СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Данное предложение по полезной модели относится к электрическим машинам, а точнее к стендам для испытаний асинхронных тяговых электродвигателей с имитацией всего диапазона изменения их нагрузок путем регулирования частоты и напряжения.
Известен стенд для испытаний асинхронного тягового электродвигателя, содержащий нагрузочный генератор постоянного тока, вал которого посредством муфты соединен с валом испытуемого двигателя, а его якорная обмотка нагружена на мотор-генераторный агрегат, состоящий из электродвигателя постоянного тока и синхронного генератора переменного трехфазного тока, подключенного к трехфазной сети [1].
Недостаток данного технического решения заключается в том, что сложно обеспечить весь диапазон регулирования режимов испытуемого двигателя.
Этот недостаток частично устранен в устройстве [2], которое может быть принято в качестве прототипа данного предложения по полезной модели.
Прототип предложенного стенда для испытаний асинхронного тягового электродвигателя содержит находящийся с ним на одном валу нагрузочный генератор постоянного тока с независимым возбуждением, регулируемый источник для питания обмотки независимого возбуждения указанного генератора и источник трехфазного переменного тока для питания статорной обмотки испытуемого асинхронного тягового электродвигателя, причем оба указанных источника соединены своими входами с трехфазной питающей сетью 3×380 В 50 Гц. [2].
Недостатки прототипа состоят в сложности задания всех испытательных режимов и в неэкономичности стенда в смысле слишком большого потребления электроэнергии из стационарной сети 3×380 В 50 Гц, что достаточно подробно рассмотрено в [3].
Техническое решение по данной полезной модели состоит в исключении указанных выше недостатков, а именно в расширении диапазона регулирования и сокращении затрат электроэнергии при длительных испытаниях асинхронных тяговых электродвигателей мощностью 1200-1500 кВт.
Указанное выше техническое решение достигается за счет того, что в составе стенда дополнительно предусмотрен типовой электровозный трансформатор однофазного переменного тока, вторичная обмотка собственных нужд которого посредством непосредственного трехфазно-однофазного преобразователя частоты включенного на полупроводниковых ключевых элементах (тиристорах или силовых транзисторах, например JGBT) и трехфазного трансформатора подключена к стационарной трехфазной питающей сети 3×380 В. 50 гц., низковольтная вторичная обмотка указанного трансформатора посредством выпрямителя соединена с входными клеммами обмотки независимого возбуждения нагрузочного генератора, первая вторичная высоковольтная обмотка трансформатора посредством двухзвенного статического регулируемого по напряжению и частоте преобразователя, состоящего из последовательно соединенных однофазного выпрямителя и трехфазного инвертора, соединена с входными клеммами статорной обмотки испытуемого асинхронного тягового электродвигателя, а вторая вторичная высоковольтная обмотка трансформатора посредством выпрямительно-инверторного преобразователя с выходным сглаживающим реактором подключена к выводам якорной обмотки нагрузочного генератора.
Конкретно данная полезная модель поясняется на примере ее реализации на испытательных стендах, широко используемых на электровозостроительных заводах и на заводах по ремонту тяговых электромашин (фиг.1).
2A
2B
2С
Испытуемый асинхронный тяговый электродвигатель 1 подключен своей статорной обмоткой АВС к источнику 3-х фазного переменного тока 2, который получает электропитание от обмотки (3) ТО1 силового трансформатора 4. Источник 2 содержит выпрямитель 2А и регулируемые инверторы 2И, работающие с взаимным сдвигом фаз выходного напряжения U, U, U в 120 градусов. Вал 5 испытуемого двигателя 1 (АТЭД) соединен с валом нагрузочного генератора 6, в качестве которого использован серийный тяговый электродвигатель электровоза переменного тока в генераторном режиме, т.е. коллекторная электромашина постоянного тока в генераторном режиме при независимом возбуждении.
