СТЕНД С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ НАГРУЗОЧНЫМ МОДУЛЕМ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
TEST BLOCK WITH ELECTROMAGNETIC LOADING MODULE FOR STUDYING AND TESTING ELECTRIC DRIVES

Изобретение относится к электротехнике, а именно к испытательной технике и электрооборудованию, в частности к электроприводам.
Известна станция для испытания электрических машин, содержащая блок управления с измерительными приборами и датчиками, связанными с ПЭВМ, а также основание для крепления испытуемых электрических машин с блоками питания и нагрузки (см. патент РФ №2 354984 по МПК G01К 31/34, 2009, БИ №13). Основными контролируемыми параметрами испытуемых электродвигателей является ток, напряжение и частота вращения, а также температура обмоток электрических машин при различной нагрузке.
Недостатком стенда является малая функциональная возможность для исследования и испытания электроприводов с системой защиты и невозможность регистрации измеряемых параметров и характеристик.
Известен также стенд для испытания и исследования характеристик асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки, содержащий испытуемый электродвигатель, электромагнитный тормоз и систему электроизмерительных приборов (см. Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам. - М., 2008 г.).
Недостатком стенда является недостаточная функциональная возможность при проведении исследования характеристик электроприводов и невозможность измерения и фиксации отдельных параметров, а также оценки эффективности действия и условий срабатывания применяемых устройств защиты электродвигателей при различных эксплуатационных и аварийных режимах работы, большие потери мощности при испытаниях, затрачиваемой на нагрузку генератора, отсутствие возможности плавного регулирования и создания импульсно-переменной нагрузки на валу двигателя, а также дополнительные сложности при установке на раме испытуемых электродвигателей с различной высотой оси вращения.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей стенда для исследования и испытания сельскохозяйственных электроприводов с обеспечением плавной регулировки и создания импульсно-переменной нагрузки на валу испытываемого асинхронного электродвигателя, оценка действия и выбора защиты электродвигателей от аварийных режимов и условий пуска, снижение потерь мощности, затрачиваемой при испытаниях, а также обеспечение возможности фиксации и записи измеряемых параметров и характеристик, упрощение установки на раме электродвигателей с различной высотой оси вращения.
Технический результат изобретения достигается тем, что в предлагаемом стенде с электромагнитным нагрузочным модулем для исследования и испытания электроприводов, содержащем испытуемый электродвигатель с датчиками частоты вращения и температуры, пуско-защитной и измерительной аппаратурой, установленный совместно с системой нагрузки на одной раме, испытуемый электродвигатель через соединительную муфту соединен с электромагнитным нагрузочным модулем, содержащим закрепленный на первичном валу стальной плоский вращающийся диск, являющийся составной частью общего магнитопровода нагрузочного модуля, и тормозящий диск с электромагнитной системой, содержащей восемь электромагнитов, расположенных симметрично по окружности тормозящего диска, соединенных с блоком питания, имеющим задатчик величины и длительности следования импульсов тока питания электромагнитов или отключения нескольких электромагнитов для имитации переменного или ударного характера нагрузки на валу электродвигателя, а вторичный поворотный вал электромагнитного нагрузочного модуля, закрепленный на стойке, имеет откалиброванный противовес и измерительную шкалу с указателем момента сопротивления, а также датчик угла поворота вторичного поворотного вала электромагнитного нагрузочного модуля, причем электродвигатель снабжен термодатчиком, имеющим световой и звуковой индикаторы и закрепленным в торце нижней части полого болта, устанавливаемого в гнезде рым-болта корпуса электродвигателя, и на котором закреплен термостойкий пластиковый корпус, при этом термодатчик соединен с магнитным пускателем, а магнитный пускатель соединен со счетчиком импульсов, имеющим таймер, а стенд снабжен комбинированным универсальным электросчетчиком и специальным регулятором напряжения, причем термодатчик и датчик частоты вращения электродвигателя, а также датчик угла поворота вторичного поворотного вала электромагнитного нагрузочного модуля и комбинированный универсальный электросчетчик соединены с осциллографом, имеющим связь с персональным компьютером, а массивная металлическая рама дополнительно снабжена комплектом промежуточных платформ различной высоты с отверстиями и пазами для крепления электродвигателей с различной высотой оси вращения и различными установочными размерами, обеспечивающими соответствие соосности вала испытуемого электродвигателя с первичным валом электромагнитного нагрузочного модуля.
