Стенд для испытаний асинхронных электродвигателей

Полезная модель относится к области электротехники и служит для проведения стендовых испытаний асинхронных электродвигателей.
После ремонта электрические машины подвергаются испытаниям с целью проверки работоспособности и соответствия их основных параметров нормативным требованиям. ГОСТ Р 53472-2009 [1] устанавливает перечень испытаний, в том числе: определение тока и потерь холостого хода; определение тока и потерь короткого замыкания, начального пускового-вращающего момента и начального пускового тока; определение рабочих характеристик, коэффициента полезного действия, коэффициентов мощности и скольжения и другие.
Согласно ГОСТ 183-74(2001) (Пункт 3.3 Асинхронные двигатели) каждую электрическую машину следует подвергать приемо-сдаточным испытаниям после изготовления и капитального ремонта по соответствующей программе, гарантирующей соответствие этой машины ее паспортным данным. К обязательным испытаниям относятся проведение опыта холостого хода (опыт XX) и опыта короткого замыкания (опыт К.З).
Известно устройство для испытаний асинхронных электродвигателей (Пат. РФ №131199, опубл. 10.08.2013), содержащее нагружаемый асинхронный электродвигатель, блок управления, оснащенный микроконтроллером, преобразователь частоты со звеном постоянного тока, два тиристорных переключателя (ключа). Цель устройства - снижение массогабаритных характеристик, упрощение алгоритма управления устройством, расширение сферы применения.
Недостатком указанного устройства является необходимость при проведении испытаний асинхронных двигателей в механическом затормаживании вала, что ведет к увеличению объема ручных работ, времени, уменьшению пропускной способности устройства, а также является небезопасным.
Технический результат состоит в сокращении объема ручных операций, сокращении временных затрат обслуживающего персонала, увеличении пропускной способности стенда, повышении безопасности при проведении испытаний.
Для достижения указанного технического результата стенд для испытаний асинхронных двигателей содержит измерительные датчики тока, напряжения, устройство измерения фазного напряжения, устройство связи с объектом (УСО), осуществляющее сбор информации с измерительных датчиков тока, напряжения 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.
Предлагаемый стенд предназначен для испытания асинхронных электродвигателей переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 380В с короткозамкнутыми, мощностью до 5 кВт после капитального ремонта.
Стенд позволяет производить следующие виды испытаний:
- опыт холостого хода;
- опыт короткого замыкания;
Результаты испытаний автоматически заносятся в протокол и сохраняются в электронной базе данных с возможностью вывода на печать.
Принцип работы стенда основан на том, что момент испытываемого электродвигателя зависит от квадрата напряжения, поданного на его обмотки. Следовательно, при пониженном напряжении вращающий момент снижается приблизительно в 9-15 раз в зависимости от мощности двигателя. За счет инерции вращения ротора в первые несколько периодов ротор двигателя не вращается совсем или поворачивается на величину настолько незначительную, что ей можно пренебречь. Поэтому при проведении испытаний асинхронный двигатель можно не затормаживать механическим способом. В момент пуска асинхронного двигателя при пониженном напряжении замеряют мгновенные значения токов и напряжений для каждой фазы и на их основе интегральным методом рассчитывают действующие значения.
Для обеспечения повторяемости результата, качественных измерений и корректной работы стенда необходимо, чтобы величина свободной составляющей тока всегда равнялась нулю. Для этого применяем безударный пуск электродвигателя.
Безударный пуск отличается от традиционного прямого пуска тем, что фазы двигателя включаются не одновременно, а с определенной задержкой и в определенной фазе напряжения. Результатом такого алгоритма является полное отсутствие электромагнитных переходных процессов в двигателе.
В момент наибольшего линейного напряжения между фазами В и С (фиг. 1), когда фазное напряжение в фазе А проходит через ноль, на микроконтроллер подается сигнал, после которого открываются управляемые ключи в фазах В и С и запускается «таймер», отсчитывающий 5 мс, что соответствует 90 электрическим градусам, после чего с микроконтроллера подается сигнал на открытие управляемого ключа в фазе А. В фазах С и А (фиг. 1) предусмотрены датчики, измеряющие фазный ток, в случае если значение тока превысит значение уставки, с микроконтроллера поступит сигнал на запирание ключей.
Предлагаемый стенд иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2.
