Автоматический стенд для испытания асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике, в частности, к промышленному испытательному оборудованию и служит для испытания электродвигателей в условиях переменных нагрузок и различных по частоте и величине питающих напряжений. Автоматический стенд для испытания асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором содержит трехфазную четырехпроводную шину (1), первый входной контактор (2), второй входной контактор (3), частотный преобразователь (4), трехфазный управляемый автотрансформатор (5), переключатель (6) четырех цепей на два направления, асинхронный электродвигатель (7), блок (8) управления электромагнитной муфтой (9), три амперметра (10), три вольтметра (11), индикатор (12) датчика угловой скорости, бесконтактный датчик (13) угловой скорости, индикатор вращательного момента (14), датчик (15) вращательного момента, три безынерционных преобразователя (16) фазовых токов, три безынерционных преобразователя (17) фазовых напряжений, аналого-цифровой преобразователь (18), программируемое вычислительное устройство (19) с функцией визуализации и архивирования результатов измерений, снабженное тремя шинами управления (20), (21) и (22). Автоматическое архивирование значений всех электрических и механических параметров позволяет устранить ошибки измерений субъективного происхождения. Возможность непрерывной визуализации всех электрических и механических параметров и состояния программы позволяет при необходимости вести контроль за работой стенда на всех этапах его работы. Автоматический режим работы стенда под управлением работающей в вычислительном устройстве программы обеспечивает ускорение процесса построения рабочих характеристик электродвигателя и не требует участия оператора в ходе процесса испытаний.

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике, в частности, к промышленному испытательному оборудованию и служит для испытания электродвигателей в условиях переменных нагрузок и различных по частоте и величине питающих напряжений с целью оптимального выбора модели электродвигателя и режима его электропитания с точки зрения энерго- и ресурсосбережения при разработке разнообразного, в том числе и машиностроительного оборудования.

Наиболее близким к заявленному устройству является учебный стенд, содержащий трехфазную сеть промышленной частоты, два контактора, асинхронный электродвигатель, два входа для зондов, кнопку аварийного отключения, нормально открытый контакт программируемого реле начала пуска, нормально открытый контакт программируемого реле окончания пуска, устройство плавного пуска на базе частотного преобразователя, три силовых клеммы которого подключены к выходным силовым клеммам первого контактора, входные силовые клеммы которого подключены к трехфазной сети промышленной частоты, входные силовые зажимы второго контактора подсоединены к силовым выходным клеммам первого контактора, выходные клеммы второго контактора подключены соответственно к четвертой, пятой и шестой силовым клеммам устройства плавного пуска, седьмая, восьмая и девятая силовые клеммы которого связаны со статорными клеммами асинхронного электродвигателя, начала катушек двух контакторов соединены и через кнопку аварийного отключения подключены к нулевой точке трехфазной сети промышленной частоты, концы катушек первого и второго контакторов соответственно через нормально открытый контакт программируемого реле начала пуска и нормально открытый контакт программируемого реле окончания пуска подключены к фазе трехфазной сети промышленной частоты, к двум входам устройства плавного пуска на базе частотного преобразователя подключены зонды контроля температурного состояния асинхронного электродвигателя, переключатель для коммутации четырех цепей на два фиксированных положения, четыре нормально открытых контакта, микроконтроллер, первый и второй входы которого соединены с двумя программируемыми логическими выходами устройства плавного пуска, первый, второй, третий, четвертый программируемые входы устройства плавного пуска каждый через одну из четырех цепей в первом фиксированном положении подключен к четырем входам микроконтроллера, а во втором фиксированном положении переключателя коммутации эти четыре программируемые входы каждый через соответствующий нормально открытый контакт подключены к источнику постоянного напряжения +24 В, входящего в состав устройства плавного пуска асинхронного электродвигателя. (Патент РФ на полезную модель 98299, Н02Р 1/16, 2010 г.).

Известный стенд позволяет исследовать работу электродвигателя в режимах пуска и останова, однако к его недостаткам относится невозможность испытания электродвигателя при различных величинах нагрузок и питающего напряжения, что не позволяет делать выводы о применимости данного электродвигателя в тех или иных конкретных условиях работы.

