СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ С СИНХРОННЫМИ МАШИНАМИ
TEST STAND FOR CHAIN GEARS WITH SYNCHRONOUS MACHINES

Изобретение относится к электрооборудованию стендов для испытания роликовых цепей или цепных передач. В качестве приводного двигателя и нагрузочного генератора используются синхронные машины.
При производстве роликовых цепей для цепных передач требуется проведение их испытаний на надежность при нагрузке. Стенды для проведения таких испытаний содержат двигатели для приведения цепи в движение, а также тормозное устройство для ее механической нагрузки. Наиболее целесообразным признано использование электрических тормозных устройств, управление которыми позволяет проводить испытание при регулируемой нагрузке. В качестве тормозного устройства в таких стендах используется электрический генератор. Кинематическая схема стенда может содержать различные передаточные устройства, предназначенные для изменения скорости или натяжения цепи при испытании.
Известен стенд для испытания деталей сельхозмашин [а.с. СССР 1490535, G01М, 13/00, 30.06.89. Бюл. №24], где в качестве привода и тормозного устройства применены машины постоянного тока. Недостатки такого стенда определяются известными недостатками машин постоянного тока, такими как высокая стоимость, большие габариты и сложность эксплуатации.
Наиболее близким к заявленному устройству является испытательный стенд по а.с. СССР №1596219 (А1, G01М, 13/00, 30.09.90 Бюл. №36), в котором использовано электрооборудование переменного тока. Стенд содержит асинхронный электродвигатель и асинхронный генератор, валы которых сопряжены через испытываемую цепную передачу, содержащую цепь, ведущую и ведомую звездочки, а также регулятор напряжения, подаваемого на асинхронные машины, приборы управления и защиты оборудования.
Двигатель приводит испытываемую цепную передачу в движение. Испытываемая цепная передача передает механическую мощность на нагрузочный асинхронный генератор, который выполняет функции тормозного устройства и обеспечивает нагрузку испытываемой цепной передачи (передаваемую механическую мощность). Статорные обмотки двигателя и генератора присоединены к регулятору напряжения, который подключен к источнику питания (электрической сети). Частота вращения асинхронного генератора должна быть выше частоты вращения магнитного поля, а при одинаковом числе полюсов больше, чем у двигателя, поэтому передаточное отношение цепной передачи не равно 1. Параллельное включение обмоток двигателя и генератора обеспечивает замкнутый контур циркуляции мощности нагрузки цепной передачи при минимальном числе устройств в этом контуре.
Недостатком прототипа являются относительно высокий расход электроэнергии на проведение испытания цепной передачи вследствие невысоких энергетических показателей асинхронных машин, а также относительно большая мощность регулятора напряжения. Генератор возвращает двигателю часть активной мощности, затраченной двигателем при работе, при этом и двигатель, и генератор потребляют из сети реактивную мощность, что требует большой полной мощности регулятора напряжения.
Принципиальная электрическая схема прототипа исключает применение в качестве приводного двигателя и нагрузочного генератора синхронных машин, поскольку не содержит устройств управления нагрузкой двигателя и генератора. Системы возбуждения серийных синхронных машин не предназначены для применения в условиях регулирования напряжения питания в широком диапазоне. При изменении напряжения на трехфазной обмотке происходит рассогласование этого напряжения и электродвижущей силы от магнитного потока возбуждения, что приводит к перевозбуждению или недовозбуждению машины и, как следствие, неоправданному увеличению тока в трехфазных обмотках и потерям в электрической цепи.
Технической задачей является снижение затрат электроэнергии на проведение испытаний цепной передачи путем замены в испытательном стенде асинхронных машин на синхронные и использования специального устройства возбуждения синхронных машин.
Решение задачи достигается тем, что стенд для испытаний цепных передач включает приводной двигатель и нагрузочный генератор, статорные обмотки которых присоединены к выходу регулятора напряжения, а валы сопряжены через цепную передачу, содержащую роликовую цепь, ведущую и ведомую звездочки, в качестве двигателя и генератора использованы синхронные машины, содержит возбудитель, состоящий из трансформатора напряжения, выпрямителя, регулировочных устройств в цепях обмоток возбуждения двигателя и генератора, и коммутационные аппараты, при этом синхронный генератор и первичная обмотка трансформатора присоединены через коммутационные аппараты к выходу регулятора напряжения, вторичная обмотка трансформатора присоединена к входу выпрямителя, к выходу которого параллельно присоединены цепи возбуждения двигателя и генератора, состоящие из обмоток возбуждения и регулирующих устройств, например реостатов.
Основным положительным результатом изобретения является снижение затрат электроэнергии на проведение испытания цепных передач минимизацией потерь в электрооборудовании.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена электрическая схема оборудования испытательного стенда.
