Стенд для испытания асинхронных машин и машин постоянного тока

Полезная модель относится к области электротехники и может быть применена в качестве стенда для испытания асинхронных машин и машин постоянного тока.
Аналогом предлагаемого устройства является схема взаимной нагрузки машин постоянного тока, в которой один силовой агрегат питает цепи якоря испытуемой и нагрузочной машин, а другой - выполняет функцию вольтодобавочного источника, изменяющего напряжение на якоре одной машины относительно другой, за счет чего одна из машин переходит в двигательный режим, а другая - в генераторный [1].
Недостатком данного аналога является ограниченная область применения: отсутствие возможности испытания на стенде машин переменного тока и машин постоянного тока с независимым (параллельным) возбуждением.
Другим аналогом предлагаемого устройства является стенд для испытания асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением (RU 168633 U1, 13.02.2017) [2], который состоит из двух неуправляемых выпрямителей, получающих питание от трехфазной сети, двух звеньев постоянного тока, электрически связанных между собой, входы которых соединены с выходами неуправляемых выпрямителей, двух однотипных управляемых инверторов, входы которых соединены с выходами звеньев постоянного тока, муфты, механически связывающей между собой испытуемые асинхронные двигатели, третьего неуправляемого выпрямителя, вольтодобавочного преобразователя, четырех контакторов, муфты, механически связывающей между собой испытуемый и нагрузочный двигатели постоянного тока; обмотка статора испытуемого асинхронного двигателя подключена к выходу одного управляемого инвертора через первый контактор, обмотка статора нагрузочного асинхронного двигателя подключена к выходу другого управляемого инвертора через второй контактор, вход третьего неуправляемого выпрямителя соединен с выходом одного управляемого инвертора через третий контактор, а выход подключен к якорным цепям испытуемого и нагрузочного двигателей постоянного тока, вход вольтодобавочного преобразователя соединен с выходом другого управляемого инвертора через четвертый контактор, а выход подключен последовательно с обмоткой якоря нагрузочного двигателя постоянного тока.
Недостатком данного аналога является ограниченная область применения: отсутствие возможности испытания на стенде машин постоянного тока с независимым (параллельным) возбуждением.
Прототипом предлагаемого устройства является стенд для испытания асинхронных машин и машин постоянного тока с параллельным (независимым) возбуждением, состоящий из двух неуправляемых выпрямителей, получающих питание от трехфазной сети, двух звеньев постоянного тока, электрически связанных между собой, входы которых соединены с выходами неуправляемых выпрямителей, двух однотипных управляемых инверторов, входы которых соединены с выходами звеньев постоянного тока, муфты, механически связывающей между собой валы испытуемой и нагрузочной асинхронных машин, муфты, механически связывающей между собой валы испытуемой и нагрузочной машин постоянного тока, третьего неуправляемого выпрямителя и четырех контакторов; при этом обмотка статора испытуемой асинхронной машины подключена к выходу одного управляемого инвертора через первый контактор, обмотка статора нагрузочной асинхронной машины подключена к выходу другого управляемого инвертора через второй контактор, вход третьего неуправляемого выпрямителя соединен с выходом одного управляемого инвертора через третий контактор, а выход подключен к якорным цепям испытуемой и нагрузочной машин постоянного тока; четвертого неуправляемого выпрямителя, вход которого подключен к выходу второго управляемого инвертора через четвертый контактор; обмотка возбуждения испытуемой машины постоянного тока подключена к выходу третьего неуправляемого выпрямителя, обмотка возбуждения нагрузочной машины постоянного тока подключена к выходу четвертого неуправляемого выпрямителя.
Недостатком прототипа является ограниченная область применения: отсутствие возможности испытания на стенде машин постоянного тока с последовательным возбуждением.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей стенда: получение возможности испытания на стенде асинхронных машин, машин постоянного тока с независимым (параллельным) возбуждением и машин постоянного тока с последовательным возбуждением.
