Устройство для испытания асинхронных двигателей под нагрузкой

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для послеремонтного испытания асинхронных двигателей. Сущность: устройство содержит симметричные тиристорные элементы в цепи каждой фазы обмотки статора двигателя, систему формирования управляющих импульсов для симметричных тиристорных элементов, блок управления режимами работы двигателя, регулируемый индуктивный ограничитель тока. Выход ограничителя тока подключен к каждой фазе обмотки статора двигателя, а вход - к выходу симметричных тиристорных элементов с возможностью реверсирования двигателя. Технический результат: упрощение устройства и формирование при испытании синусоидального напряжения на статоре двигателя в режимах, приближенных к эксплуатационным. 6 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для послеремонтного испытания асинхронных двигателей.

Известно, что после капитального ремонта электрические параметры машины изменяются, что приводит к снижению ее энергетических показателей, особенно при неоднократных ремонтах. Поэтому знание измененных энергетических показателей является важным для принятия мер по сохранению ресурса электрической машины в процессе эксплуатации. Необходимая послеремонтная оценка заводских (номинальных) паспортных данных электрической машины возможна испытанием ее под нагрузкой.

Устройство для испытания должно отвечать следующим требованиям:

- простота технической реализации;

- отсутствие механического агрегирования электрической машины со вспомогательными нагрузочными устройствами;

- возможность плавного нагружения испытуемой машины в режимах и условиях, приближенных к эксплуатационным.

Известны устройства, представляющие собой агрегаты, предусматривающие механическое агрегирование испытуемой электрической машины со вспомогательными нагрузочными машинами:

1. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. - Л.: Энергоатомиздат, 1984.

2. Устройство для испытания асинхронного тягового двигателя с коротко-замкнутым ротором. Патент РФ №2023274, МКИ⁵ G01R 31/34, опубл. 15.11.94, бюл. изобретений №21, Талья И.И.

Известно устройство для испытания асинхронных двигателей под динамической нагрузкой с воздействием на статорные цепи, реализованное с помощью преобразователя частоты [Родькин Д.И. Системы динамического нагружения и диагностики электродвигателей при послеремонтных испытаниях. М.: Недра, 1992, (стр.156, 159-160, рис.9.2)], позволяющее проводить испытания под динамической нагрузкой без механического агрегирования электрической машины с нагрузочными устройствами. Однако преобразователи частоты являются сложными, особенно при испытании высоковольтных двигателей большой мощности. Кроме того, из-за высоких гармоник напряжения на выходе преобразователя частоты, возрастают потери в двигателе, поэтому объективная оценка паспортных данных двигателя затруднительна либо даже невозможна. Вследствие этого испытания необходимо проводить при синусоидальном напряжении на статоре двигателя в режимах, приближенных к эксплуатационным.

Известно также устройство, выбранное в качестве прототипа [Родькин Д.И. Системы динамического нагружения и диагностики электродвигателей при послеремонтных испытаниях. - М.: Недра, 1992, (стр.157, рис.9.1)], содержащее тиристорный регулятор напряжения, включающий симметричные тиристорные элементы в цепи каждой фазы обмотки статора двигателя и систему формирования управляющих импульсов для симметричных тиристорных элементов, а также блок управления, осуществляющий регулирование напряжения на статоре двигателя и управление режимами работы двигателя.

Недостатками прототипа являются:

- сложность регулятора напряжения;

- испытания проводятся при несинусоидальном напряжении на статоре двигателя.

Технический результат предлагаемого устройства заключается в упрощении устройства для испытания асинхронных двигателей и формировании при испытании синусоидального напряжения на статоре двигателя в режимах, приближенных к эксплуатационным.

Он достигается тем, что в устройстве для испытания асинхронного двигателя под нагрузкой, содержащем симметричные тиристорные элементы в цепи каждой фазы обмотки статора двигателя, систему формирования управляющих импульсов для симметричных тиристорных элементов, блок управления режимами работы двигателя, дополнительно содержится регулируемый индуктивный ограничитель тока, выход которого подключен к каждой фазе обмотки статора двигателя, а вход ограничителя тока подключен к выходам симметричных тиристорных элементов с возможностью реверсирования двигателя.