Технической задачей заявленной полезной модели является создание синергетической архитектуры компонентов стенда, обеспечивающей процесс автоматического испытания электродвигателя в условиях переменных нагрузок на валу и различных по величине и частоте питающих напряжениях.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что автоматический стенд для испытания асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, в состав которого входят: трехфазная четырехпроводная шина с клеммами для присоединения к трехфазной сети, переключатель четырех цепей на два направления с двумя группами входных клемм и одной группой выходных клемм, клеммы для присоединения статорных обмоток электродвигателя, частотный преобразователь, первый контактор, входные клеммы которого присоединены к трем фазам трехфазной шины, а выходные клеммы присоединены ко входным клеммам частотного преобразователя, выходные клеммы которого присоединены к первой из двух групп входных клемм переключателя четырех цепей на два направления, второй контактор, входные клеммы которого присоединены к трем фазам трехфазной шины параллельно входным клеммам первого контактора, согласно полезной модели, дополнительно снабжен: электромагнитной нагрузочной муфтой, кинематически взаимодействующей с валом электродвигателя; блоком управления электромагнитной муфтой, коммутационно соединенным с электромагнитной муфтой; блоком индикации угловой скорости, коммутационно соединенным с ним бесконтактным датчиком угловой скорости; блоком индикации вращательного момента, коммутационно соединенным с ним датчиком вращательного момента, который в свою очередь кинематически соединен с электромагнитной муфтой; трехфазным управляемым автотрансформатором, входные клеммы которого присоединены к выходным клеммам второго контактора, а выходные клеммы - ко второй группе входных клемм переключателя четырех цепей на два направления; аналого-цифровым преобразователем, ко входам которого присоединены сигнальные выходы датчиков тока, сигнальные выходы датчиков напряжения, сигнальный выход блока индикации угловой скорости и сигнальный выход блока индикации вращательного момента; программируемым вычислительным устройством с функциями визуализации, архивирования данных от аналого-цифрового преобразователя и тремя шинами управления для взаимодействия с блоком управления электромагнитной муфтой, частотным преобразователем и управляемым автотрансформатором, при этом на участке между каждой из трех фазовых выходных клемм переключателя четырех цепей на два направления и клеммами для подключения статорных обмоток электродвигателя присоединены последовательно по одному датчику тока на каждой фазе, а между каждой из трех фазовых выходных клемм переключателя четырех цепей на два направления и четвертой (нулевой) выходной клеммой - по одному датчику напряжения.

Заявленная полезная модель поясняется графическими материалами, где представлена блок-схема автоматического стенда для испытания асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Автоматический стенд для испытания асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором содержит трехфазную четырехпроводную шину 1, которая через первый входной контактор 2 или второй входной контактор 3 может быть подключена соответственно ко входным шинам частотного преобразователя 4 или ко входным шинам трехфазного управляемого автотрансформатора 5. Через переключатель 6 четырех цепей на два направления на асинхронный электродвигатель 7 поступает напряжение или с выходных клемм частотного преобразователя 4, или с выходных клемм трехфазного управляемого автотрансформатора 5. Блок 8 управления электромагнитной муфтой 9 устанавливает определенный нагрузочный момент, который прикладывается муфтой 9 к валу электродвигателя 7. Эффективные значения фазовых токов и напряжений непрерывно измеряются посредством амперметров 10 и вольтметров 11. Индикатор 12 датчика угловой скорости показывает величину угловой скорости вращения ротора согласно поступающему от бесконтактного датчика 13 угловой скорости сигналу, а индикатор 14 вращательного момента показывает величину вращательного момента согласно поступающему от датчика 15 вращательного момента сигналу. Напряжения с сигнальных выходов безынерционных преобразователей 16 фазовых токов и безынерционных преобразователей 17 фазовых напряжений поступают на входы аналого-цифрового преобразователя 18, на него же поступают напряжения, пропорциональные угловой скорости и вращательному моменту, снимаемые с сигнальных выходов индикатора 12 угловой скорости и индикатора 14 вращательного момента соответственно. Выходные данные с аналого-цифрового преобразователя 18 поступают в программируемое вычислительное устройство 19 с функциями визуализации, архивирования результатов измерений и тремя шинами управления 20, 21 и 22 для взаимодействия с блоком 8 управления электромагнитной муфтой 9, управляемым автотрансформатором 5 и частотным преобразователем 4 соответственно.

Автоматический стенд для испытания асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором работает следующим образом.

