Устройство испытаний частотно-управляемого гребного электропривода системы электродвижения в условиях стенда
Владельцы патента RU 2462728:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии" (ФГУП "ЦНИИ СЭТ") (RU)
Предложение относится к судовым системам электродвижения с частотно-управляемым гребным асинхронным электродвигателем и может быть использовано при проведении приемо-сдаточных испытаний гребного электродвигателя (ГЭД) и системы электродвижения (СЭД) в условиях стенда. Целью предложения является повышение эффективности испытаний СЭД с частотно управляемым асинхронным ГЭД. Поставленная цель достигается тем, что генератор постоянного тока с независимым возбуждением, спаренный с ГЭД, подключен к двигателю постоянного тока такой же мощности с независимым возбуждением, который в свою очередь сочленен с асинхронным электродвигателем, обеспечивающим рекуперацию энергии в сеть. Для повышения эффективности рекуперации энергии в сеть применена система регулирования по каналу управления напряжения генератора постоянного тока и каналу управления частоты вращения АД. Предложение позволяет получить технический результат - повысить эффективность испытаний СЭД с частотно-управляемым асинхронным ГЭД за счет снижения потерь активной мощности, а также эффективность управления рекуперацией энергии в сеть. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Предложение относится к судовым системам электродвижения с частотно-управляемым гребным асинхронным электродвигателем и может быть использовано при проведении приемо-сдаточных испытаний гребного электродвигателя (ГЭД) и системы электродвижения (СЭД) в условиях стенда.
Известно устройство испытаний асинхронных электродвигателей с помощью нагрузочного генератора постоянного тока, сочлененного с ГЭД [1].
Снятие рабочих характеристик и определение зависимости развиваемого двигателем вращающего момента от частоты вращения или скольжения производится при большом диапазоне изменения частоты вращения нагрузочного генератора. Поэтому необходимо, чтобы номинальная мощность нагрузочного генератора была значительно (в несколько раз) больше номинальной мощности испытываемого двигателя.
Испытания проводятся как с поглощением энергии нагрузочного генератора в сопротивлении, так и с возвратом энергии в сеть постоянного тока. В последнем случае необходимо, чтобы номинальное напряжение нагрузочного генератора было как можно больше номинального напряжения сети, на которую он работает.
Изменение момента генератора может осуществляться либо изменением его возбуждения при неизменной величине нагрузочного сопротивления, либо изменением нагрузочного сопротивления при неизменном возбуждении. Практически приходится применять оба способа в комбинации.
Однако такому устройству испытаний асинхронных двигателей присущи недостатки, заключающиеся в необходимости иметь нагрузочный генератор постоянного тока, превышающий мощность испытываемого двигателя в несколько раз, и больших потерях энергии в нагрузочном генераторе, а также необходимости создавать сеть постоянного тока, что влечет за собой дополнительное преобразование энергии и соответственно ее потери.
Целью предложения является повышение эффективности испытаний СЭД с частотно-управляемым асинхронным ГЭД.
Поставленная цель достигается тем, что генератор постоянного тока с независимым возбуждением, спаренный с ГЭД, подключен к двигателю постоянного тока такой же мощности с независимым возбуждением, который в свою очередь сочленен с асинхронным электровигателем, обеспечивающим рекуперацию энергии в сеть с помощью системы регулирования.
На фиг.1 изображена принципиальная схема испытаний частотно-управляемого гребного электропривода СЭД в условиях стенда, состоящая из щита электродвижения (ЩЭД), трансформатора напряжения (ТН), преобразователя частоты (ПЧ), гребного асинхронного электродвигателя (ГЭД), генератора постоянного тока (ГПТ), двигателя постоянного тока (ДПТ), обмотки возбуждения ГПТ (ОВГПТ), обмотки возбуждения ДПТ (ОВДПТ), асинхронного короткозамкнутого электродвигателя (АД), щита сети (ЩС).
Испытания ГЭД по снятию рабочей характеристики и зависимости момента от частоты вращения M=f(n) в режимах от холостого хода до перегрузки не менее 10% от номинальной мощности производятся путем создания тормозного момента системой ДПТ-АД. АД, подключенный к сети, при отсутствии внешнего статического момента на валу будет вращаться с частотой, близкой к синхронной. Если с помощью ДПТ вращать ротор АД с частотой, большей, чем скорость магнитного поля (n>no), то асинхронный двигатель работает в генераторном режиме, отдавая энергию в сеть. При этом АД в генераторном режиме потребляет из сети реактивную мощность. Активная (электромагнитная) мощность при переходе двигателя в генераторный режим меняет направление и передается из ротора в статор (сеть) [2].
