Стенд для испытания асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки

Полезная модель относится к области электротехники и может быть применена в качестве стенда для испытания асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки.
Аналогом предлагаемого устройства является схема взаимной нагрузки машин постоянного тока, в которой один силовой агрегат питает цепи якоря испытуемой и нагрузочной машин, а другой выполняет функцию вольтодобавочного источника, изменяющего напряжение на якоре одной машины относительно другой, за счет чего одна из машин переходит в двигательный режим, а другая - в генераторный. При этом энергия вырабатываемая генератором, используемым в качестве нагрузки, идет на питание испытуемого двигателя [1].
Недостатком аналога является ограниченная область применения: возможность испытывать по данной схеме только двигатели постоянного тока.
Другим аналогом предлагаемого устройства является стенд для испытания асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока с параллельным (независимым) возбуждением [2], состоящий из двух неуправляемых выпрямителей, получающих питание от трехфазной сети, двух звеньев постоянного тока, электрически связанных между собой, входы которых соединены с выходами неуправляемых выпрямителей, двух однотипных управляемых инверторов, входы которых соединены с выходами звеньев постоянного тока, муфты, механически связывающей между собой испытуемые асинхронные двигатели, оснащенный третьим неуправляемым выпрямителем, вольтодобавочным преобразователем, четырьмя контакторами, муфтой, механически связывающей между собой испытуемый и нагрузочный двигатели постоянного тока, блоком преобразования постоянного напряжения, вход которого подключен к звеньям постоянного тока, а выход соединен с обмотками возбуждения испытуемого и нагрузочного двигателей постоянного тока; обмотка статора испытуемого асинхронного двигателя подключена к выходу одного управляемого инвертора через первый контактор, обмотка статора нагрузочного асинхронного двигателя подключена к выходу другого управляемого инвертора через второй контактор, вход третьего неуправляемого выпрямителя соединен с выходом одного управляемого инвертора через третий контактор, а выход подключен к якорным цепям испытуемого и нагрузочного двигателей постоянного тока, вход вольтодобавочного преобразователя соединен с выходом другого управляемого инвертора через четвертый контактор, а выход подключен последовательно с обмоткой якоря нагрузочного двигателя постоянного тока. Стенд позволяет испытывать методом взаимной нагрузки, как асинхронные двигатели, так и двигатели постоянного тока с параллельным (независимым) возбуждением.
Недостатком данного аналога является усложнение как силовой части схемы, так и схемы управления в случае поступления для испытаний по одному асинхронному двигателю, а также сложность измерения мощности и момента, развиваемого испытуемым асинхронным двигателем, обусловленная необходимостью использования специальных измерительных систем.
Прототипом предлагаемого устройства является схема испытаний асинхронных двигателей методом их взаимной нагрузки (RU 140678 U1, 20.05.2014) [3], которая состоит из двух однотипных преобразователей частоты, получающих питание от трехфазной сети, двух однотипных испытуемых асинхронных двигателей, механически связанных между собой посредством муфты и получающих питание от преобразователей частоты. Преобразователи частоты, используемые в схеме испытаний, состоят из неуправляемых выпрямителей, звеньев постоянного тока и управляемых инверторов. Связь преобразователей частоты реализуется с помощью шины постоянного тока, соединяющей звенья постоянного тока частотных преобразователей.
Недостатком прототипа является усложнение, как силовой части схемы, так и схемы управления в случае поступления для испытаний по одному асинхронному двигателю, а также сложность измерения мощности и момента, развиваемого испытуемым асинхронным двигателем, обусловленная необходимостью использования специальных измерительных систем.
Целью полезной модели является упрощение принципа измерения мощности и момента, развиваемого испытуемым асинхронным двигателем, что позволяет отказаться от использования специальных измерительных систем, и повышение надежности схемы за счет уменьшения количества силовых преобразователей, используемых в процессе испытаний, а также систем управления данными преобразователями.