На фиг. 1 показан график синусоиды напряжения при включении, на фиг.2 приведена структурная схема для проведения испытаний асинхронного двигателя,
В состав стенда входят следующие (фиг. 2):
- устройство связи с объектом 1 (УСО), осуществляющее сбор информации с измерительных датчиков 2, 3, 4 тока, датчиков 5, 6, 7 напряжения и устройства 8 измерения фазного напряжения;
-система фазового управления (СИФУ) 9 коммутатором 10 переменного напряжения;
- драйвер 11 с опторазвязкой, который соединяет СИФУ 9 с коммутатором 10 переменного напряжения;
- коммутатор 10 переменного напряжения;
- три измерительных датчика 2, 3, 4 тока (ДТ), три датчика 5, 6, 7 напряжения (ДН) и устройство 8 измерения фазного напряжения;
- схема 12 обратной связи, следящая за состоянием напряжения в фазе С и подающая управляющий сигнал в СИФУ 9, и выполненная на основе компаратора.
Автоматический выключатель и источник трехфазного напряжения обозначены позицией 13;
Позицией 14 обозначен испытываемый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, с соединением обмоток статора «звездой».
Для обработки данных стенда используют персональный компьютер 15 (ПК), который имеет программное обеспечение (ПО), установленное на ПК 15. ПО на ПК 15 управляет работой УСО 1, который осуществляет сбор аналоговой информации с измерительных датчиков 2, 3, 4 тока, датчиков 5, 6, 7 напряжения и устройства 8 измерения фазного напряжения. ПК 15 дает команды через УСО 1 на запуск коммутатора 10 переменного напряжения. ПО осуществляет обработку полученной информации, отображает ее на мониторе и сохраняет на жестком диске (при необходимости).
УСО 1 представляет модуль E14-440, который является программно-аппаратным устройством для использования со стандартной последовательной шиной USB, предназначенной для построения многоканальных измерительных систем ввода, вывода и обработки аналоговой и цифровой информации.
а
b
c
Система фазового управления (СИФУ) 9 содержит микроконтроллер (МК) Atmega16 и осуществляет пофазное подключение обмоток двигателя 14, чтобы устранить апериодическую составляющую (тогда не возникают и ударные знакопеременные моменты). Сначала подключают обмотки к U и U, а потом через 90 градусов - обмотку подключают к U (фиг. 1). Программа начинает работать по команде от устройства 1 связи с объектом и при поступлении синхронизирующего сигнала из схемы 12 обратной связи, которая в свою очередь выдает сигнал на основе данных с измерительных датчиков 2, 3, 4 тока, датчиков 5, 6, 7 напряжения и устройства 8 измерения фазного напряжения.
Драйвер 11 с опторазвязкой обеспечивает усиление сигналов управления, поступающих из СИФУ 9, и передает их в коммутатор 10 переменного напряжения. Драйвер 11 с опторазвязкой осуществляет гальваническую развязку силовых цепей от цепей управления.
1
2
3
Коммутатор 10 переменного напряжения включает три схемы на силовых транзисторах (К) 10, 10, 10 IGBT(45А, 1200В) с RC- цепочками от перенапряжений.
Датчики 2, 3, 4 тока (ДГ 2, 3, 4) выполнены на эффекте Холла, измерительные датчики 5, 6, 7 напряжения (ДН 5, 6, 7) также выполнены на эффекте Холла и устройство 8 измерения фазного напряжения предназначены для сбора информации во всех трех фазах А, В, С. Выходы датчиков 5, 6, 7 напряжения согласованы с входами АЦДУСО 1.
Для работы стенд подключают к автоматическому выключателю 13, который осуществляет защиту от коротких замыканий в силовой части, с источника 13 трехфазного напряжения подается питающее напряжение на асинхронный двигатель 14 через измерительные датчики 2, 3, 4 тока, датчики 5, 6, 7 напряжения и устройство 8 измерения фазного напряжения и коммутатор 10.
Работа на стенде осуществляется следующим образом.
Сначала подключают асинхронный двигатель 14 к стенду (а точнее к коммутатору 10 и устройству 8 измерения фазного напряжения) (фиг. 2). Затем стенд подключают к источнику 13 трехфазного напряжения, подают питание на стенд и питание на обмотки двигателя 14 с помощью автоматического выключателя 13. Согласно ГОСТ Р 53472-2009 устанавливают напряжение в соответствии с проводимым испытанием (холостой ход или короткое замыкание), после чего проводят непосредственно испытания и осуществляют обработку полученных данных.