СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТОВ РОТОРА ВЕТРОГЕНЕРАТОРОВ

Полезная модель относится к измерительным стендам роторов ветрогенераторов и может быть использована для оценки роторов ветрогенераторов на предмет выдачи положенных им характеристик.
В процессе ремонта ветрогенераторов, вышедших из строя по причине перегрева и сгорания статорной обмотки, возникает необходимость диагностики магнитов ротора. Магниты ротора, в следствии воздействия высокой температуры или от времени наработки, могут потерять свою намагниченность и, как следствие, ветрогенератор не выдаст положенных ему характеристик.
Известен стенд для испытания ветрогенераторов (RU 173128U, опубл.: 14.08.2017), содержащий вентиляторы, детурбулирующую сетку, сужающееся сопло и рабочую зону, отличающийся тем, что имеется камера, разделенная перегородкой на верхнюю и нижнюю части, соединенные между собой переходами, для обеспечения циркуляции воздушных потоков, причем в нижней части камеры размещены блок вентиляторов, детурбулирующая сетка, сужающееся сопло и рабочая зона, в рабочей зоне установлена метеостанция для замера характеристик воздушного потока, при испытании ветрогенератора его устанавливают в рабочей зоне так, чтобы ядро воздушного потока, выходящего из суживающегося сопла, охватывало рабочее колесо, находящееся в верхней части ветрогенератора, при этом отработанный воздушный поток уходил в верхнюю часть камеры и захватывался блоком вентиляторов и вновь поступал в рабочую зону через суживающееся сопло.
Технической проблемой аналога является невозможность определения характеристик магнитов ротора, исследуемого на стенде ветрогенератора.
Известен способ диагностики повреждений постоянных магнитов и управления электрической машиной [патент US №9,647,591 В2, Н02Н 7/08, Н02Р 21/14, опубл. 9.05.2017], по которому диагностику повреждений постоянных магнитов осуществляют по току и напряжению. По напряжению определяют форму кривой электродвижущей силы. Полученную информацию о форме используют для оценки состояния постоянных магнитов.
Технической проблемой аналога является невозможность сравнивать характеристики нового (исправного) ротора, и ротора, подвергшегося воздействию высокой температуры в случае сгорания статорной обмотки ветрогенератора, что не позволяет оценивать ротор ветрогенератора на предмет выдачи положенных ему характеристик.
Известен способ диагностики для обнаружения неисправности ротора с постоянными магнитами в синхронных машинах [патент US №2016/0097814 A1, G01R 31/34, опубл. 7.04.2016], по которому диагностику постоянных магнитов осуществляют током q-оси, током d-оси, напряжением на оси q и/или оси d. Полученную информации используют для определения формы потока, в результате чего определяется состояние постоянных магнитов на роторе электрической машины. Оценка может быть использована для идентификации повреждений одного или нескольких магнитов, которые могут возникать в результате повышенных температурных условий, физического или химического разложения.
Технической проблемой аналога является невозможность сравнивать характеристики нового (исправного) ротора, и ротора, подвергшегося воздействию высокой температуры в случае сгорания статорной обмотки ветрогенератора, что не позволяет оценивать ротор ветрогенератора на предмет выдачи положенных ему характеристик.
Известен способ диагностики двухполюсного ротора с постоянными магнитами (патент RU 2704567, опубл.: 29.10.2019.), в котором в электрическую машину устанавливают дополнительную трехфазную обмотку, катушки каждой фазы которой расположены относительно друг друга на 120°. Измеряют электродвижущую силу, наводимую в дополнительной обмотке при вращении ротора, по измеренной форме кривой электродвижущей силы и ее гармоническому составу судят об исправности ротора с постоянными магнитами. Если кривая электродвижущей силы искажена относительно оси абсцисс, то ротор с постоянными магнитами неисправен.
Технической проблемой аналога является невозможность сравнивать характеристики нового (исправного) ротора и ротора, подвергшегося воздействию высокой температуры в случае сгорания статорной обмотки ветрогенератора, что не позволяет оценивать ротор ветрогенератора на предмет выдачи положенных ему характеристик.
Наиболее близким аналогом является стенд для испытаний асинхронных электродвигателей (RU 178653U, опубл.: 16.04.2018), характеризующийся тем, что содержит измерительные датчики Холла, устройство связи с объектом (УСО), осуществляющее сбор информации с измерительных датчиков Холла и устройства измерения фазного напряжения, коммутатор переменного напряжения, систему фазового управления (СИФУ) коммутатором переменного напряжения, драйвер с опторазвязкой, соединяющий СИФУ с коммутатором переменного напряжения, схему обратной связи, следящую за состоянием напряжения в фазе С и подающую управляющий сигнал в СИФУ.
Технической проблемой прототипа является невозможность сравнивать характеристики нового (исправного) ротора, и ротора, подвергшегося воздействию высокой температуры в случае сгорания статорной обмотки ветрогенератора, что не позволяет оценивать ротор ветрогенератора на предмет выдачи положенных ему характеристик.
Задачей полезной модели является устранение вышеуказанных технических проблем.