Наличие новой совокупности существенных признаков и связей между ними подтверждает соответствие технического решения критерию «новизна».

Включение регулируемого индуктивного ограничителя тока в цепь статора двигателя позволяет исключить фазовое регулирование напряжения с помощью тиристорного регулятора и, следовательно, несинусоидальность напряжения на статоре электродвигателя, а также использовать симметричные тиристорные элементы только как реверсивный пускатель, что значительно упрощает систему формирования управляющих импульсов для них. Кроме того, синусоидальность напряжения на статоре электродвигателя и его плавное регулирование позволяют проводить испытания в режимах и условиях, приближенных к эксплуатационным, что обеспечивает объективную оценку паспортных данных отремонтированных двигателей.

Из литературных источников не известно использование перечисленных факторов для упрощения устройства и реализации условий испытаний, приближенных к эксплуатационным, и повышения тем самым точности оценки энергетических показателей и паспортных данных испытуемой машины, что свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень».

Работа устройства поясняется функциональной схемой, представленной на фиг.1, внешним видом регулируемого индуктивного ограничителя тока, показанного на фиг.2 и сечением А-А, представленным на фиг.3. Естественная (ест) и искусственные (II, III) электромеханические характеристики двигателя изображены в координатах скорость (ω) - ток статора (I_с) на фиг.4. Структурная схема блока управления режимами работы двигателя показана на фиг.5. Временные диаграммы функционирования блока управления режимами работы двигателя представлены на фиг.6.

Устройство состоит из симметричных тиристорных элементов 1, 2, 3, 4, 5, в цепи обмоток статора, собранных по схеме реверсивного пускателя, системы формирования управляющих импульсов для симметричных тиристорных элементов 6, блока управления режимами работы двигателя 7, а также регулируемого индуктивного ограничителя тока 8, выход которого подключен к каждой фазе обмотки статора двигателя, а вход - к выходу симметричных тиристорных элементов. Симметричные тиристорные элементы состоят из двух встречно-параллельно включенных тиристоров.

Система формирования управляющих импульсов для симметричных тиристорных элементов 6 реализована в виде простого варианта на двух реле «Вперед», «Назад» [Справочник по преобразовательной технике. / Под ред. И.М.Чиженко. - Киев: Техника, 1978. стр.197, рис.4.25, 4.26].

Блок управления режимами работы двигателя 7 представляет собой программируемый логический контроллер малого формата, содержащий интегрированные аналоговые и дискретные входы и выходы, например Альфа-2. Программирование контроллера на заданный алгоритм функционирования (коммутации) производится в операционной системе, представляющей собой язык программирования блоковых диаграмм, например стандарт FBD IEC1131-3.

Регулируемый индуктивный ограничитель тока 8 показан на фиг.2. Он состоит из трех катушек 9, 10, 11, включенных в каждую фазу обмотки статора двигателя. Катушки крепятся на общем основании 12. Подвижные сердечники катушек 13, 14, 15 соединены общей механической связью 16. Ограничитель хода 17 служит для фиксации заданного воздушного зазора δ_зад и, следовательно, индуктивного сопротивления катушек.

Устройство снабжено необходимыми датчиками, приборами и регистрирующей аппаратурой. На фиг.1 они не показаны.

Испытание асинхронного двигателя производится следующим образом. После подключения двигателя к клеммам А, В, С (фиг.1) устройства устанавливают заданную величину воздушного зазора δ_зад ограничителем хода 17, устанавливая тем самым значение пускового тока двигателя (I_п.и).

Динамическое нагружение двигателя заключается в переключении обмоток статора с одного направления вращения на обратное, что реализуется подачей управляющих импульсов на симметричные тиристорные элементы 1, 3, 4 либо 2, 3, 5. Изменяя частоту переключения симметричных тиристорных элементов, можно устанавливать необходимый режим нагружения двигателя (траекторию), например траекторию А→В→С→Д→А (фиг.4), либо А→В→С'→Д'→А.