Электромашина 6 посредством четырехзонного выпрямительно-инверторного преобразователя ВИЛ 7 нагружена на обмотку 8 силового трансформатора 4.
Обмотка возбуждения 9 нагрузочного генератора 6 получает питание от низковольтной вторичной обмотки 10 трансформатора 4 через выпрямитель ВУВ 11.
Особенностью предложенного стенда заключается, в том, что мощностью испытуемого АТЭД 1 практически вдвое выше мощности нагрузочного генератора 6, поскольку коллекторные тяговые электродвигатели электровозов имеют мощность не более 800-900 кВт. Поэтому в данной полезной модели использовано два идентичных нагрузочных генератора 6, якорные обмотки которых 6′ и 6′′ соединены параллельно и в цепь каждой из них включены соответственно демпфирующие резисторы R′ и R′′, а также разделительные диоды Д′ и Д′′.
У трансформатора 4 в качестве первичной обмотки (взамен штатной обмотки 10, (рассчитанной на питание от контактной сети 25 кВ.) использована низковольтная обмотка СН, подключенная к типовой стационарной сети 13 с параметрами 3×380 В 50 Гц посредством трехфазно-трехфазного трансформатора 14 и непосредственного преобразователя частоты НПЧ трехфазно-однофазного исполнения 15 [4].
На его выходе имеем однофазное напряжение переменного тока 380 В 50 Гц, поступающее на обмотку 12 трансформатора 4.
1
н
н
Предложенный стенд работает следующим образом. При наличии электропитания в сети 13 блок 14-15 формирует однофазное напряжение 50 Гц, поступающее на обмотку 12 трансформатора 4. От обмотки 3 этого трансформатора преобразователь 2 подает на испытуемый электродвигатель 1 напряжение минимальной амплитуды и минимальной частоты (10-25 В при 1,5-2,5 Гц.). Согласно закону академика М.П. Костенко [5] испытуемый двигатель трогается и начинает вращение. При помощи общего вала 5 двигатель 1 вращает якоря генераторов 6′ и 6′′. Постепенно, пока еще на холостом ходу скорость n двигателя 1 повышают до номинальной n. Вместе с двигателем 1 посредством муфты 5 вращается генератор 6. При достижении n включают преобразователь 7 в инверторном режиме, постепенно увеличивая мощность по цепи 3-2-1-5-6-7-8 [6].
Это позволяет реализовать все режимы, предусмотренные протоколом испытаний при минимальной и симметричной загрузке питающей сети 13. Основная часть энергии испытуемого двигателя 1 по цепи 1-5-6-7-8-3-2 возвращается на его питание. Потребляемая энергия от сети 13 даже при большой мощности испытуемого двигателя 1 (1200-1600 кВт) является минимальной и составляет не более 5-7% от мощности, реализуемой двигателем. Так же важно, что сеть 13 при этом равномерно загружается по всем фазам.
Эффективность данного предложения определяется:
минимальным потреблением электроэнергии из стационарной сети;
возможностью реализации всех режимов, предусмотренных регламентом испытаний двигателя АТЭД 1;
исполнением стенда на базе типовых блоков электровозов, например ВЛ80Р, ВЛ85, ЭП10, включая трансформатор 4, реактор СР, ВИЛ 7.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ,
использованные при описании полезной модели
1. Авторское свидетельство СССР №135242 A1. Р.И.Аликин и др. БИ №4, 1994
2. Патент РФ №2071608. И.И.Талья и др. БИ №1, 1997
3. Жерве Г.Г. Испытания электрических машин. М. - Л., Энергоиздат, 1975
4. Фираго А.В. Циклоконверторы. М., Энергоиздат, 1981
5. Костенко М.П. Электрические машины. Т.1 Изд-во «Высшая школа», 1985
6. Капустин Л.Д. и др. Надежность и эффективность электровозов ВЛ80Р в эксплуатации., Транспорт, 1968, с.103, рис.97