СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ КОЛЛЕКТОРНЫХ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для испытания, ремонта и технического обслуживания тяговых электрических машин подвижного состава.
Из уровня техники известны различные стенды для испытания машин. В частности, из патента РФ 2300117 (публ. 10.03.2007) известна испытательная станция тяговых электродвигателей, содержащая понижающий трансформатор, полупроводниковый выпрямитель на 75 В, полупроводниковый выпрямитель на 540 В, полупроводниковый выпрямитель на 240 В, переключатель направления вращения якоря тягового двигателя. К выходу программного устройства подключены переходник для подключения посредством кабелей однотипных тяговых двигателей, датчик тока якоря, блок управления, тиристорные регуляторы тока возбуждения, реле защиты. Выходы выпрямительных установок подключены к общей шине, соединенной с входом переключателя направления вращения якоря тягового двигателя, выход которого соединен со входом программного силового устройства. Тяговые двигатели соединены с тиристорными регуляторами тока. Через кабель блока резисторов с надетым на него датчиком тока якоря подключен дополнительный блок резисторов с регулируемым сопротивлением, выполняющий функцию внешней нагрузки. Выход датчика тока через блок управления соединен с тиристорными регуляторами, к выходу одного из которых подключено реле защиты.
Известна также станция для испытания электрических двигателей, которая содержит трансформатор, управляемый выпрямитель, инвертор, двигатель, генератор, первый и второй сглаживающие реакторы, соединительный вал, датчик напряжения, первый и второй датчики тока, устройство вычисления входного активного тока, первый и второй элементы сравнения. Пропорционально-интегральный регулятор, широтно-импульсный модулятор, автономный инвертор напряжения и источник реактивной мощности в виде конденсатора (патент РФ 2271547, публ. 10.03.2006).
Проблемой полезной модели является повышение качества нагружения и изменения диапазона нагружения коллекторных тяговых электродвигателей (ТЭД) при одновременном повышении степени безопасности испытаний. Технический результат заключается в обеспечении возможности сокращения объема ручных операций до минимума, в сокращении временных затрат обслуживающего персонала, увеличении пропускной способности стенда, повышении безопасности при проведении испытаний, экономии потребляемой электроэнергии при проведении испытаний тяговых электродвигателей, путем обеспечения возможности работы в полуавтоматическом и автоматическом режимах работы.
Для решения поставленной проблемы и достижения указанного технического результата стенд для испытания коллекторных тяговых электродвигателей локомотивов содержит основание с ограждением, на котором на раме расположено два испытываемых коллекторных тяговых электродвигателя, электрически связанных с соответствующими силовыми блоками, установленными на упомянутом основании, при этом первый из силовых блоков электрически связан через блок резисторов со вторым силовым блоком, а также с линейным вариатором и вольт-добавочным преобразователем, которые связаны с электропитанием, в свою очередь силовые блоки, линейный вариатор и вольт-добавочный преобразователь связаны с пультом управления, линейный вариатор выполнен с системой фильтрации входного напряжения, выполненной с использованием молекулярных накопителей энергии, позволяющих экономить потребляемую электроэнергию за счет ее накопления на первичной стороне вольт-добавочного преобразователя, а также за счет оптимального сглаживания входного напряжения во всем диапазоне регулирования выходных параметров с сокращением при этом потерь электроэнергии за счет увеличения полезной мощности, при этом пульт управления, включающий в себя логическую электрическую защиту от вмешательства оператора во время проведения испытаний, размещен в изолированном пространстве и выполнен с возможностью ручного, автоматического и полуавтоматического управления, а испытуемые коллекторные тяговые электродвигатели совместно с другим оборудованием подключено к вентиляционной системе, сообщенной с источником воздушной среды для их охлаждения.
Целесообразно, чтобы пульт управления был бы выполнен с органами управления и приборами индикации, служащими для обеспечения контроля за процессом испытаний.