Указанная цель достигается тем, что стенд для испытания асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки, состоящий из неуправляемого выпрямителя, получающего питание от трехфазной сети, звена постоянного тока, вход которого соединен с выходом неуправляемого выпрямителя, управляемого инвертора, вход которого соединен с выходом звена постоянного тока, муфты, для обеспечения механической связи валов испытуемого асинхронного двигателя и нагрузочной машины, дополнен нагрузочной машиной постоянного тока, выводы обмотки якоря которой присоединены к звену постоянного тока, а обмотка возбуждения нагрузочной машины постоянного тока подключена к выводам обмотки якоря через нагрузочный реостат.
На фиг. представлен стенд для испытания асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки.
Предлагаемое устройство состоит из частотного преобразователя 1, асинхронного двигателя 2, нагрузочной машины постоянного тока 3, муфты 4, и регулировочного реостата 5. Частотный преобразователь 1, состоит из неуправляемого выпрямителя 1.1, звена постоянного тока 1.2 и управляемого инвертора 1.3. Нагрузочная машина постоянного тока 3 имеет обмотку якоря 3.1 и обмотку возбуждения 3.2.
Вход неуправляемого выпрямителя 1.1 подключен к трехфазной сети. Выход неуправляемого выпрямителя 1.1 подключен к входу звена постоянного тока 1.2. Вход управляемого инвертора 1.3 подключен к выходу звена постоянного тока 1.2. Обмотка статора асинхронного двигателя 2 подключена к выходу управляемого инвертора 1.3. Валы асинхронного двигателя 2 и нагрузочной машины постоянного тока 3 механически соединены между собой муфтой 4. Выводы обмотки якоря нагрузочной машины постоянного тока 3.1 подключены к выходу звена постоянного тока частотного преобразователя 1.2. Первый вывод обмотки возбуждения нагрузочной машины постоянного тока 3.2 подключен к одной полярности выхода звена постоянного тока частотного преобразователя 1.2, второй вывод обмотки возбуждения нагрузочной машины постоянного тока 3.2 подключен к первому выводу регулировочного реостата 5, второй вывод регулировочного реостата 5 подключен к другой полярности выхода звена постоянного тока частотного преобразователя 1.2.
Устройство работает следующим образом. Подведенное от сети трехфазное напряжение поступает на вход частотному преобразователю 1, где оно преобразуется в постоянное напряжение посредством выпрямителя 1.1, передается в звено постоянного тока 1.2 и далее инвертируется с помощью управляемого инвертора 1.3 в переменное напряжение, имеющее требуемое действующее значение и частоту. Обмотка возбуждения нагрузочной машины постоянного тока 3.2 получает питание от звена постоянного тока частотного преобразователя 1.2 и создает магнитное поле, величина магнитного потока которого регулируется путем изменения сопротивления регулировочного реостата 5. В процессе испытаний при необходимости создания механической нагрузки асинхронному двигателю с помощью регулировочного реостата 5 увеличивается магнитный поток нагрузочной машины 3. При этом величина электродвижущей силы обмотки якоря 3.1 становится больше, чем напряжение на выходе звена постоянного тока 1.2, следовательно, машина постоянного тока 3 нагружается в режиме генератора, создавая тем самым механический момент нагрузки на валу испытуемого асинхронного двигателя 2. Электрическая энергия, вырабатываемая нагрузочной машиной постоянного тока 3, передается испытуемому асинхронному двигателю 2 от обмотки якоря 3.1 через звено постоянного тока 1.2 и управляемый инвертор 1.3. Механический момент передаваемый по валу от испытуемого асинхронного двигателя 2 нагрузочной машине 3 может быть достаточно просто определен через ток якоря по известным выражениям для машин постоянного тока [4] или по заранее полученным для нагрузочной машины моментным характеристикам.
Источники информации:
1. Жерве, Г.К. Промышленные испытания электрических машин / Г.К. Жерве; Изд. 4-е, сокр. и перераб. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984. - 408 с.
2. Патент на полезную модель Р.Ф. №170708, МПК G01R 31/34, 2017.
3. Патент на полезную модель Р.Ф. №140678, МПК G01R 31/34, 2014.
4. Копылов, И.П. Электрические машины в 2 т. Том 2: учебник для академического бакалавриата / И.П. Копылов. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Издательство Юрайт, 2017. - 407 с.