Таким образом, в системе ДПТ-АД уравнение механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением имеет вид, т.е. частота вращения пропорциональна напряжению генератора:
где
- nД - частота вращения ДПТ,
- UГ - напряжение ГПТ,
- 
- постоянная для каждой машины величина,
- ФД - магнитный поток,
- rД - сопротивление цепи якоря,
- СМД - постоянная для каждой машины величина,
- МД - момент вращения генератора.
При этом напряжение генератора постоянного тока пропорционально магнитному потоку и частоте вращения:
где
- UГ - напряжение генератора постоянного тока,
- ЕГ - э.д.с. генератора постоянного тока,
- IГ - ток генератора постоянного тока,
- rГ - сопротивление цепи якоря генератора постоянного тока,
- 
- постоянная для генератора величина,
- ФГ - магнитный поток генератора,
- nГ - частота вращения генератора.
Для работы АД в генераторном режиме необходимо, чтобы частота вращения двигателя была больше синхронной. Это достигается регулированием напряжения ГПТ с помощью изменения магнитного потока в ОВГПТ и частоты вращения АД путем изменения магнитного потока в ОВДПТ.
Система регулирования имеет два канала управления: канал управления напряжения ГПТ и канал управления частоты вращения АД, что отображено на фиг.1. Канал управления напряжения ГПТ содержит: датчик напряжения (ДН), усилитель рассогласования по напряжению (УР1) с опорным напряжением Uоп1, логический блок управления (ЛБУ1), сигнал с которого воздействует на преобразователь П1, уменьшая или увеличивая ток возбуждения в ОВГПТ. Канал управления частоты вращения АД состоит из: датчика частоты вращения (ДЧВ), усилителя рассогласования по частоте вращения (УР2) с опорным напряжением Uоп2, логического блока управления (ЛБУ2), сигнал с которого воздействует на преобразователь П2 и соответственно ток возбуждения в ОВДПТ.
Связанные между собой и управляемые задатчиком режима (ЗР) логические блоки управления ЛБУ1 и ЛБУ2 управляют преобразователями П1 и П2 обмоток возбуждения ОВГПТ и ОВДПТ. При низкой частоте вращения (пуске) ГЭД, когда напряжение генератора Uг низкое, для обеспечения nд>nо повышается магнитный поток генератора Фг и снижается магнитный поток двигателя Фд, при высокой частоте вращения ГЭД - магнитный поток Фг снижается, а поток Фд - повышется.
Предложение позволяет повысить эффективность испытаний СЭД с частотно управляемым асинхронным ГЭД за счет снижения потерь активной мощности путем рекуперации энергии в сеть.
Источники информации
1. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. Часть 4, п.4-16 (аналог).
2. Андреев В.П., Сабинин Ю.А. Основы электропривода.
1. Устройство испытаний частотно-управляемого гребного электропривода системы электродвижения (СЭД) в условиях стенда, содержащее щит электродвижения (ЩЭД), трансформатор напряжения (ТН), преобразователь частоты (ПЧ), асинхронный гребной электродвигатель (ГЭД), вал которого сочленен с генератором постоянного тока (ГПТ) с независимым возбуждением, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности испытаний СЭД и снижения потерь активной мощности в сети, ГПТ подключен к двигателю постоянного тока (ДПТ) такой же мощности с независимым возбуждением, сочлененному с асинхронным электродвигателем (АД), подключенным к щиту сети (ЩС).
2. Устройство испытаний частотно-управляемого гребного электропривода СЭД в условиях стенда по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности управления рекуперацией энергии в сеть, применена система регулирования, имеющая каналы управления по напряжению ГПТ и частоте вращения АД, при этом датчик напряжения (ДН) канала управления напряжения ГПТ подключен к усилителю рассогласования по напряжению (УР1) с опорным напряжением (Uоп1), выход УР1 соединен с логическим блоком управления (ЛБУ1), выход которого соединен с преобразователем (П1) обмотки возбуждения генератора постоянного тока (ОВГПТ), а выход датчика частоты вращения (ДЧВ) канала управления частоты вращения АД соединен с усилителем рассогласования по частоте вращения (УР2) с опорным напряжением (Uоп2), выход УР2 подключен к логическому блоку управления (ЛБУ2), выход которого соединен с преобразователем (П2) обмотки возбуждения двигателя постоянного тока (ОВДПТ), связанные между собой и задатчиком режима (ЗР) логические блоки управления ЛБУ1 и БУ2 подключены к преобразователям П1 и П2, питающим обмотки возбуждения ОВГПТ и ОВДПТ.