Указанные признаки полезной модели являются существенными и взаимосвязанными между собой с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, заключающегося в расширении арсенала технических средств в процессе реализации устройства для испытания коллекторных тяговых электродвигателей. Так, например, при использовании настоящего технического решения происходит существенное сокращение годовых эксплуатационных расходов локомотивного комплекса, включая снижение затрат электрической энергии при проведении испытаний ТЭД, сокращение отказов электродвигателей в процессе эксплуатации, а также сокращение капитальных затрат на преобразователи стендов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 - изображен стенд для испытания коллекторных тяговых электродвигателей локомотивов.
Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения стенда для испытания коллекторных тяговых электродвигателей локомотивов, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
Согласно полезной модели стенд для испытания коллекторных тяговых электродвигателей (ТЭД) локомотивов (фиг. 1) содержит основание 1 с ограждением, на котором на раме 2 расположены два испытываемых коллекторных тяговых электродвигателя 3.
Испытуемые коллекторные тяговые электродвигатели 3 электрически связаны с соответствующими силовыми блоками 4, 5, установленными на основании 1, при этом первый из силовых блоков 4 электрически связан через блок резисторов 6 со вторым силовым блоком 5, а также с линейным вариатором 7 и вольт-добавочным преобразователем 9, которые связаны с электропитанием.
Силовые блоки 4, 5, линейный вариатор 7 и вольт-добавочный преобразователь 9 связаны с пультом управления 8.
Линейный вариатор 7 содержит систему фильтрации входного напряжения 10, выполненную с использованием молекулярных накопителей энергии, позволяющих экономить потребляемую электроэнергию за счет ее накопления на первичной стороне вольт-добавочного преобразователя 9, а также за счет оптимального сглаживания входного напряжения во всем диапазоне регулирования выходных параметров с сокращением при этом потерь за счет увеличения полезной мощности.
Пульт управления 8, включающий в себя логическую электрическую защиту от вмешательства оператора во время проведения испытаний до полной остановки испытываемых электродвигателей, за исключением аварийной остановки, что повышает безопасность и беспристрастность проводимых испытаний, размещен в изолированном пространстве 11 При этом пульт управления 8 размещен в изолированном пространстве 11 и выполнен с возможностью ручного, автоматического и полуавтоматического управления. Пульт управления 8 выполнен с органами управления 14 и приборами индикации 15, служащими для обеспечения контроля за процессом испытаний.
Кроме этого, стенд оборудован вентиляционной системой 12, к которой подключены электрическое оборудование совместно с испытуемыми коллекторными тяговыми электродвигателями для их охлаждения и обеспечения нормального температурного режима их эксплуатации. На входе вентиляционная коллекторная система 12 оборудована источником 13 воздушной среды для подачи охлаждаемой воздушной среды потребителям.
Стенд для испытания коллекторных тяговых электродвигателей локомотивов выполняет следующих режимы:
- автоматический;
- полуавтоматический;
- ручной.
В автоматическом режиме последовательность проведения испытаний тяговых двигателей осуществляется в соответствии со строго заданным алгоритмом и согласно правилам ремонта электрических машин. Часть данных полученных на этапе предварительных испытаний и на участке сборки ТЭД вводится оператором вручную с последующим подтверждением.
Этап 1. При включении стенда и выборе на пульте управления 8 автоматического режима испытания ТЭД, ручное управление через органы управления 14, связанные с пультом управления, становится невозможным. Все действия выполняются посредством органов управления 14, включая клавиатуру и компьютерную мышь, подключенных к пульту управления 8, выполненному в виде компьютера с монитором.
Этап 2. Запустив программное обеспечение для испытания ТЭД, на мониторе компьютера пульту управления 8 появится форма для заполнения, в которую необходимо, в частности, ввести:
- Фамилию, имя и отчество оператора;
- Номера испытуемых ТЭД;
- Вид проведенного ремонта, после которого проводятся испытания.