Стенд для испытания цепных передач содержит приводной синхронный двигатель 1 с трехфазной обмоткой на статоре (внешний круг в позиции 1) и обмоткой возбуждения на роторе (внутренний круг в позиции 1), нагрузочный синхронный генератора 2 с аналогичными обмотками, валы которых сопряжены цепной передачей 3, состоящей из ведущей и ведомой звездочек (без отдельных позиционных обозначений), регулятор напряжения 4, систему возбуждения, состоящую из трансформатора напряжения 5, выпрямителя 6, регулировочных реостатов 7 и 8 в цепях обмоток возбуждения двигателя 1 и генератора 2 и коммутационные аппараты 9, 10 и 11 для управления и защиты оборудования от аварийных режимов. Статорная обмотка двигателя 1 присоединена к выходу регулятора напряжения 4, а статорная обмотка генератора 2 присоединяется к выходу регулятора 4 через коммутационный аппарат 11.
Вход регулятора напряжения 4 присоединяется к источнику питания (сети) через коммутационный аппарат 9. Все электрооборудование может иметь трехфазное исполнение или с другим числом фаз.
Первичная обмотка трансформатора 5 возбудительного устройства через коммутационный аппарат 10 присоединена к выходу регулятора напряжения 4, вторичная обмотка этого трансформатора присоединена к входу выпрямителя 6, к выходу которого подключены параллельно цепи обмоток возбуждения двигателя 1 и генератора 2, состоящие из последовательно включенных собственно обмоток возбуждения и регулировочных реостатов 7 и 8.
д
г
д
г
Испытываемая цепная передача должна иметь передаточное отношение i, удовлетворяющее требованию i=р/р, где р и р - соответственно число пар полюсов двигателя и генератора. При этом частота вращения двигателя 1 и генератора 2 совпадает с частотой вращения их магнитных полей. При наладке оборудования цепь испытываемой цепной передачи 3 устанавливается так, чтобы положение валов двигателя 1 генератора 2 (или ведущей и ведомой звездочек цепной передачи 3) обеспечивало смещение осей роторов по отношению к осям вращающихся магнитных полей на заданный угол. При совпадении магнитных осей магнитных полей двигателя 1 и генератора 2 и длительном режиме работы оборудования это угол примерно равен номинальному углу нагрузки. При этом для двигателя 1 смещение оси ротора производится против направления вращения, а для генератора 2 - по направлению вращения. Суммарное смещение осей роторов составляет угол, равный сумме абсолютных значений заданных углов нагрузки двигателя 1 и генератора 2. В частности, при совпадении положения магнитных осей двигателя 1 и генератора 2 имеет место холостой ход, и нагрузка цепной передачи отсутствует; при наличии углового смещения осей у двигателя 1 и генератора 2 имеет место активный ток статора и соответствующая механическая мощность.
В установившемся режиме стенд работает следующим образом. На двигатель 1 и генератор 2 подается трехфазное напряжение регулятора напряжения 4 и ток возбуждения по электрической цепи из элементов 10, 5, 6, 7 и 8. Двигатель 1 приводит испытываемую цепную передачу 3 в движение; генератор 2 обеспечивает нагрузку испытываемой цепной передачи. Величина нагрузки, передаваемой цепной передачей 3, определяется взаимным угловым положением роторов двигателя 1 и генератора 2 и величиной напряжения регулятора 4. Возбудительное устройство создает возбуждение двигателя 1 и генератора 2. С помощью реостатов 7 и 8 обеспечивается заданная величина токов возбуждения этих машин. Целесообразным является режим возбуждения на минимум тока статора.
Регулирование передаваемой цепной передачей мощности осуществляется изменением напряжения регулятора 4. При уменьшении напряжения происходит снижение этой мощности. При этом пропорционально уменьшается ток возбуждения двигателя 1 и генератора 2, что обеспечивает сохранение соотношения между подаваемым на обмотку статора напряжением и ЭДС возбуждения в этих машинах и сохранение режима возбуждения на минимум тока статора.
Включение в работу оборудования осуществляется в следующей последовательности. После установки цепи цепной передачи 3 на испытательном стенде с учетом требований, указанных выше, при разомкнутых коммутационных аппаратах 10 и 11 включается коммутационный аппарат 9 и двигатель 1 в режиме асинхронного пуска обеспечивает разгон цепной передачи и генератора 2. По достижении двигателем 1 подсинхронной скорости включается коммутационный аппарат 10 и двигатель 1 втягивается в синхронизм. Далее включается коммутационный аппарат 11 и генератора 2 входит в синхронный режим. Затем реостатами 7 и 8 при необходимости устанавливается заданный режим возбуждения, а регулятором напряжения 4 устанавливается требуемая нагрузка цепи.