Техническим результатом полезной модели является возможность сравнивать характеристики нового (исправного) ротора, и ротора, подвергшегося воздействию высокой температуры в случае сгорания статорной обмотки ветрогенератора, что позволяет оценивать ротор ветрогенератора на предмет выдачи положенных ему характеристик.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявленный стенд для определения характеристик магнитов ротора ветрогенераторов, основание, на котором закреплены: измерительные датчики Холла, устройство связи с объектом, осуществляющее сбор информации с измерительных датчиков тока, напряжения, отличающийся тем, что на основании дополнительно установлен подшипниковый узел для установки проверяемого ротора, разъем подключения питания и разъем для подключения измерительного прибора, причем электромагнит с датчиком Холла закреплен к основанию через опорное крепление, а внутри основания расположена электрическая плата, к входу которой подключены датчик Холла и провод подачи питания от клемм разъема подключения питания, а выход электрической платы подключен к разъему для подключения измерительного прибора; при этом электрическая плата состоит из узла получения средней точки напряжения измерения и усилителя сигнала с датчика Холла.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана блок-схема стенда, где 1 - основание стенда, 2 - подшипниковый узел, закрепленный на основании, 3 - электромагнит с датчиком Холла, 4 - опорное крепление для датчика Холла, 5 - плата, расположенная на дне основания стенда, 6 - разъем для подключения измерительного прибора (мультиметра), 7 - разъем для подключения питания.
На фиг. 2 показана электрическая схема платы стенда.
Осуществление полезной модели
Для определения возможности дальнейшего использования ротора изготовлен стенд, позволяющий сравнивать характеристики нового (исправного) ротора, и ротора, подвергшегося воздействию высокой температуры в случае сгорания статорной обмотки ветрогенератора.
Стенд (см. фиг. 1) состоит из основания 1, на котором установлены:
подшипниковый узел 2 для установки проверяемого ротора,
электромагнит с датчиком Холла 3 на опорном креплении 4,
разъем подключения питания 7 и разъем 6 для подключения измерительного прибора (например - мультиметра).
Внутри основания расположена электрическая плата 5, ко входу которой подключены датчик Холла и провод подачи питания от клемм разъема подключения питания 7, а выход электрической платы 5 подключен к разъему 6 для подключения измерительного прибора.
Электрическая плата 5 состоит из двух узлов: узла получения средней точки напряжения измерения и усилителя сигнала с датчика Холла.
В процессе измерения магнитных характеристик, заведомо исправный ротор устанавливается в подшипниковый узел 2, к клеммам 6 подключается цифровой мультиметр.
Подшипниковый узел 2 закреплен на основании 1 для обеспечения фиксации проверяемого ротора, исключения люфта, а также для вращения ротора при проведении замера его характеристик. К разъему питания 7 подключается любой блок питания на 24 В. Напряжение передается на плату 5. Электромагнит с датчиком Холла 3, установленный на креплении 4 измеряет магнитные характеристики проверяемого ротора, которые передаются на плату 5. Плата 5 преобразует данные с датчика Холла в напряжение, передающееся на клеммы 6. Напряжение отображается на мультиметре, подключенном к клеммам 6.
Принцип использования стенда.
Проверяемый исправный ротор ветрогенератора устанавливают в подшипниковый узел 2. После этого подают питание на схему платы 5 (разработанная электрическая схема платы 5 устройства представлена на фиг. 2), и мультиметр, подключенный к разъему 6, будет фиксировать некоторое напряжение. В процессе проверки необходимо проворачивать ротор таким образом, чтобы каждый его отдельный магнит устанавливался напротив электромагнита с датчиком Холла 3. Данные, отображаемые на экране мультиметра, записываются в таблицу. Пример форм такой таблицы - таблица 1.
Затем на подшипниковый узел 2, вместо заведомо исправного ротора, устанавливается испытуемый ротор, исправность которого вызывает сомнения. Его проверка осуществляется аналогично исправному ротору, путем измерения мультиметром напряжения на клеммах разъема 6 тогда, когда каждый из магнитов ротора будет находиться напротив магнита с датчиком Холла 3.
После занесений всех данных в таблицу проводится анализ показаний.
Эмпирическим путем определено, что роторы, где показания магнитного поля отличаются в меньшую сторону от нового, заведомо исправного ротора на 30% и более не могут обеспечить заявленные характеристики ветрогенератора. Данные ветрогенераторы не обеспечивают заряд аккумуляторов комплекта кустовой телемеханики. Такие роторы бракуются.
Сравнив значения напряжений в таблице, можно оценить в какой мере магнитная сила испытуемого ротора отличается от заведомо исправного.
Использование данного стенда позволяет оценить возможность дальнейшего применения ротора после выхода из строя ветрогенератора, по причине перегрева и сгорания статорной обмотки.
Теоретическое обоснование принципа работы стенда заключается в следующем.
Принцип действия измерения силы магнита, основан на компенсации его магнитного поля магнитным полем электромагнита. Чувствительным элементом является датчик с эффектом Холла.
Электрическая схема устройства (см. фиг. 2) состоит из двух узлов:
узел получения средней точки напряжения измерения;
усилитель сигнала с датчика Холла.
Датчик Холла - U1 располагается прямо на полюсе электромагнита 3 (см. фиг. 1), который установлен напротив измеряемого ротора с постоянными магнитами. Магнитное поле магнита воздействует на датчик Холла, вызывая появление на его дифференциальном выходе потенциала определенной величины. Этот сигнал усиливается усилителем на микросхеме IС1b и транзисторах Q3, Q4 (см. фиг. 2) и в обратной полярности подается на обмотку электромагнита, компенсируя при этом магнитное поле, действующее на датчик Холла. В результате сила магнитного поля постоянного магнита, проходящая через датчик, всегда скомпенсирована магнитной силой электромагнита. Постоянное напряжение, приложенное к электромагниту, будет пропорционально силе магнитного поля постоянного магнита измеряемого ротора. Это напряжение выводится на клеммы для внешнего измерительного прибора и является искомым показателем. Напряжение на выходе устройства, указывающее на силу магнитного поля, как правило составляет +3…4,5 В для S полюса, и -3…4,5 В для N полюса. Узел получения средней точки, выполненный на микросхеме IС1а и транзисторах Q1, Q2, нужен для корректного измерения положительной и отрицательной полярности магнитного поля.