Этап 3. По завершении ввода предварительной информации на мониторе открывается форма для заполнения результатов визуального осмотра и качества сборки ТЭД, куда вводятся результаты:
- проверки биения коллектора (уд./неуд.);
- проверки осевого разбега якоря (уд/неуд);
- проверки воздушного зазора между сердечниками якоря и полюсами (уд./неуд.);
- проверки качества и марки щеток (уд./неуд.);
- проверки нажатия щеток на коллектор (уд./неуд.);
- проверки при свободном вращении (уд./неуд.);
Этап 4. Заполнив все пункты в ячейках «уд.», расположенная на форме кнопка «Подтвердить» становится активной, по нажатию на которую происходит переход на форму заполнения измеренного сопротивления изоляции обмоток и активного сопротивления обмоток постоянному току в практически холодном состоянии.
Этап 5. Полученные значения сопротивления изоляции обмоток и активного сопротивления обмоток постоянному ток заносятся в поля на форме:
- значение активного сопротивления постоянному току:
- цепей обмоток главных полюсов;
- значение сопротивления цепей обмоток добавочных полюсов;
- значение сопротивления компенсационных обмоток;
- значение сопротивления обмотки якоря;
- сопротивление изоляции обмоток ТЭД.
Этап 6. В случае, если введенное в поле значение не входит в допустимый диапазон, данная строка подсвечивается красным цветом, и кнопка «ПОДТВЕРДИТЬ» остается неактивной, до тех пор, пока все значения, введенные оператором не будут находиться в допустимом диапазоне.
Этап 7. После ввода всех значений и нажатия кнопки «ПОДТВЕРДИТЬ» происходит переход к форме испытания ТЭД на холостом ходу с виброакустической диагностикой.
Этап 8. Испытание ТЭД на холостом ходу с виброакустической диагностикой осуществляется в автоматическом режиме с предварительным подтверждением об отсутствии механической связи между испытуемыми двигателями через валы двигателей и установкой виброакустических датчиков на испытуемом двигателе. Полученные от датчиков данные через интерфейс передаются на пульт управления 8, а именно на компьютер стенда. Проверка осуществляется для каждого двигателя раздельно, для чего в начале испытаний осуществляется выбор испытываемого двигателя в форме программного обеспечения.
Этап 9. После испытания ТЭД на холостом ходу в течении 5 мин. вращения в одну сторону и 5 мин. в другую с частотой равной номинальной частоте вращения испытуемого двигателя и получения результатов от виброакустических датчиков, находящихся в пределах нормы, происходит переход на следующий вид испытания - «Испытание ТЭД на нагревание в течение 1 часа».
Этап 10. Перед проведением испытания ТЭД на нагревание ожидается подтверждение от оператора об установлении механической связи между двигателями посредством соединения выходных валов через соединительную муфту. Далее, известным образом в силовых шкафах собирается схема для проведения испытания посредством включения необходимых контакторов и задается выходное напряжение на линейном вариаторе 7 и вольт-добавочном преобразователе 9 для питания обмотки возбуждения и якоря двигателя, при этом один из установленных на раме 2 двигателей начинает работать в режиме генератора, а второй - в режиме двигателя, напряжение подбирается согласно заложенному в программное обеспечение алгоритму, для предотвращения бросков тока в обмотке ТЭД. Проверка проводится при номинальном токе и возбуждении с постоянным контролем частоты вращения двигателя, которая контролируется посредством датчика оборотов. Проверка осуществляется в течение одного часа в прямом направлении вращения, и в течение одного часа - в реверсивном режиме, после чего происходит остановка двигателей с предварительным измерением температуры по установленным на ТЭД датчикам и передачи их на пульт управления 8, в частности на компьютер.
По завершению данного этапа испытаний происходит остановка двигателей с последующим переходом к испытанию на повышенную частоту вращения.
Этап 11. При переходе к режиму испытания ТЭД на повышенную частоту, повторяется предыдущий режим за исключением набора тока и напряжения, который осуществляется с контролем скорости вращения двигателя до 25% выше номинальной в течение 2-х минут.
