Стенд для испытаний электрогенераторов

Полезная модель относится к устройствам для испытаний электрических машин, в частности для испытаний электрогенераторов.
Из уровня техники известны следующие технические решения.
Известно устройство для испытания двигателя (патент CN 207992399), позволяющее определять срок службы двигателя, сущность которого заключается в том, что на нижнем опорном столе установлен двигатель. Опорная верхняя платформа неподвижно установлена на нижнем опорном столе с помощью кронштейна, при этом верхняя опорная платформа расположена над двигателем.
На опорной верхней платформе установлена несущая рама, которая соединена с главным валом, на котором установлена муфта, через подшипник, причем один конец главного вала соединен с ведомым колесом. Датчик положения установлен на наружней торцевой поверхности монтажной рамы и соединен с главным валом.
Двигатель приводит в движение ведущее колесо, ведомое колесо приводится во вращение с помощью ременной передачи, при этом вращается главный вал, в результате чего измеряются параметры в датчике положения, определяя срок службы двигателя.
Предложенное устройство отличается трудоемкостью выполнения сборочно-монтажных работ при испытании электрических машин.
Известен стенд для испытаний ветрогенератора (патент CN 206348435), который позволяет имитировать входную нестабильную скорость ветра. Конструктивной особенностью стенда является то, что последовательно соединены электродвигатель, коробка передач и ветрогенератор, закрепленные на испытательном стенде при помощи болтов, при этом электродвигатель соединен с коробкой передач через муфту, а коробка передач соединена с ветрогенератором через синхронную ременную передачу, причем к электродвигателю подключается преобразователь частоты через провод.
Недостатком данной конструкции является то, что в процессе осуществления сборочно-монтажных работ стенда необходимо осуществлять сборку синхронной ременной передачи, а именно устанавливать один из шкивов на ветрогенератор, а второй шкив на коробку передач, а также устанавливать ремень и регулировать его натяжение.
Известен малогабаритный настольный стенд для испытаний маломощных низкооборотных электрогенераторов, созданный в рамках исследовательской работы «Альтернативные источники энергии» (http://imlab.narod.ru/Energy/Gen_Test/Gen_Test.htm), который представляет собой станину, на которой установлен электропривод вращения с датчиком частоты вращения, представляющий собой электродвигатель постоянного тока с редуктором. Испытываемый электрогенератор устанавливается и закрепляется во внутреннем отсеке стенда. Ось электрогенератора соединяется с осью электропривода с помощью оси-насадки с гайками и контргайками. При проведении испытаний ротор электрогенератора приводится во вращение с помощью электропривода.
Стенд предназначен для проверки и испытаний электрогенераторов с вращающимся ротором для снятия зависимости выходных параметров (напряжение, ток) от частоты вращения на холостом ходу или с подключенной электрической нагрузкой.
Недостатками данного технического решения является то, что данный стенд не позволяет испытывать электрогенераторы с высокой частотой вращения, а также для стенда необходимо подбирать электродвигатель, по эксплуатационным техническим характеристикам совпадающих с испытываемым электрогенератором.
Известен стенд для проверки генераторов автомобилей (патент RU 82852), включающий в себя испытываемый генератор, основание с закрепленным на нем устройством для ориентации испытуемого генератора, привод с ременной передачей, механизм натяжения ремня, блок нагрузочных резисторов с электронным управлением, блок управления на основе программируемого контроллера, монитор, принтер. При этом двигатель привода расположен под испытуемым генератором и установлен с возможностью его поворота вокруг оси, параллельной оси вала двигателя и через тягу соединен с механизмом натяжения ремня. Устройство для ориентации испытуемого генератора содержит кронштейн, через отверстие в котором пропущена ось для связи с проушинами корпуса испытуемого генератора и подпружиненной защелки, закрепленной на кронштейне с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси для связи с проушинами испытуемого генератора, снабжена угловым вырезом, выполненным с возможностью взаимодействия с канавкой, выполненной на оси для связи с проушинами испытуемого генератора.
Недостатком данного технического решения является то, что процесс установки и съема испытываемого двигателя осуществляется со снятием ремня ременной передачи при этом необходимо контролировать, чтобы шкивы генератора и испытываемого двигателя находились в одной плоскости по вертикали, а также взаимное расположение электродвигателя и испытываемого электрогенератора на стенде усложняют механизм натяжения ремня.
Данное техническое решение является наиболее близким аналогом к заявленной полезной модели и может выступать в качестве прототипа.
Предлагаемый стенд предназначен для исследования динамических характеристик электрогенераторов, а именно в процессе проведения испытаний позволяет определять зависимости выходных тока и напряжения испытываемого электрогенератора от частоты вращения ротора на холостом ходу и с подключенной электрической нагрузкой.
Технический результат, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, заключается в возможности быстрых съема и установки электрогенератора без снятия шкивов и ремня ременной передачи, что приводит к снижению трудоемкости выполнения сборочно-монтажных работ.
Технический результат достигается конструктивным исполнением стенда для испытаний электрогенераторов, включающего в себя станину, установленный на станине приводной электродвигатель с ременной передачей, которая состоит из ремня и двух шкивов, отличающегося тем, что на станине закрепляется втулка, в которой неподвижно фиксируется вал испытываемого электрогенератора, один из шкивов ременной передачи устанавливается на станине соосно с втулкой, а второй шкив устанавливается на приводной электродвигатель, при этом шкив, установленный соосно с втулкой, выполнен с возможностью жесткого закрепления испытываемого электрогенератора, причем приводной электродвигатель приводит в движение испытываемый электрогенератор за счет ременной передачи, которая является понижающей.
