Стенд для нагружения электрических машин постоянного тока при испытаниях

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для испытания электрических машин постоянного тока. Цель изобретения повышение стабильности тока нагрузки в расширенном диапазоне частоты вращения испытуемых машин и повышение его эффективности за счет снижения потребления электрической энергии и мощности регулирования тока нагрузки. Стенд предназначен для нагружения при испытаниях двух машин постоянного тока 1 и 2. Стенд содержит элементы для крепления испытуемых машин, вал 3 для соединения якорей испытуемых машин между собой и с валом приводного электродвигателя 4, на валу которого установлен измеритель частоты вращения 5, клеммы 6 и 7 для подключения якорных обмоток испытуемых машин, клеммы 8, 9 и 10, 11 для подключения обмоток возбуждения испытуемых машин соответственно с независимым и параллельным возбуждениями, два измерителя напряжения 12 и 13, измеритель тока нагрузки 14, контактор 15, источник постоянного напряжения 16, два ключевых элемента 17 и 18, два регулятора напряжения 19 и 20, содержащих регулирующие органы в виде угольных столбов 21 и 22, измерительные органы в виде обмоток 23 и 24 и уравнительные органы в виде обмоток 25 и 26, два регулирующих резистора 27 и 28, пропорционально - интегральный регулятор 29, блок управляющего напряжения 30 с переключателем полярности 31, датчик нагрузки 32, выполненный на базе измерительного шунта, и реверсивный усилитель мощности 33, выполненный на базе транзисторов 34 и 35. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для испытания электрических машин постоянного тока на предприятиях, занимающихся производством и ремонтом электрических машин. Цель изобретения повышение стабильности тока нагрузки в расширенном диапазоне частоты вращения испытуемых машин и повышение эффективности стенда за счет снижения потребления электрической энергии и мощности регулирования тока нагрузки. На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема стенда; на фиг. 2 и 3 зависимость магнитных потоков в магнитной системе регуляторов напряжения от частоты вращения испытуемых машин соответственно в заявляемом стенде и в прототипе. Стенд предназначен для нагружения при испытаниях двух машин постоянного тока 1 и 2. Стенд содержит элементы для крепления испытуемых машин (не показаны), вал 3 для соединения якорей испытуемых машин между собой и с якорем приводного электродвигателя 4, на валу которого установлен измеритель частоты вращения 5, клеммы 6 и 7 для подключения якорных обмоток испытуемых машин, клеммы 8, 9 и 10, 11 для подключения обмоток возбуждения испытуемых машин соответственно с независимым и параллельным возбуждениями, два измерителя напряжения 12 и 13, измеритель тока нагрузки 14, контактор 15, источник постоянного напряжения 16, два ключевых элемента 17 и 18, два регулятора напряжения 19 и 20 испытуемых машин, содержащих регулирующие органы в виде угольных столбов 21 и 22, измерительные органы в виде обмоток 23 и 24 и уравнительные органы в виде обмоток 25 и 26, два регулирующих резистора 27 и 28, ПИ-регулятор 29, блок управляющего напряжения 30 с переключателем полярности 31, датчик тока нагрузки 32, выполненный на базе измерительного шунта, и реверсивный усилитель мощности 33, выполненный на базе транзисторов 34 и 35. Стенд осуществляет нагружение электрических машин по методу взаимной нагрузки и работает следующим образом. Вначале запускают приводной двигатель 4 и его возбуждением устанавливают заданную частоту вращения испытуемых машин, которую контролирует измеритель 5. При этом регуляторы напряжения 19 и 20 устанавливают возбуждением машин таким, чтобы их напряжение было равным номинальному значению. При необходимости напряжение машин можно подкорректировать потенциометрами 27 и 28. При равенстве напряжений машин, которые контролируются измерителями напряжений 12 и 13, контактом 15 замыкают якорную цепь испытуемых машин. Для нагружения машин заданным током увеличивают отрицательное задающее напряжение U_з^I путем воздействия на первый управляющий вход блока управления 30. При этом положительное напряжение на выходе ПИ-регулятора возрастает, открывается транзистор 34 усилителя 33 и по уравнительным обмоткам 25 и 26 регуляторов напряжения 19 и 20 начинает протекать ток. Результирующий магнитный поток регулятора напряжения, работающего с машиной 1, уменьшается, а работающего с машиной 2, увеличивается. В результате сопротивление угольного столба 21 регулятора напряжения, работающего с машиной 1, уменьшается, а ток возбуждения и ЭДС этой машины возрастает. Сопротивление угольного столба 22 регулятора напряжения, работающего с машиной 2, увеличивается, а ток возбуждения и ЭДС этой машины снижаются. В якорной цепи испытуемых машин появляется разность ЭДС под действием которой начинает протекать ток нагрузки. При этом начнет возрастать положительное напряжение обратной связи по току U_ос, снимаемое с датчика тока 32 и усиливаемое блоком управления 30. ПИ-регулятор будет поднимать ток нагрузки машин до тех пор, пока его входное напряжение не станет равным нулю, т. е. пока усиленный сигнал обратной связи не сравняется с задающим стабилизированным сигналом: U_з КU_ос. Это способствует принципу астатического регулирования. В результате ток нагрузки с помощью ПИ-регулятора будет выставлен с высокой степенью точности. При этом машина 1 будет работать в генераторном режиме, а машина 2 в двигательном. Если в процессе испытания машин в данном режиме работы ток нагрузки под действием каких-то возмущающих факторов отклонится от заданного значения, то равенство U_з КU_ос нарушится. ПИ-регулятор начинает изменять ток уравнительных обмоток 25 и 26 таким образом, чтобы вышеуказанное равенство вновь восстановилось. При этом ток нагрузки вернется к заданному значению. Параметры ПИ-регулятора рассчитываются такими, чтобы переходный процесс был оптимальным, т. е. было бы быстрое затухание при допустимом перерегулировании. Это будет иметь место при равенстве постоянных времени ПИ-регулятора и цепи возбуждения испытываемых машин, что достигается коррекцией параметров цепи обратной связи операционного усилителя регулятора 29. Таким образом, введенный в контур регулирования тока нагрузки ПИ-регулятор в совокупности с датчиком тока и блоком управляющего напряжения позволяет осуществить астатическое регулирование тока нагрузки испытуемых машин с целью его стабилизации с высокой степенью точности. В прототипе корректирующих цепей нет и астатическое регулирование тока нагрузки невозможно. Работа стенда при испытании машин на нагрев в режиме S 8. В этом режиме проверяется работоспособность машин во всем диапазоне рабочих частот их вращения при неизменном токе нагрузки. При увеличении частоты вращения (n) испытуемых машин путем снижения возбуждения приводного двигателя 4 их ЭДС стремится возрасти. При этом возрастает разность ЭДС машин Δ Е Е₁-Е₂, так как скорость возрастания Е₁ больше, чем Е₂ (машина 1, работающая в генераторном режиме, имеет большой поток возбуждения). В результате при увеличении частоты вращения машин ток нагрузки начнет увеличиваться. На это отреагирует ПИ-регулятор. Он восстановит прежнее значение Δ E путем встречного регулирования потока возбуждения обеих машин, снижая ток уравнительных обмоток регуляторов напряжения. При этом ЭДС машины 1 будет снижаться, а ЭДС машины 2 возрастать. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока ток нагрузки машин не вернется к заданному значению. Расширение диапазона частоты вращения испытуемых машин со стабилизированным током нагрузки при одновременном увеличении степени стабилизации тока позволяет на заявляемом стенде испытывать специальные машины по полной программе, в том числе и в режиме S 8. Повышенный запас устойчивости системы автоматического регулирования тока нагрузки, достигнутый введением в контур регулирования ПИ-регулятора с усилителем мощности, позволяет отказаться от балластного резистора в силовой цепи испытуемых машин как элемента повышения устойчивости системы. При этом исключаются потери мощности в балластном резисторе, которые будут особенно существенны при испытании специальных сильноточных электрических машин. Стенд обеспечивает смену генераторного режима работы испытуемой машины на двигательный и наоборот. Для этого достаточно перевести переключатель 31 блока управляющего напряжения 30 в противоположное положение.