Указанная цель достигается тем, что стенд для испытания асинхронных машин и машин постоянного тока, состоящий из двух неуправляемых выпрямителей, получающих питание от трехфазной сети, двух звеньев постоянного тока, электрически связанных между собой, входы которых соединены с выходами неуправляемых выпрямителей, двух однотипных управляемых инверторов, входы которых соединены с выходами звеньев постоянного тока, муфты, механически связывающей между собой валы испытуемой и нагрузочной асинхронных машин, муфты, механически связывающей между собой валы испытуемой и нагрузочной машин постоянного тока, третьего и четвертого неуправляемых выпрямителей и четырех контакторов; при этом обмотка статора испытуемой асинхронной машины подключена к выходу одного управляемого инвертора через первый контактор, обмотка статора нагрузочной асинхронной машины подключена к выходу второго управляемого инвертора через второй контактор, вход третьего неуправляемого выпрямителя соединен с выходом одного управляемого инвертора через третий контактор, вход четвертого неуправляемого выпрямителя соединен с выходом второго управляемого инвертора через четвертый контактор, оснащен коммутатором, имеющим два рабочих положения; в первом рабочем положении коммутатора первый вывод обмотки возбуждения первой машины постоянного тока подключается к первому выводу обмотки возбуждения второй машины постоянного тока, второй вывод обмотки возбуждения первой машины постоянного тока подключается к первому выводу ее обмотки якоря, второй вывод обмотки якоря первой машины постоянного тока и первый вывод обмотки якоря второй машины постоянного тока подключаются ко второму выводу третьего неуправляемого выпрямителя, второй вывод обмотки якоря второй машины постоянного тока подключается к первому выводу четвертого неуправляемого выпрямителя, первый вывод третьего неуправляемого выпрямителя и второй вывод обмотки возбуждения второй машины постоянного тока подключаются к второму выводу четвертого неуправляемого выпрямителя; во втором рабочем положении коммутатора первый вывод обмотки возбуждения первой машины постоянного тока подключается к первому выводу третьего неуправляемого выпрямителя, второй вывод обмотки возбуждения первой машины постоянного тока подключается ко второму выводу третьего неуправляемого выпрямителя, первый вывод обмотки якоря первой машины постоянного тока подключается к первому выводу третьего неуправляемого выпрямителя, второй вывод обмотки якоря первой машины постоянного тока подключается ко второму выводу третьего неуправляемого выпрямителя, первый вывод обмотки якоря второй машины постоянного тока подключается к первому выводу третьего неуправляемого выпрямителя, второй вывод обмотки якоря второй машины постоянного тока подключается ко второму выводу третьего неуправляемого выпрямителя, первый вывод обмотки возбуждения второй машины постоянного тока подключается к первому выводу четвертого неуправляемого выпрямителя, второй вывод обмотки возбуждения второй машины постоянного тока подключается ко второму выводу четвертого неуправляемого выпрямителя.
На фиг. представлен стенд для испытания асинхронных машин и машин постоянного тока.
Предлагаемое устройство состоит из двух однотипных преобразователей частоты 1 и 2, получающих питание от трехфазной сети, которые состоят из неуправляемых выпрямителей 1.1 и 2.1, звеньев постоянного тока 1.2 и 2.2, управляемых инверторов 1.3 и 2.3. Звенья постоянного тока 1.2 и 2.2 имеют между собой электрическое соединение 3. Муфта 10, механически связывает между собой валы асинхронных машин 8 и 9, получающих питание от преобразователей частоты 1 и 2 через контакторы 5 и 6. Муфта 16, механически связывает между собой валы машин постоянного тока 14 и 15, обмотки якоря которых 14.1 и 15.1 и обмотки возбуждения 14.2 и 15.2 соединяются через коммутатор 13 с выходами неуправляемых выпрямителей 11 и 12. Неуправляемые выпрямители 11 и 12 получают питание от преобразователей частоты 1 и 2 через контакторы 4 и 7.