Блок управления режимами работы двигателя 7, построенный в операционной системе контроллера, представляет собой задатчик частоты переключения обмоток, выполненный на двух широтно-импульсных модуляторах PWM1 и PWM2 (фиг.5), заложенных в пользовательскую библиотеку контроллера. PWM1 и PWM2 имеют по два входных канала: Вх1 - разрешающий работу блока 7, Вх2 - задающий время, в котором широтно-импульсный модулятор находится в открытом состоянии. На Вх2 обоих PWM1 и PWM2 подается аналоговый сигнал U_у. На выходе элемента И1 формируется сигнал «I», которым запускается широтно-импульсный модулятор PWM1 и дискретный выход PWM1 (Вых1) переходит в замкнутое состояние. Через этот выход питается катушка реле «Вперед» системы формирования управляющих импульсов 6. Реле «Вперед» срабатывает и подает управляющие импульсы на симметричные тиристорные элементы 1, 3, 4 направления «Вперед». Двигатель подключается к сети, и происходит пуск в направлении «Вперед» до точки А, соответствующей току холостого хода I_xx на искусственной электромеханической характеристике II (фиг.4).

В момент равенства сигнала управления U_у и сигнала, формируемого модулятором PWM1 (фиг.6), на его выходе формируется сигнал «О» и Вых1 переходит в разомкнутое состояние. Катушка реле «Вперед» обесточивается. На выходе инвертора НЕ1 формируется сигнал «I», который подается на первый вход модулятора PWM2, запуская его. На выходе «Вых2» модулятора PWM2 формируется сигнал «I», по которому дискретный выход контроллера «Вых2» переходит в замкнутое состояние. Через этот выход питается катушка реле «Назад». Реле «Назад» срабатывает и подает управляющие импульсы на симметричные тиристорные элементы 2, 3, 5 направления «Назад». Происходит переход из точки А в точку В (фиг.4). Двигатель переходит в тормозной режим. Начинается торможение по характеристике III из точки В в точку С. Включенное состояние модулятора PWM2 приводит к появлению сигнала «O» на выходе инвертора НЕ2 и соответственно сигнала «О» на выходе элемента И1, что служит защитной блокировкой от одновременного появления двух сигналов «I» на выходах Вых1, Вых2 модуляторов и одновременного включения реле «Вперед» и «Назад».

В момент равенства сигнала управления U_у и сигнала, формируемого модулятором PWM2, на его выходе формируется сигнал «О» и Вых2 переходит в разомкнутое состояние. Катушка реле «Назад» обесточивается. При этом на выходе инвертора НЕ2 формируется сигнал «I», который подается на вход элемента И1, что приводит к появлению сигнала «I» на входе Вх1 модулятора PWM1 и дискретный выход контроллера Вых1 переходит в замкнутое состояние. Получает питание катушка реле «Вперед». Реле «Вперед» срабатывает и подает управляющие импульсы на симметричные тиристорные элементы 1, 3, 4 направления «Вперед». Двигатель переходит из точки С в точку Д и затем в точку А (фиг.4). Далее цикл повторяется. Меняя величину сигнала U_у, можно задавать длительность включенного и выключенного состояния, т.е. частоту переключения фаз двигателя, формируя фазовые траектории от А→В→С→Д→А до А→В→С'→Д'→А (фиг.4).

Меняя величину заданного воздушного зазора δ_зад, устанавливают новый ток нагрузки, переходя на другую искусственную электромеханическую характеристику двигателя.

Применение предлагаемого устройства позволяет проводить испытания асинхронных двигателей в широком диапазоне синусоидальных токов нагрузки во всех режимах работы (пуск, реверсирование, наброс и сброс нагрузки) с имитацией режимов работы, приближенных к эксплуатационным, что позволяет объективно оценить качество ремонта электрической машины, ее энергетические показатели в сравнении с паспортными. Все это обеспечивает принятие мер по сохранению ресурса машины в процессе эксплуатации.

Устройство является простым как с точки зрения реализации, так и эксплуатации.

Устройство для испытания асинхронных двигателей под нагрузкой, содержащее симметричные тиристорные элементы в цепи каждой фазы обмотки статора двигателя, систему формирования управляющих импульсов для симметричных тиристорных элементов, блок управления режимами работы двигателя, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит регулируемый индуктивный ограничитель тока, выход которого подключен к каждой фазе обмотки статора двигателя, а вход подключен к выходу симметричных тиристорных элементов с возможностью реверсирования двигателя.