способ снятия характеристик разнородных электрических машин

Формула изобретения

Способ снятия характеристик разнородных электрических машин с помощью стандартного универсального лабораторного стенда для снятия характеристик электрических машин, состоящего из двух электромашинных агрегатов, один из которых включает в себя трехфазный асинхронный электродвигатель и генератор постоянного тока, валы которых соединены между собой с помощью асинхронной муфты скольжения, работающей в режиме электромагнитного тормоза, другой электромашинный агрегат состоит из электродвигателя постоянного тока и синхронной машины, валы которых соединены между собой с помощью аналогичной муфты, отличающийся тем, что снятие характеристик производится по показанию измерительных приборов, величине мощности, потребляемой из сети при нагрузке и при холостом ходе, и номинальным данным электрических машин, при этом частоту вращения электродвигателя постоянного тока определяют по формуле



частоту вращения асинхронного электродвигателя по формуле



момент нагрузки на валу для всех типов электродвигателей по формуле



где М_ном - номинальный момент нагрузки на валу;

P₁ - текущее значение потребляемой мощности;

P_1ном - потребляемая мощность при номинальной нагрузке;

Р₁₀ - мощность, потребляемая при холостом ходе;

n_2ном - номинальная частота вращения асинхронного двигателя,

n₂₀ - частота вращения при холостом ходе асинхронного двигателя,

n"₀ - частота вращения при холостом ходе двигателя постоянного тока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и электроники.

Известен стенд для снятия динамических характеристик электрических машин, который может быть использован для поочередного испытания асинхронного электродвигателя, синхронной машины и машины постоянного тока по методу взаимной нагрузки (А.П. Орлихин, Г.Г. Рекус. Стенд для снятия динамических характеристик электрических машин. Авторское свидетельство СССР 1780064, Бюл.изоб. 45, 1992).

Недостатком этого стенда является сложность устройства и процесса испытаний разнородных электрических машин.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению относится стандартный универсальный лабораторный стенд (фиг.1) для снятия характеристик электрических машин (Г.Г. Рекус, В.Н. Чесноков. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники. М.: Высшая школа, 1989, - 249 с.).

Стенд включает в себя электромашинный агрегат, состоящий из асинхронного трехфазного электродвигателя и генератора постоянного тока, валы которых соединены с помощью асинхронной муфты скольжения, работающей в режиме электромагнитного тормоза, и электромашинный агрегат, состоящий из электродвигателя постоянного тока и синхронной машины, валы которых соединены с помощью другой аналогичной муфты. Оба агрегата оснащены измерительными приборами для измерения напряжения, тока и мощности, а также блоками для измерения частоты вращения и блоками для измерения момента нагрузки на валу электрических машин с использованием бесконтактных датчиков.

Стандартный универсальный лабораторный стенд обеспечивает свое функциональное предназначение, однако, имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что установленные на нем блоки измерения частоты вращения и блоки измерения момента нагрузки на валу электрических машин, выполненные с использованием бесконтактных датчиков, характеризуются невысокой точностью, ненадежны в процессе работы, часто разрегулируются и выходят из строя, вследствие чего либо вообще становится невозможным снятие характеристик электрических машин, либо имеет место невысокая их точность.

Задачей предложенного изобретения является разработка способа, позволяющего с помощью стандартного универсального лабораторного стенда снимать характеристики разнородных электрических машин без использования блоков измерения частоты вращения и блоков измерения момента нагрузки на валу по показаниям измерительных приборов, мощности, потребляемой из сети, при нагрузке и при холостом ходе, и номинальным данным электрических машин с помощью предложенных расчетных формул, отличающегося надежностью, простотой и повышенной точностью.

Поставленная задача решается тем, что снятие характеристик производится по показанию измерительных приборов, величине мощности, потребляемой из сети при нагрузке и при холостом ходе, и номинальным данным электрических машин, при этом частоту вращения электродвигателя постоянного тока определяют по формуле:

,

частоту вращения асинхронного электродвигателя по формуле:



момент нагрузки на валу для всех типов электродвигателей по формуле:



где М_ном- номинальный момент нагрузки на валу; P₁ - текущее значение потребляемой мощности; Р_1ном - потребляемая мощность при номинальной нагрузке; Р₁₀ - мощность, потребляемая при холостом ходе; n_2ном - номинальная частота вращения асинхронного двигателя; n₂₀ - частота вращения при холостом ходе асинхронного двигателя; n"₀ - частота вращения при холостом ходе двигателя постоянного тока.

Пример 1. Вывод расчетных формул и методика построения рабочих и механических характеристик всех типов электрических машин на основе предложенного изобретения изложены на примере асинхронного электродвигателя.