Входы обоих неуправляемых выпрямителей 1.1 и 2.1 подключены к трехфазной сети. Выход неуправляемого выпрямителя 1.1 подключен к входу звена постоянного тока 1.2, выход неуправляемого выпрямителя 2.1 подключен к входу звена постоянного тока 2.2. Вход управляемого инвертора 1.3 подключен к выходу звена постоянного тока 1.2. Вход управляемого инвертора 2.3 подключен к выходу звена постоянного тока 2.2. Выходы звеньев постоянного тока 1.2 и 2.2 подключены между собой электрическим соединением 3. Обмотки статора асинхронных машин 8 и 9, валы которых механически соединены между собой муфтой 10, подключены через контакторы 5 и 6 к входам управляемых инверторов 1.3 и 2.3. Вход неуправляемого выпрямителя 11 подключен через контактор 4 к выходу управляемого инвертора 1.3. Вход неуправляемого выпрямителя 12 подключен через контактор 7 к выходу управляемого инвертора 2.3. Валы машин постоянного тока 14 и 15 механически соединены между собой муфтой 16. Каждый из концов обмоток якоря 14.1 и 15.1 и обмоток возбуждения 14.2 и 15.2 подключен к отдельному подвижному контакту коммутатора 13. В первом рабочем положении коммутатора 13 первый вывод обмотки возбуждения 14.2 первой машины постоянного тока 14 подключается к первому выводу обмотки возбуждения 15.2 второй машины постоянного тока 15, второй вывод обмотки возбуждения 14.2 первой машины постоянного тока 14 подключается к первому выводу ее обмотки якоря 14.1, второй вывод обмотки якоря 14.1 первой машины постоянного тока 14 и первый вывод обмотки якоря 15.1 второй машины постоянного тока 15 подключаются ко второму выводу третьего неуправляемого выпрямителя 11, второй вывод обмотки якоря 15.1 второй машины постоянного тока 15 подключается к первому выводу четвертого неуправляемого выпрямителя 12, первый вывод третьего неуправляемого выпрямителя 11 и второй вывод обмотки возбуждения 15.2 второй машины постоянного тока подключаются к второму выводу четвертого неуправляемого выпрямителя 12; во втором рабочем положении коммутатора 13 первый вывод обмотки возбуждения 14.2 первой машины постоянного тока 14 подключается к первому выводу третьего неуправляемого выпрямителя 11, второй вывод обмотки возбуждения 14.2 первой машины постоянного тока 14 подключается ко второму выводу третьего неуправляемого выпрямителя 11, первый вывод обмотки якоря 14.1 первой машины постоянного тока 14 подключается к первому выводу третьего неуправляемого выпрямителя 11, второй вывод обмотки якоря 14.1 первой машины постоянного тока 14 подключается ко второму выводу третьего неуправляемого выпрямителя 11, первый вывод обмотки якоря 15.1 второй машины постоянного тока 15 подключается к первому выводу третьего неуправляемого выпрямителя 11, второй вывод обмотки якоря 15.1 второй машины постоянного тока 15 подключается ко второму выводу третьего неуправляемого выпрямителя 11, первый вывод обмотки возбуждения 15.2 второй машины постоянного тока 15 подключается к первому выводу четвертого неуправляемого выпрямителя 12, второй вывод обмотки возбуждения 15.2 второй машины постоянного тока 15 подключается ко второму выводу четвертого неуправляемого выпрямителя 12.
Устройство работает следующим образом. Подведенное от сети трехфазное напряжение поступает к преобразователям частоты 1 и 2, где оно преобразуется в постоянное напряжение посредством выпрямителей 1.1 и 2.1, передается в звенья постоянного тока 1.2 и 2.2 и далее инвертируется с помощью управляемых инверторов 1.3 и 2.3 в переменное напряжение, имеющее требуемое действующее значение и частоту.
