УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ АСИНХРОННЫХ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано для испытания мощных асинхронных тяговых электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Мощность тяговых электродвигателей современных электровозов близка или превышает 1000 кВт, актуальной является задача поиска схем и методов испытаний, позволяющих сократить расход электроэнергии на испытания.
Известно устройство испытания по методу возвратной нагрузки без согласования с сетью [В.Г.Щербаков Тяговые электродвигатели электровозов, Новочеркасск, Агентство Наутилус, 1998, 670 с.]. Испытуемый асинхронный тяговый двигатель механически сочленен с нагрузочной электрической машиной постоянного тока независимого возбуждения, которая по якорной цепи электрически соединена с приводным электродвигателем независимого возбуждения и вольтодобавочным генератором. Приводной двигатель механически сочленен с синхронным генератором, якорные обмотки которого через электрический контактный узел соединен с фазными статорными обмотками испытуемого асинхронного тягового двигателя. Недостатком данного устройства является большая установленная мощность, а также большое количество вспомогательных машин.
Известны также устройства для испытаний асинхронного тягового двигателя с короткозамкнутым ротором (А.С №1352424, опубликованное 15.11.87, бюл. №42, и патент РФ №2023274). Хотя эти устройства несколько снижают установленную мощность, за счет применения для компенсации потерь мощности второго приводного двигателя, однако они требуют использования вспомогательного оборудования, и требуют сложной регулировки возбуждения машин и напряжения на якорных зажимах второго приводного двигателя.
Известна схема испытаний асинхронных машин по методу взаимной нагрузки [Н.Ф.Котеленец Испытания, эксплуатация и ремонт электрических машин: Учебник для вузов/Н.Ф.Котеленец, Н.А.Акимова, М.В.Антонов. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 284 с.], выбранное в качестве прототипа. Испытуемый двигатель сочленен с помощью механической передачи с нагрузочным двигателем, а заданная частота вращения реализуется подбором диаметров шкивов, устанавливаемых на валах испытуемых машин, или передаточного отношения редуктора. Испытуемый двигатель и нагрузочный двигатель включены в общую сеть, их роторы связаны ременной передачей, так что частота вращения испытываемого двигателя оказывается меньше, а частота вращения нагрузочного двигателя больше синхронной. При этом мощность нагрузочного двигателя меньше мощности испытуемого двигателя на сумму потерь. В
результате при номинальной нагрузке нагрузочного двигателя испытываемый двигатель оказывается перегруженным, а при номинальной нагрузке нагрузочного испытываемого двигателя нагрузка второго двигателя - меньше номинальной. Недостатком этих схем являются наличие редукторной передачи, сложность установления заданной частоты вращения.
Задача полезной модели - упрощение устройства испытания двух асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки с одновременным снижением потерь мощности.
Поставленная задача решается тем, что в устройство испытания асинхронных тяговых двигателей методом взаимной нагрузки, содержащее два одинаковых двигателя включенных в общую сеть, и механически связанных друг с другом, дополнительно введены преобразователь частоты и две группы контакторов, каждая из групп контакторов обеспечивает возможность соединения соответствующего двигателя с сетью либо напрямую, либо через преобразователь частоты, при этом механическая связь валов двигателей выполнена посредством муфты.
В такой схеме электрические двигатели соединены так, что один из них, работая в режиме генератора, отдает всю выработанную им электрическую энергию второму двигателю, работающему от преобразователя частоты, который, в свою очередь, расходует всю развиваемую механическую энергию, на вращение первого двигателя.
Далее сущность полезной модели поясняется с помощью рисунка, на котором схематически представлена заявляемая полезная модель.
Устройство для испытания асинхронных тяговых двигателей состоит из двух одинаковых асинхронных тяговых электродвигателя 1 и 2 механически связанных между собой муфтой 3, преобразователя часты 4, и двух групп контакторов К1-К4, которые дают возможность обеспечить работу каждого из двигателей 1 или 2 от преобразователя частоты 4 либо от промышленной трехфазной сети. При этом если первый двигатель 1 работает от преобразователя частоты в качестве испытуемого двигателя, то второй двигатель 2 работает в режиме генератора от сети, и наоборот. Частота и напряжение сети в этом случае должны соответствовать номинальным значениям для указанных двигателей.
Для описания работы устройства, предположим, что двигатель 1 подключен к сети через преобразователь частоты 4, соответствующей комбинацией контакторов К1 и К2, а двигатель 2 подключен к сети напрямую, комбинацией контакторов К3 и К4. Для того чтобы асинхронный двигатель ввести в генераторный режим, ему необходимо задать частоту вращения выше синхронной, то есть обеспечить отрицательное
скольжение относительно частоты возбуждения. Поэтому испытуемый двигатель 1 должен питаться от ПЧ частотой выше сетевой.
Для определения частоты питания приводного двигателя можно воспользоваться следующей зависимостью.
д
г
д
г
где f и f - частоты питания двигателя и сети, а S и S - величины скольжения, соответственно, испытуемого двигателя и двигателя, работающего в режиме генератора. Частоту питания испытываемого двигателя определяют из условия равенства скольжений обеих двигателей по модулю. Поскольку частота вращения и момент испытуемого двигателя 1 и двигателя 2, работающего в режиме генератора, одинаковы, их скольжения зависят только от частоты питания испытуемого двигателя, т.к. генератор возбуждается от промышленной сети. Предположим что замкнуты контакторы К1 и К2, то двигатель 1 работает в двигательном режимы от преобразователя частоты 4, а двигатель 2 в генераторном режиме возбуждается от сети. Двигатель 1, работающий через преобразователь частоты 4, работает с частотой выше сетевой, а следовательно частота вращения двигателя 2 выше синхронной. При этом энергия, вырабатываемая двигателем 2, отдается в сеть, а из сети потребляется мощность только на покрытие потерь мощности обоих машин. Для испытания второго двигателя, положение контакторов переключается таким образом, чтобы теперь двигатель 2 работал от преобразователя частоты 4, а двигатель 1 - от сети напрямую. Поскольку в таком устройстве валы двигателей вращаются с одинаковой скоростью, нет необходимости использовать механическую передачу для соединения валов, и можно использовать муфту 3.
Таким образом, заявляемое устройство гораздо проще и дешевле, чем известные на данный момент, и, кроме того, обеспечивает снижение потребления энергии, за счет рекуперации ее в сеть двигателем, работающим в генераторном режиме.