На фиг.1 схематично представлен стенд с электромагнитным нагрузочным модулем для измерения и исследования приводных характеристик электродвигателей.
Стенд содержит испытуемый электродвигатель 1, вал которого через соединительную муфту 2 соединен с первичным валом 3 электромагнитного нагрузочного модуля, на котором закреплен плоский стальной диск 4, являющийся составной частью общего магнитопровода 5 нагрузочного модуля, на вторичном поворотном валу 6 которого закреплен тормозящий диск 7 с электромагнитной системой, содержащей восемь электромагнитов 8 с сердечниками 9, расположенных и закрепленных симметрично по окружности тормозящего диска 7 и получающих питание от блока питания 10, имеющего задатчик 11 режима питания электромагнитов 8.
На вторичном поворотном валу 6, установленном на стойке 12, закреплен откалиброванный противовес 13 с оттарированной шкалой 14 и указателем момента сопротивления 15, а также датчик угла поворота 16 вторичного поворотного вала 6. Датчик 17 частоты вращения электродвигателя 1 и первичного вала 3 установлен на стойке 18 электромагнитного нагрузочного модуля.
Для согласования крепления испытуемых электродвигателей различной мощности, имеющих также различную высоту оси вращения и разные установочные размеры, испытуемый электродвигатель 1 закрепляют на платформе 19, а затем, совместно с нагрузочным модулем, всю механическую конструкцию устанавливают на массивной стальной раме 20.
Для контроля температуры нагрева электродвигателя 1 в гнездо рым-болта электродвигателя 1 ввинчивают полый болт 21, имеющий в торце нижней части термодатчик 22, который соединен с магнитным пускателем 23, имеющим счетчик импульсов с таймером 24.
Датчик 16 угла поворота вторичного поворотного вала 6 нагрузочного модуля и датчик 17 частоты вращения испытуемого электродвигателя, а также термодатчик 22 и универсальный электросчетчик 25 имеют возможность соединения с входами осциллографа 26, связанного с персональным компьютером 27.
Испытуемый электродвигатель 1 получает питание от сети переменного тока 380/220 В через рубильник 28, регулятор напряжения 29, универсальный электросчетчик 25, автоматический выключатель 30, магнитный пускатель 23, устройство защиты 31 и переключатель 32 обмоток электродвигателя со звезды на треугольник. Осциллограф 26, персональный компьютер 27 и блок питания 10 электромагнитов 8 также получают питание от сети переменного тока 380/220 В через рубильник 28.
Стенд работает следующим образом.
Испытуемый электродвигатель 1 закрепляют на соответствующей его высоте оси вращения платформе 19 и устанавливают ее на массивной стальной раме 20, а затем при помощи муфты 2 соединяют вал электродвигателя 1 с первичным валом 3 электромагнитного нагрузочного модуля.
На вертикальном щите стенда устанавливают и подсоединяют соответствующие испытуемые или настраиваемые элементы пуско-защитной аппаратуры 23, 30, 31, а на столешнице стенда размещают блок питания 10 электромагнитов, осциллограф 26, компьютер 27 и необходимый комплект электроизмерительных приборов.
На испытуемом электродвигателе 1 устанавливают съемный датчик температуры 22, ввинчивая полый болт 21 в гнездо рым-болта корпуса электродвигателя. После установки, удобного размещения и проверки соединения всех элементов схемы испытуемого электрооборудования и измерительных средств, приступают к проведению испытаний.
При включенном рубильнике 28, поочередном включении автоматического выключателя 30 и магнитного пускателя 23 через регулятор напряжения 29, универсальный электросчетчик 25, устройство защиты 31 и переключатель 32 обмоток звезда-треугольник напряжение сети подается на обмотки электродвигателя 1.
Контроль температуры обмоток электродвигателя 1 осуществляется при помощи термодатчика 22, ввинчиваемого в гнездо рым-болта корпуса электродвигателя и, при превышении температуры, сопровождается световой и звуковой индикацией момента его срабатывания. Время срабатывания устройства защиты 31 и число срабатывания магнитного пускателя 23 регистрируется электронным счетчиком импульсов с таймером 24.
Управление мощностью и моментом на валу испытуемого электродвигателя 1 осуществляется при помощи задатчика 11 блока питания 10, а моделирование различных возможных режимов питающей сети производится с помощью регулятора напряжения 29.