Формула изобретения

СТЕНД ДЛЯ НАГРУЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРИ ИСПЫТАНИЯХ, содержащий элементы для крепления двух машин постоянного тока, вал для соединения якорей испытуемых машин между собой и с якорем приводного электродвигателя, на валу которого установлен измеритель частоты вращения, клеммы для подключения якорных обмоток испытуемых машин, однополярные из которых соединены между собой через измеритель тока нагрузки и контактор, первый и второй измерители напряжения, каждый из которых соединен с клеммами для подключения якорной обмотки соответствующей испытуемой машины, клеммы для подключения обмоток возбуждения испытуемых машин с независимым возбуждением, клеммы для подключения обмоток возбуждения машин с параллельным возбуждением, первые из которых соединены с минусовой клеммой для подключения якорной обмотки соответствующей испытуемой машины, а вторые с второй клеммой для подключения обмотки возбуждения соответствующей испытуемой машины с независимым возбуждением, источник постоянного напряжения, минусовый выход которого соединен с первыми клеммами для подключения обмоток возбуждения машин с независимым возбуждением, регуляторы напряжения испытуемых машин, включающие регулирующий орган, выполненный в виде угольного столба, первая клемма которого соединена с второй клеммой для подключения обмоток возбуждения соответствующей испытуемой машины, а вторая с плюсовой клеммой для подключения якорной обмотки этой же машины и через ключевой элемент с плюсовым выходом источника постоянного напряжения, а также измерительную обмотку, соединенную через регулирующий резистор с клеммами для подключения якорной обмотки соответствующей испытуемой машины, и уравнительную обмотку, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности тока нагрузки в расширенном диапазоне частоты вращения испытуемых машин и повышения эффективности за счет снижения потребления электрической энергии и мощности регулирования тока нагрузки, в него введены последовательно соединенные пропорционально-интегральный регулятор, выполненный на базе операционного усилителя, блок управляющего напряжения с переключателем полярности выходного напряжения, входы которого подключены к выходам источника постоянного напряжения, снабженного нулевым выходом, вход блока управления подключен к выходу датчика тока нагрузки, вход которого включен в якорную цепь испытуемых машин, выход пропорционально-интегрального регулятора соединен с входом реверсивного усилителя мощности, выполненного на базе двух транзисторов типа n-p-n и p-n-p, коллекторы которых подключены соответственно к плюсовому и минусовому выходам источника постоянного напряжения, а эмиттеры соединены через два последовательно включенных резистора, к общей точке которых подсоединен один конец встречно включенных уравнительных обмоток регуляторов напряжения, а другой их конец к нулевому выходу источника постоянного напряжения, при этом уравнительные обмотки регуляторов напряжения соединены сежду собой так, что магнитные потоки обмоток регулятора напряжения, соответствующие генератору, направлены встречно, а магнитные потоки обмоток регулятора напряжения, соответствующие двигателю, согласно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 04.06.2003

Извещение опубликовано: 10.10.2004        БИ: 28/2004

---