Энергосберегающий стенд для исследования и испытаний электроприводов переменного тока

Стенд для исследования и испытаний электроприводов переменного тока относится к преобразовательной технике и может быть использован для испытаний систем электроприводов. Техническим результатом заявляемой полезной модели является энергосбережение за счет контура рекуперации электроэнергии. Поставленная задача решается тем, что в схему электротехнического стенда включается контур рекуперации электроэнергии, состоящий из электрогенератора переменного тока, выпрямителя и повышающего конвертора напряжения. Стенд содержит электродвигатель, датчики тока фаз электродвигателя, преобразователь частоты, дополнительное нагружающее устройство, аналого-цифровой преобразователь, персональный компьютер, стабилизатор напряжения, выходы которого через датчик тока и напряжения соединены со входом преобразователя частоты, источник постоянного тока, «плюсовой» выход которого соединен с «плюсовым» входом стабилизатора напряжения через выпрямительный диод, анод которого соединен с «плюсовым» выходом источника постоянного тока, а катод - с «плюсовым» входом стабилизатора напряжения, «минусовая» шина источника постоянного тока соединена с «минусовой» шиной стабилизатора напряжения, контроллер, соединенный с аналого-цифровым преобразователем и персональным компьютером, повышающий конвертор напряжения, подключенный к выходу дополнительного нагружающего устройства, выхода повышающего конвертора напряжения подключены «минусом» к «минусу» стабилизатора напряжения, «плюсом» к аноду выпрямительного диода, катод которого подключен к «плюсу» стабилизатора напряжения, датчики тока и напряжения, подключенные к выходу и входу повышающего конвертора напряжения, выходы которых соединены с входами аналого-цифрового преобразователя. Дополнительное нагружающее устройство содержит электрогенератор переменного тока, датчики тока фаз электрогенератора, подключенные к аналого-цифровому преобразователю, трехфазный выпрямительный мост, входы которого соединены с выходными фазами электрогенератора, а выходы подключены к входам повышающего конвертора напряжения.

Стенд для исследования и испытаний электроприводов переменного тока относится к преобразовательной технике и может быть использован для ресурсных испытаний систем электроприводов.

Известно устройство (патент РФ 120823, «Устройство рекуперации электроэнергии», МПК H02R 1/00, Бюл. 27, опубликовано 27.09.12), основанное на том, что асинхронный электродвигатель подключается к сети трехфазного напряжения с помощью силового контактора, а в режиме генератора является источником энергии переменного тока. Устройство содержит асинхронный электродвигатель, контакторы, высокочастотные фильтры. Недостатком такого устройства является невозможность рекуперации в двигательном режиме работы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство (патент РФ 122781, «Автоматизированный стенд для исследования и испытания электроприводов», МПК G01R 31/34, Бюл. 34, опубликовано 10.12.2012 г.) для испытания асинхронных электродвигателей, основанное на том, что в качестве нагрузочного устройства выступает двигатель постоянного тока, питаемый от трехфазной сети через выпрямитель. Недостатком такого устройства является необходимость электропитания нагрузки, а также, отсутствие контура рекуперации электроэнергии.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является энергосбережение за счет контура рекуперации электроэнергии.

Поставленная задача решается тем, что в схему электротехнического стенда включается контур рекуперации электроэнергии, состоящий из генератора переменного тока, выпрямителя и повышающего конвертора напряжения.

Функционирование предлагаемой полезной модели поясняется структурно-функциональной схемой (Фиг.)

Стенд содержит электродвигатель (1), датчики тока фаз электродвигателя (2, 3), преобразователь частоты (4), дополнительное нагружающее устройство (5), аналого-цифровой преобразователь (6), персональный компьютер (7), стабилизатор напряжения (8), выходы которого через первую группу датчиков (9) тока (10) и напряжения (11) соединены со входом преобразователя частоты (4), источник постоянного тока (12), «плюсовой» выход которого соединен с «плюсовым» входом стабилизатора напряжения (8) через выпрямительный диод (13), анод которого соединен с «плюсовым» выходом источника постоянного тока (12), а катод - с «плюсовым» входом стабилизатора напряжения (8), «минусовая» шина источника постоянного тока (12) соединена с «минусовой» шиной стабилизатора напряжения (8), контроллер (14), соединенный с аналого-цифровым преобразователем (6) и персональным компьютером (7), повышающий конвертор напряжения (15), подключенный к выходу дополнительного нагружающего устройства (5), выходы повышающего конвертора напряжения (15) подключены «минусом» к «минусу» стабилизатора напряжения (8), «плюсом» - к аноду выпрямительного диода (16), катод которого подключен к «плюсу» стабилизатора напряжения, датчики тока (19) и напряжения (21) второй группы датчиков (17) и датчики тока (20) и напряжения (22) третьей группы датчиков (18), подключенные соответственно к выходу и входу повышающего конвертора напряжения (14), выходы которых соединены с входами аналого-цифрового преобразователя (6). Дополнительное нагружающее устройство (5) содержит электрогенератор переменного тока (23), датчики (24, 25, 26) тока фаз электрогенератора (23), подключенные к аналого-цифровому преобразователю (6), трехфазный выпрямительный мост (27), входы которого соединены с выходными фазами электрогенератора (23), а выходы подключены к входам повышающего конвертора напряжения (15).