Промышленное трехфазное напряжение 380 Вольт 50 Герц по трехфазной четырехпроводной шине 1 через первый входной контактор 2 или второй входной контактор 3 подается соответственно на вход частотного преобразователя 4 или на вход трехфазного управляемого автотрансформатора 5. В зависимости от положения переключателя 6 четырех цепей на два направления на асинхронный электродвигатель 7 поступает напряжение или с выхода частотного преобразователя 4, или с выхода трехфазного управляемого автотрансформатора 5. Для контроля за работой стенда эффективные значения фазных токов и фазофых напряжений непрерывно измеряются посредством амперметров 10 и вольтметров 11. Индикатор 12 датчика 13 угловой скорости показывает величину угловой скорости вращения ротора согласно поступающему от бесконтактного датчика 13 угловой скорости сигналу, а индикатор вращательного момента 14 показывает величину вращательного момента согласно поступающему от датчика 15 момента сигналу. Напряжения с сигнальных выходов безынерционных преобразователей 16 фазовых токов и безынерционных преобразователей 17 фазовых напряжений подаются на входы аналого-цифрового преобразователя 18, на него же подаются напряжения, пропорциональные угловой скорости и вращательному моменту, снимаемые с сигнальных выходов индикатора 12 угловой скорости и индикатора 14 вращательного момента соответственно. Выходные данные с аналого-цифрового преобразователя 18 поступают в программируемое вычислительное устройство 19 с функциями визуализации, архивирования результатов измерений и тремя шинами управления 20, 21 и 22 для взаимодействия с блоком 8 управления электромагнитной муфтой 9, управляемым автотрансформатором 5 и частотным преобразователем 4 соответственно. Оператор посредством переключателя 6 четырех цепей на два направления подключает асинхронный электродвигатель 7 или к выходу частотного преобразователя 4, или к выходу трехфазного управляемого автотрансформатора 5, включает соответственно первый входной контактор 2 или второй входной контактор 3 и запускает рабочую программу на вычислительном устройстве 19. Программируемое вычислительное устройство 19 посредством команд, передаваемых по шине управления 20 в соответствие с программой последовательно устанавливает различные величины нагрузочного момента при помощи блока 8 управления электромагнитной муфтой 9, а посредством команд, передаваемых по шинам управления 21 и 22 устанавливает в соответствие с программой различные параметры подаваемого на электродвигатель 7 питающего напряжения от управляемого автотрансформатора 5 или частотного преобразователя 4 и при этом автоматически архивирует графики фазовых токов, фазовых напряжений, значения угловой скорости и нагрузочного момента при помощи конструктивно входящего в состав вычислительного устройства 19 средства архивирования. Оператор имеет возможность наблюдать за ходом исполнения программы при помощи конструктивно входящего в состав вычислительного устройства 19 средства визуализации. Данные, накопленные в вычислительном устройстве 19 после завершения работы программы могут быть обработаны в этом вычислительном устройстве 19 или перенесены для дальнейшей обработки в иное вычислительное устройство.

Таким образом, автоматическое архивирование значений всех электрических и механических параметров позволяет устранить ошибки измерений субъективного происхождения. Возможность непрерывной визуализации всех электрических и механических параметров и состояния программы позволяет при необходимости вести контроль за работой стенда на всех этапах его работы. Автоматический режим работы стенда обеспечивает ускорение процесса построения рабочих характеристик электродвигателя и не требует дальнейшего участия оператора в ходе процесса испытаний. Тем самым заявленный в формуле полезной модели результат реализован.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в области промышленного испытательного оборудования;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условию патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Автоматический стенд для испытания асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, в состав которого входят: трехфазная четырехпроводная шина с клеммами для присоединения к трехфазной сети, переключатель четырех цепей на два направления с двумя группами входных клемм и одной группой выходных клемм, клеммы для присоединения статорных обмоток электродвигателя, частотный преобразователь, первый контактор, входные клеммы которого присоединены к трем фазам трехфазной шины, а выходные клеммы присоединены ко входным клеммам частотного преобразователя, выходные клеммы которого присоединены к первой из двух групп входных клемм переключателя четырех цепей на два направления, второй контактор, входные клеммы которого присоединены к трем фазам трехфазной шины параллельно входным клеммам первого контактора, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен: электромагнитной нагрузочной муфтой, кинематически взаимодействующей с валом электродвигателя; блоком управления электромагнитной муфтой, коммутационно соединенным с электромагнитной муфтой; блоком индикации угловой скорости, коммутационно соединенным с ним бесконтактным датчиком угловой скорости; блоком индикации вращательного момента, коммутационно соединенным с ним датчиком вращательного момента, который, в свою очередь, кинематически соединен с электромагнитной муфтой; трехфазным управляемым автотрансформатором, входные клеммы которого присоединены к выходным клеммам второго контактора, а выходные клеммы - ко второй группе входных клемм переключателя четырех цепей на два направления; аналого-цифровым преобразователем, ко входам которого присоединены сигнальные выходы датчиков тока, сигнальные выходы датчиков напряжения, сигнальный выход блока индикации угловой скорости и сигнальный выход блока индикации вращательного момента; программируемым вычислительным устройством с функциями визуализации, архивирования данных от аналого-цифрового преобразователя и тремя шинами управления для взаимодействия с блоком управления электромагнитной муфтой, частотным преобразователем и управляемым автотрансформатором, при этом на участке между каждой из трех фазовых выходных клемм переключателя четырех цепей на два направления и клеммами для подключения статорных обмоток электродвигателя присоединены последовательно по одному датчику тока на каждой фазе, а между каждой из трех фазовых выходных клемм переключателя четырех цепей на два направления и четвертой (нулевой) выходной клеммой - по одному датчику напряжения.