ИН обеспечивается регулируемым источником постоянного тока, а синусоидальная составляющая заданной частоты - регулируемым источником переменного тока, например синхронным генератором, напряжение которого практически синусоидально.

Включение источника переменного тока на испытуемый реактор через конденсаторную батарею защищает источник от намагничивания постоянным током, недопустимым для него.

Для оптимизации мощности источника питания переменного тока необходимо, чтобы емкость конденсаторной батареи была выбрана из условия резонанса на частоте испытуемого реактора. При резонансе индуктивное падение напряжения на испытуемом и вспомогательном реакторах уравновешивается напряжением на конденсаторной батарее. В результате напряжение источника переменного тока снижается до минимального значения, определяемого падением напряжения на активном сопротивлении параллельно включенных испытуемого и вспомогательного реакторов.

На фиг.1 представлена принципиальной схеме устройства, на фиг.2 вариант выполнения источника постоянного тока на основе диодного выпрямителя.

Устройство содержит испытуемый реактор 1, вспомогательный реактор 2, конденсаторную батарею 3, регулируемый источник 4 постоянного тока и регулируемый источник 5 переменного тока.

Для согласования напряжения и тока реактора 1 с параметрами источника 5 между источником и реактором включен согласующий трансформатор 6.

В качестве источника 5 применен синхронный генератор, вал которого соединен с двигателем постоянного тока 7.

Источник 4 состоит из синхронного генератора 8, промежуточного трансформатора 9 и диодного выпрямителя 10.

Вместо синхронного генератора может быть использован индукционный регулятор, как в устройстве (1)=

Для защиты источника 4 от перенапряжений параллельно этому источнику включено устройство ограничения перенапряжений 11.

Для контроля параметров испытательного режима используются соответствующие измерительные приборы: частотомер 12, устройство измерения выпрямленного тока, например, в виде шунта 13 с исключением параллельно ему милливольтметром 14; для измерения переменной составляющей тока используется токоизмерительное устройство 15, представляющее собой, например, воздушный трансформатор тока или феррорезонансный датчик, сигнал с которых измеряется вольтметром 16.

Емкость конденсаторной батареи 3 выбирается из условия резонанса:

,

где С емкость конденсаторной батареи, F; L₁ индуктивность испытуемого реактора, Гн; L₂ индуктивность вспомогательного реактора, Гн; f частота источника переменного тока, соответствующая номинальной частоте переменной составляющей испытуемого реактора.

L₂ выбрано равным L₁, т.е. L₂/L₁.

Устройство работает следующим образом. Сначала включается источник постоянного тока 4. Постоянный ток регулируется до получения заданного значения изменением тока возбуждения генератора 8.

Благодаря использованию диодного выпрямителя 10, напряжение которого не может быть выше, чем падение напряжения на активном сопротивлении реакторов 1 и 2, ток в испытуемом реакторе практически не содержит переменной составляющей вследствие низкого значения переменной составляющей напряжения выпрямителя и большой суммарной индуктивности реакторов 1 и 2. Это способствует чистоте эксперимента, максимально приближает условия испытания к условиям реальной эксплуатации.

Затем включают источник переменного тока 5. Регулированием амплитуды, посредством изменения тока возбуждения генератора 5, и частоты скоростью вращения двигателя постоянного тока 7, устанавливают заданные значения амплитуды и частоты синусоидальной составляющей в испытуемом реакторе. При этом частота переменной составляющей контролируется частотомером 12, выпрямленный ток по напряжению на шунте 13 миллиметром 14, а переменная составляющая устройством 15 с включенным на его выход вольтметром 16.

При этом часть переменного тока проходит через реактор 2 в источник постоянного тока 4. Величина этого тока зависит от соотношения индуктивностей реакторов 1 и 2. Для ограничения этого тока в рассматриваемом случае принято соотношение L₂/L₁= 1. Таким образом вспомогательный реактор 2 ограничивает синусоидальную составляющую тока в источнике 4, которую генерирует источник 5.

Конденсаторная батарея 3 препятствует прохождению постоянного тока источника 4 через источник 5.

Для защиты источника 4 от перенапряжений, могущих возникнуть при случайном отключении питания этого источника, например синхронного генератора 8, параллельно ему включено устройство ограничения перенапряжений 10, например, в виде двух параллельно включенных резисторов. Один из резисторов включен параллельно источнику 4 постоянно, а второй включается электронным ключом при повышении напряжения свыше допустимого, что позволяет обеспечить уровень напряжения на источнике 4 в допустимых пределах.

Предложенное устройство создает на испытуемом индуктивном накопителе энергии 1 режим, эквивалентный реальному режиму, обеспечивая его испытание в условиях, соответствующих эксплуатационному режиму, при минимальных мощностях испытательного оборудования и источников питания.