При включении блока питания 10 напряжение постоянного тока подается на обмотки 8 электромагнитов. Момент сопротивления на валу электродвигателя 1 регулируется путем изменения силы притяжения электромагнитами первичного стального диска 4, жестко закрепленного на первичном валу 3, соединенного муфтой 2 с валом электродвигателя 1 и являющегося частью их общего магнитопровода 5. Сила притяжения и торможения электромагнитов зависит от величины тока в обмотках 8, а величина момента сопротивления определяется указателем 15 по специальной шкале 14. При этом блок питания 10 электромагнитов содержит задатчик 11 режима питания с изменением величины и длительности следования импульсов тока в обмотках 8 электромагнитов для имитации постоянного или переменного характера нагрузки на валу электродвигателя 1.
Регистрация потребляемой электроэнергии, контроль заданных при испытаниях параметров напряжения питания и тока электродвигателя 1 по каждой фазе осуществляются комбинированным счетчиком электрической энергии 25 и имеющимся комплексом электроизмерительных приборов (например, комбинированным счетчиком электрической СТКЗ, измерительным комплексом К506, комбинированным прибором Ф4330, электронным счетчиком импульсов СИ-8).
Считывание задаваемых параметров сети, а также измеряемых данных осуществляется через интерфейс со счетчика 25 с помощью осциллографа 26 и компьютера 27. Программное обеспечение и инструкция пользователю прилагаются в комплекте со стендом.
Перед началом испытаний проводится настройка работы каждой из испытываемых защит в соответствии с инструкциями завода изготовителя. Испытаниям подлежат различные существующие, а также вновь разрабатываемые типы защиты электродвигателей, используемых для электропривода сельскохозяйственных машин и оборудования. Тепловая защита, выполняемая посредством тепловых реле, встраиваемых в магнитные пускатели, или тепловых расцепителей автоматических выключателей. Встроенная температурная защита, выполняемая посредством терморезисторов, встраиваемых в лобовые части обмоток электродвигателя, и исполнительного блока. Фазочувствительное устройство защиты, специальные устройства защитного отключения трехфазных электродвигателей, а также любые другие типы устройств защиты электродвигателей от аварийных режимов работы.
Основными параметрами, контролируемыми в процессе испытания электродвигателей, являются токи, напряжения, температура нагрева обмоток, частота вращения, момент сопротивления на валу. Для устройств защиты основными параметрами являются величина тока и время срабатывания, а для магнитных пускателей - величина тока и частота включения.
Разработанный стенд обеспечивает возможность создавать для электродвигателя постоянную или переменную нагрузку различной величины (кратности) и воспроизводить основные аварийные режимы, возникающие при эксплуатации электроприводов: перегрузка, неполнофазный режим, затяжной пуск, работа при пониженном напряжении, работа при несимметрии напряжения.
Стенд обеспечивает проведение испытаний и исследований электроприводов в режимах работы при длительных перегрузках электродвигателя с различной кратностью (до затормаживания ротора двигателя) с постоянной нагрузкой и с переменной нагрузкой; при включении электродвигателя на полное напряжение сети при заторможенном роторе в холодном состоянии и в нагретом состоянии; при асимметрии питающего напряжения (включая обрыв одной из фаз); при отклонениях питающего напряжения от номинального; при повышенной частоте пусков электродвигателей в нормальных условиях.
Стенд предназначен для экспериментального исследования приводных характеристик электродвигателей, условий срабатывания и эффективности действия пуско-защитной аппаратуры, применяемой для привода сельскохозяйственных машин и оборудования. Обеспечивает измерение моментов, скольжений, фазных и линейных токов и напряжений при обрыве фазы, при пониженном или повышенном напряжении, при пуске, при различной загрузке, при различном характере нагрузки.
Стенд может быть установлен в электроцехе сельхозпредприятия или на автопередвижной электротехнической лаборатории и использован для настройки и регулировки пуско-защитной аппаратуры перед установкой на технологическое оборудование и машины, а также может применяться как лабораторно-исследовательский стенд для проведения практических занятий по учебному курсу «Автоматизированный электропривод».
Применение предлагаемого стенда электротехническими службами сельхозпредприятий обеспечит снижение аварийности сельских электроустановок в 1,5-2 раза, экономию материальных и трудовых ресурсов на 15-20%, снижение ущербов от недовыпуска или ухудшения качества продукции, повышение эксплуатационной надежности электрифицированной техники и устойчивости функционирования технологических процессов сельскохозяйственного производства.