Стенд работает следующим образом:

Напряжение источника постоянного тока (12) подается на стабилизатор напряжения (8) через диод (13). Выходные шины стабилизатора напряжения (8) подключены к соответствующим шинам преобразователя частоты (4). Выходное напряжение стабилизатора напряжения (8) регулируется контроллером (14) и персональным компьютером (7), данные о величине выходного тока и напряжения снимаются с помощью первой группы датчиков (9) тока (10) и датчика напряжения (11) и поступают на контроллер (14). Электродвигатель переменного тока (1) подключается к преобразователю частоты (4). Сигналы датчиков тока фаз (2, 3) электродвигателя поступают на контроллер (14). Напряжение источника постоянного тока (12) подается на стабилизатор напряжения (8), который формирует требуемое напряжение, согласно алгоритму контроллера (14), электродвигатель (1) начинает вращение. К валу электродвигателя (1) механически присоединен вал электрогенератора переменного тока (23), который при вращении начинает вырабатывать выходное трехфазное напряжение. Величины фазных токов измеряются датчиками тока фаз (24, 25, 26) и поступают на вход аналого-цифрового преобразователя (6). Выходное напряжение электрогенератора переменного тока (23) выпрямляется с помощью трехфазного выпрямительного моста (27) и поступает на вход повышающего конвертора напряжения (15). Повышающий конвертор (15) напряжения управляется с помощью контроллера (14). Контроллер (14) формирует сигнал управления повышающим преобразователем (15) напряжения таким образом, чтобы в первой половине периода работы повышающего конвертора (15) напряжения энергия запасалась внутри него, а во второй половине периода работы - расходовалась. Длительность периода регулируется контроллером (14), согласно алгоритму и данным с датчиков тока и напряжения (19, 20, 21, 22). В первой половине периода работы повышающего конвертора (15) напряжения, нагрузкой электрогенератора (23) является сопротивление цепей повышающего конвертора напряжения (15). Во второй половине периода работы нагрузкой электрогенератора (23) является сопротивление цепей повышающего конвертора напряжения (15), а также, сопротивление входных цепей стабилизатора напряжения (8). Длительность первой половины периода зависит от времени, необходимого для запасания энергии в цепях повышающего конвертора напряжения (8). В течении второй половины периода, запасенная энергия сбрасывается в нагрузку. Повышающий конвертор напряжения (8) устроен так, что после окончания первой половины периода, его выходное напряжение оказывается больше напряжения источника постоянного тока (12), поэтому потенциал катода выпрямительного диода (16) конвертора (15) становится больше потенциала катода выпрямительного диода (13) сети. Выпрямительный диод сети (13) оказывается под обратным напряжением и ток источника постоянного тока (12) в стабилизатор напряжения (8) не протекает. Накопленная энергия повышающего конвертора напряжения (15) будет сбрасываться в стабилизатор напряжения (8), до тех пор, пока выходное напряжение повышающего конвертора (15) не станет меньше напряжения источника постоянного тока (12). Как только выходное напряжение повышающего конвертора (15) окажется меньше напряжения источника постоянного тока (12), откроется диод (13) и потенциалом напряжения сети закроет диод (16), заблокировав протекание тока из повышающего конвертора напряжения (15) в стабилизатор напряжения (8). Мощность, отдаваемая источником постоянного тока (12) будет определяться произведением величины выходного напряжения источника постоянного тока (12) на величину тока источника постоянного тока (12), причем на первой половине периода работы повышающего конвертора (15) напряжения, когда через открытый диод (13) протекает ток.

Использование электротехнического стенда сокращает потребление сетевой электроэнергии и позволяет проводить испытания электроприводов переменного тока во всем диапазоне нагрузок.

1. Стенд для исследования и испытаний электроприводов переменного тока, состоящий из электродвигателя, датчиков тока фаз электродвигателя, преобразователя частоты, дополнительного нагружающего устройства, аналого-цифрового преобразователя, персонального компьютера, отличающийся тем, что стенд содержит стабилизатор напряжения, выходы которого через первую группу датчиков тока и напряжения соединены со входом преобразователя частоты, источник постоянного тока, "плюсовой" выход которого соединен с "плюсовым" входом стабилизатора напряжения через выпрямительный диод, анод которого соединен с "плюсовым" выходом источника постоянного тока, а катод - с "плюсовым" входом стабилизатора напряжения, "минусовая" шина источника постоянного тока соединена с "минусовой" шиной стабилизатора напряжения, контроллер, соединенный с аналого-цифровым преобразователем и персональным компьютером, повышающий конвертор напряжения, подключенный к выходу дополнительного нагружающего устройства, выходы повышающего конвертора напряжения подключены "минусом" к "минусу" стабилизатора напряжения, "плюсом" к аноду выпрямительного диода, катод которого подключен к "плюсу" стабилизатора напряжения, вторую и третью группы датчиков тока и напряжения, подключенные соответственно к выходу и входу повышающего конвертора напряжения, выходы всех групп датчиков соединены со входами аналого-цифрового преобразователя.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что дополнительное нагружающее устройство содержит электрогенератор переменного тока, датчики тока фаз электрогенератора, подключенные к аналого-цифровому преобразователю, трехфазный выпрямительный мост, входы которого через датчики тока фаз соединены с фазами электрогенератора, а выходы через третью группу датчиков тока и напряжения подключены к входам повышающего конвертора напряжения.