В предпочтительном варианте исполнения стенда, на шкив, установленный соосно с втулкой, устанавливается фланец, с помощью которого осуществляется соединение испытываемого электрогенератора с данным шкивом. При этом на испытываемый электрогенератор устанавливается промежуточный фланец с помощью которого осуществляется соединение с шкивом, установленным соосно с втулкой.
В другом предпочтительном варианте исполнения, стенд оснащен механизмом регулировки натяжения ремня.
В другом предпочтительном варианте исполнения, нижняя часть станины содержит амортизаторы.
В другом предпочтительном варианте исполнения, стенд выполнен с возможностью подключения нагрузочных резисторов.
Далее полезная модель будет описана со ссылками на чертежи.
На фиг.1, фиг.2. представлен общий вид стенда для испытаний электрогенераторов, где 1 - станина стенда, 2 - приводной электродвигатель, 3 - испытываемый электрогенератор, 4 - понижающая ременная передача, 5 - механизм регулировки натяжения ремня ременной передачи, 6 - панель разъемов для соединения стенда с его системой управления, 7 - защитный кожух для испытываемого электрогенератора, 8 - защитный кожух для приводного электродвигателя, 9 - амортизаторы, на которые устанавливается стенд.
На фиг. 3. представлен чертеж стенда для испытаний электрогенераторов, вид спереди, где 10 - переходной фланец испытываемого электрогенератора, 11 - втулка, 12 - гайка, 13 - болты, 14 - шкив ременной передачи, 15 - фланец, жестко связанный со шкивом ременной передачи, 16 - неподвижный вал испытываемого электрогенератора, 17 - подшипниковая опора, 18 - болт для крепления втулки к основанию стенда.
Конструктивно стенд для испытаний электрогенераторов состоит из станины (1) и установленного на станине приводного электродвигателя (2) с ременной передачей (4).
На испытываемый электрогенератор (3) устанавливается переходной фланец (10), после чего вал электрогенератора (16) вставляется в закрепленную на станине стенда с помощью болтов (18) втулку (11) и фиксируется двумя гайками (12). При этом фланец (15) с вкрученными в него болтами (13) жестко связан со шкивом ременной передачи (14) на подшипниковой опоре (17).
Приводной электродвигатель (2) вращает испытываемый электрогенератор (3) за счет понижающей ременной передачи (4). При этом стенд оснащен механизмом регулировки натяжения ремня (5).
Стенд оснащен двумя защитными кожухами (7) и (8) и устанавливается на амортизаторах (9).
Панель с разъемами (6) соединяет стенд с его системой управления.
Система управления стенда представляет собой шкаф управления (ШУ), например, шкаф 415R фирмы «Щит-электрокомплект», внутри которого на монтажных панелях размещены: автоматы защиты, панель индикации, сервоконтроллер привода с дросселем и фильтром, плата регистрируемых сигналов и промежуточных реле, контактная группа из нескольких контакторов и реле, а также трехфазный диодный мост, обеспечивающий выпрямление напряжения от испытываемого генератора.
ШУ снабжен вытяжным вентилятором для обеспечения теплоотвода посредством циркуляции воздуха.
Предлагаемый стенд позволяет испытывать электрогенераторы как на холостом ходу, так и с электрической нагрузкой.
Для проведения испытаний электрогенераторов с нагрузкой к стенду через разъемы подключается шкаф нагрузок (ШН), например, шкаф 415R фирмы «Щит-электрокомплект», внутри которого на монтажных панелях размещены нагрузочные резисторы и три датчика перегрева нагрузочных резисторов, что позволяет создавать и подавать электрическую нагрузку на испытываемый электрогенератор, позволяя оценивать динамические характеристики при имитации поставщика электричества.
ШН снабжен вытяжными вентиляторами для обеспечения теплоотвода посредством циркуляции воздуха.
Подключение кабелей от ШУ осуществляется через разъемы в верхней части шкафа.
Стенд имеет два рабочих режима:
режим ручного управления;
режим автоматического управления.
В режиме ручного управления параметры скорости привода задаются непосредственно на сервоконтроллере с помощью пульта оператора, а разрешение на вращение задается командой с ноутбука, которая через крейт цифрового управления (КЦУ), плату регистрируемых сигналов и промежуточных реле, поступает на сервоконтроллер.
В автоматическом режиме управления значение скорости вращения формируется в программном обеспечении, функционирующем на ноутбуке, далее через цифро-аналоговый преобразователь, установленный в КЦУ, транслируется в ШУ и реализуется в стенде.
Режим автоматического управления является наиболее информативным, в котором состояние генератора и нагрузки контролируется ноутбуком по показаниям напряжений, токов и температуры, поступающих через аналого-цифровой преобразователь, который также находится в КЦУ. В ноутбуке принятые значения анализируются, отражаются в виде графиков на дисплее и при необходимости процесс останавливается.
Ручной режим функционально ограничен, в этом режиме могут быть измерены только значения фазных напряжений генератора на выходных клеммах, расположенных на передней стенке ШУ. Сигналы срабатывания защиты (неготовности) сервоконтроллера и перегрева нагрузки могут отслеживаться оператором визуально в программном обеспечении.
Таким образом, стенд позволяет испытывать электрогенераторы на режимах холостой ход и с электрической нагрузкой, получая на выходе эпюры токов и напряжений.