По завершению испытания этого режима происходит остановка двигателей и переход на испытание электрической прочности межвитковой изоляции.
Этап 12. При проведении испытания электрической прочности изоляции ТЭД в силовых шкафах посредством контакторов собирается электрическая схема для выработки повышенного напряжения на испытуемом двигателе. От линейного вариатора напряжение подается на приводной двигатель, которым устанавливается номинальная частота вращения. Регулировкой напряжения на вольт-добавочном преобразователе устанавливается на испытуемом двигателе напряжение до 50% выше от номинального напряжения двигателя, выдержка 3 мин под повышенным напряжением, с последующим снятием напряжения с выхода и возврат в исходное состояние схемы соединения в силовых шкафах.
По завершению испытания, полученные во время испытания результаты от датчиков тока и напряжения сохраняются на пульте управления 8, а именно в памяти компьютера.
Этап 13. По завершению испытания электрической прочности изоляции появляется форма для заполнения данных по биению коллектора на нагретом ТЭД, если введенные данные соответствуют нормам, кнопка «ПОДТВЕРДИТЬ», расположенная на данной форме, становится активной, после нажатия данной кнопки форма ввода данных закрывается и открывается форма для проверки коммутации.
Этап 14. Проверка коммутации проводится на 3 режимах последовательно, с постоянным контролем частоты вращения двигателей, напряжения и тока, подаваемых на обмотки возбуждения и якорь ТЭД, с последовательным изменением тока якоря, частоты вращения степени возбуждения регулируемой за счет изменения сопротивления посредством включения в цепь резисторов через силовые контакторы. После этого проведения снимается напряжение с выходов двигателей и осуществляется визуальный контроль двигателей, результаты которого заносятся в соответствующую форму, отображаемую на мониторе компьютера, а именно:
- наличие кругового огня;
- остаточные деформации на коллекторе;
- остаточные деформации на щеткодержателях
- механические повреждения коллектора;
- механические повреждения щеткодержателей;
- степень искрения.
В случае наличия кругового огня происходит аварийный останов двигателей.
При удовлетворительном прохождении данного режима проверки расположенная на форме кнопка «ПОДТВЕРДИТЬ» становится активной, по нажатию на нее происходит переход на следующий тип испытаний - проверка сопротивления изоляции обмоток нагретой электрической машины относительно ее корпуса и между обмотками.
Этап 15. Повторяются этапы 5-6.
Этап 16. По нажатию кнопки «Подтвердить» расположенной на форме откроется форма для ввода данных по испытаниям электрической прочности изоляции ТЭД - по заполнению формы и подтверждения окончания работ по испытаниям, формируется протокол испытаний, который можно сохранить в электронном виде на цифровой носитель, на жесткий диск компьютера или вывести на печать на принтер.
Полуавтоматический режим работы станции.
Полуавтоматический режим выбирается тумблером переключения, расположенном на пульте управления 8, а именно на лицевой панели рабочего места оператора.
Основное отличие полуавтоматического режима от автоматического, заключается в том, что каждый этап испытания выбирается оператором отдельно и нет жесткой последовательности в выполняемых этапах испытаний. Выбор испытаний производится из основной формы на мониторе компьютера после запуска программного обеспечения.
Применение полезной модели обеспечивает при функционировании стенда в автоматическом, полуавтоматическом и ручном режиме экономию потребляемой электроэнергии при проведении испытаний тяговых электродвигателей и снижение количества отказов испытываемых тяговых электродвигателей при одновременном сокращении капитальных затрат на преобразователи станции. Кроме этого, применение полезной модели обеспечивает сокращение объема ручных операций до минимума, способствует сокращению временных затрат обслуживающего персонала, а также увеличению пропускной способности стенда, повышению безопасности и экономии потребляемой электроэнергии при проведении испытаний тяговых электродвигателей в полуавтоматическом и автоматическом режимах.