Для этого на фиг. 2 представлена зависимость момента нагрузки на валу асинхронного электродвигателя в функции потребляемой мощности M(P₁) и зависимость частоты вращения вала двигателя в функции потребляемой мощности n₂(P₁), которые в пределах рабочего участка характеристики, как известно, имеют линейный характер. Здесь частота вращающегося магнитного поля



где f₁ - частота питающей сети; р - число пар полюсов двигателя; n_2ном - номинальная частота вращения; М_ном - номинальный момент нагрузки на валу; М - текущее значение момента нагрузки на валу; М₀ - момент трения на валу при холостом ходе; Р_1ном - номинальное значение мощности, потребляемой из сети; Р₁₀ - мощность, потребляемая при холостом ходе.

Из приведенных на фиг.2 прямолинейных зависимостей M(P₁) и n₂(P₁) видно, что прямоугольный треугольник с координатами (Р_1ном, М_ном, Р₁₀) подобен прямоугольному треугольнику с координатами (Р₁, М, Р₁₀), откуда следует, что текущее значение момента М, соответствующее текущему значению потребляемой двигателем мощности P₁, связаны между собой соотношением:



Вместе с тем, из фиг.2 следует, что прямоугольный треугольник с координатами (n₂, n₂₀, n₂) подобен прямоугольному треугольнику с координатами (n_2ном, n₂₀, n_2ном), откуда следует, что текущее значение частоты вращения, соответствующее текущим значениям P₁ и М, может быть найдено исходя из выражения:



В выражениях (1) и (2) показания текущей частоты вращения n₂ и текущего значения момента на валу М находятся в зависимости от мощности Р₁, потребляемой из сети при нагрузке, номинальных (паспортных) значений Р_1ном, М_ном, n_2ном, и данным опыта холостого хода (n₂₀ и Р₁₀), выступающих здесь в качестве констант.

Из зависимостей, представленных на рис. 2, графическим способом можно определить и момент холостого хода М₀, обусловленный механическими потерями Р₁₀ холостого хода электродвигателя.

Таким образом, зная n₂₀ и Р₁₀, по соответствующим номинальным (паспортным) данным представляется возможным по формулам (1) и (2) определять текущие значения n₂ и М асинхронного двигателя и при отсутствии блоков измерения частоты вращения и измерения момента нагрузки на валу двигателя.

Значения n₂₀ и Р₁₀ предварительно определяют в процессе проведения опыта холостого хода электродвигателя, затем они заносятся в его расчетный формуляр на ряду с номинальными данными.

Пример 2. Снятие характеристик асинхронного электродвигателя с использованием предложенного изобретения осуществляется в следующей последовательности. С помощью электромагнитного тормоза задается некоторый момент нагрузки на валу и снимаются показания приборов (потребляемого тока I₁, питающего напряжения U₁, потребляемой мощности P₁), которые заносятся в таблицу. Затем определяются текущие значения:

- момента нагрузки на валу:



где



и



здесь Р_2ном, n_2ном, _ном - соответствующие номинальные (паспортные) значения полезной мощности на валу, частоты вращения и КПД асинхронного электродвигателя;

- частоты вращения:



- коэффициента мощности:



- полезной мощности на валу:



- коэффициента полезного действия:



Полученные таким образом данные соответствуют первым точкам характеристик асинхронного двигателя. Путем изменения момента нагрузки М на валу с помощью электромагнитного тормоза аналогично определяются последующие точки характеристик. Затем строится рабочая характеристика: I_1, Р_2, М, n_2, cos₁,(P₂) и механическая характеристика n₂(M) асинхронного электродвигателя.

Аналогичным образом получают расчетные формулы и снимают характеристики электрической машины постоянного тока и синхронной машины.

При этом для двигателя постоянного тока текущее значение частоты вращения определяют по формуле:



где n_ном - номинальная частота вращения; n"₀ - частота вращения при холостом ходе.

Момент нагрузки на валу для всех типов электродвигателей определяют по формуле:



Таким образом, снятие характеристик разнородных электрических машин предложенным способом с использованием полученных расчетных формул отличаются простотой, так как в этих формулах все величины, кроме потребляемой мощности Р₁, являются постоянными. При этом обеспечивается повышенная точность, определяемая классом точности измерительных приборов, поскольку расчетные формулы учитывают потери мощности при холостом ходе машин, в то время как определить частоту вращения и момент нагрузки на валу машин с достаточно высокой точностью при использовании соответствующих измерительных блоков, выполненных с использованием бесконтактных датчиков, установленных на универсальных стендах, не представляется возможным.