При испытаниях асинхронных машин 8 и 9 их обмотки статора подключаются к выходам управляемых инверторов 1.3 и 2.3 через контакторы 5 и 6. При этом контакторы 4 и 7 отключены. Для реализации режима взаимной нагрузки необходимо уменьшить частоту вращения магнитного поля на одной из асинхронных машин (например, на асинхронной машине 8) по сравнению с частотой вращения вала. Для этого, разогнав асинхронные машины 8 и 9 на холостом ходу до определенной частоты вращения, необходимо снизить частоту вырабатываемого напряжения на преобразователе частоты 1. Асинхронная машина 8, получающая напряжение от преобразователя 1 с меньшей частотой, переходит в генераторный режим, а вырабатываемая ей электрическая энергия поступает в звено постоянного тока 1.2 и далее через электрическое соединение 3 поступает в звено постоянного тока 2.2 преобразователя частоты 2, который осуществляет питание электрической машины 9, работающей в двигательном режиме.
При испытаниях машин постоянного тока неуправляемый выпрямитель 11 подключается через контактор 4 к преобразователю частоты 1, а неуправляемый выпрямитель 12 подключается через контактор 7 к преобразователю частоты 2. При этом контакторы 5 и 6 отключены.
При испытаниях машин постоянного тока с последовательным возбуждением коммутатор 13 включается в первое рабочее положение. При этом обе обмотки возбуждения 14.2 и 15.2 включены последовательно с якорной обмоткой 14.1. Постоянное напряжение, подаваемое в якорные цепи машин постоянного тока 14 и 15 с выхода неуправляемого выпрямителя 11, определяется параметрами переменного напряжения на его входе, которое, в свою очередь, регулируется с помощью преобразователя частоты 1. Для реализации режима взаимной нагрузки необходимо увеличить напряжение в якорной цепи одной машины постоянного тока по сравнению с другой за счет напряжения, подаваемого с выхода неуправляемого выпрямителя 12, выполняющего в данном случае роль вольтодобавочного преобразователя. При этом машина постоянного тока, в якорной цепи которой напряжение оказалось выше, нагружается в двигательном режиме, а другая машина постоянного тока переходит в генераторный режим. Постоянное напряжение на выходе вольтодобавочного преобразователя 12, определяется параметрами переменного напряжения на его входе, которое, в свою очередь, регулируется с помощью преобразователя частоты 2.
При испытаниях машин постоянного тока с параллельным (независимым) возбуждением коммутатор 13 включается во второе рабочее положение. При этом обмотка возбуждения 14.2 машины постоянного тока 14 получает питание от неуправляемого выпрямителя 11, а обмотка возбуждения 15.2 машины постоянного тока 15 получает питание от неуправляемого выпрямителя 12. Постоянное напряжение, подаваемое в якорные цепи двигателей 14 и 15 с выхода неуправляемого выпрямителя 11, определяется параметрами переменного напряжения на его входе, которое, в свою очередь, регулируется с помощью преобразователя частоты 1. Для осуществления режима нагрузки необходимо сначала разогнать машины постоянного тока 14 и 15 на холостом ходу, плавно подняв напряжение на их обмотках до номинального значения с помощью преобразователей частоты 1 и 2. Далее с помощью преобразователя частоты 2 необходимо уменьшить напряжение на выходе неуправляемого выпрямителя 12 и тем самым ослабить возбуждение машины постоянного тока 15. При ослаблении возбуждения уменьшится электродвижущая сила обмотки якоря 15.1 и машина постоянного тока 15 перейдет в режим двигателя, а машина постоянного тока 14 перейдет в режим генератора. Степень ослабления возбуждения машины постоянного тока 15 будет обусловливать величину мощности нагрузки у обеих электрических машин постоянного тока 14 и 15.
Источники информации:
1. Жерве, Г.К. Промышленные испытания электрических машин / Г.К. Жерве; Изд. 4-е, сокр. и перераб. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984.-408 с.
2. Патент на полезную модель Р.Ф. №168633, МПК G01R 31/34, G01M 15/00, 2016.
3. Патент на полезную модель Р.Ф. №178539, МПК G01R 31/34, 2017.