Стенд для испытаний асинхронного тягового электродвигателя

Полезная модель относится к методам и техническим средствам для проведения стендовых испытаний асинхронных тяговых электродвигателей мощностью до 1500 кВт.

Сущность полезной модели состоит в том, что в стенде, содержащем находящийся на одном валу с испытуемым электродвигателем нагрузочный генератор постоянного тока с независимым возбуждением, регулируемый источник для питания обмотки возбуждения этого генератора и источник для питания испытуемого асинхронного тягового электродвигателя, причем оба указанных источника соединены своими входами с трехфазной питающей сетью 3×380 В 50 Гц, предусмотрено, что в составе стенда дополнительно имеется типовой электровозный трансформатор однофазного переменного тока, обмотка собственных нужд которого посредством непосредственного трехфазно-однофазного преобразователя частоты и трехфазного трансформатора подключена к трехфазной питающей сети 3×380 В 50 Гц, низковольтная вторичная обмотка трансформатора посредством выпрямителя соединена с входными клеммами обмотки возбуждения нагрузочного генератора, первая высоковольтная вторичная обмотка трансформатора посредством двухзвенного регулируемого по напряжению и частоте преобразователя, состоящего из однофазного выпрямителя и трехфазного автономного инвертора, соединена входными клеммами испытуемого асинхронного тягового электродвигателя, а вторая высоковольтная вторичная обмотка трансформатора посредством выпрямительно-инверторного преобразователя со сглаживающим реактором подключена к выводам якорной обмотки нагрузочного генератора.

Данное предложение по полезной модели относится к электрическим машинам, а точнее к стендам для испытаний асинхронных тяговых электродвигателей с имитацией всего диапазона изменения их нагрузок путем регулирования частоты и напряжения.

Известен стенд для испытаний асинхронного тягового электродвигателя, содержащий нагрузочный генератор постоянного тока, вал которого посредством муфты соединен с валом испытуемого двигателя, а его якорная обмотка нагружена на мотор-генераторный агрегат, состоящий из электродвигателя постоянного тока и синхронного генератора переменного трехфазного тока, подключенного к трехфазной сети [1].

Недостаток данного технического решения заключается в том, что сложно обеспечить весь диапазон регулирования режимов испытуемого двигателя.

Этот недостаток частично устранен в устройстве [2], которое может быть принято в качестве прототипа данного предложения по полезной модели.

Прототип предложенного стенда для испытаний асинхронного тягового электродвигателя содержит находящийся с ним на одном валу нагрузочный генератор постоянного тока с независимым возбуждением, регулируемый источник для питания обмотки независимого возбуждения указанного генератора и источник трехфазного переменного тока для питания статорной обмотки испытуемого асинхронного тягового электродвигателя, причем оба указанных источника соединены своими входами с трехфазной питающей сетью 3×380 В 50 Гц. [2].

Недостатки прототипа состоят в сложности задания всех испытательных режимов и в неэкономичности стенда в смысле слишком большого потребления электроэнергии из стационарной сети 3×380 В 50 Гц, что достаточно подробно рассмотрено в [3].

Техническое решение по данной полезной модели состоит в исключении указанных выше недостатков, а именно в расширении диапазона регулирования и сокращении затрат электроэнергии при длительных испытаниях асинхронных тяговых электродвигателей мощностью 1200-1500 кВт.

Указанное выше техническое решение достигается за счет того, что в составе стенда дополнительно предусмотрен типовой электровозный трансформатор однофазного переменного тока, вторичная обмотка собственных нужд которого посредством непосредственного трехфазно-однофазного преобразователя частоты включенного на полупроводниковых ключевых элементах (тиристорах или силовых транзисторах, например JGBT) и трехфазного трансформатора подключена к стационарной трехфазной питающей сети 3×380 В. 50 гц., низковольтная вторичная обмотка указанного трансформатора посредством выпрямителя соединена с входными клеммами обмотки независимого возбуждения нагрузочного генератора, первая вторичная высоковольтная обмотка трансформатора посредством двухзвенного статического регулируемого по напряжению и частоте преобразователя, состоящего из последовательно соединенных однофазного выпрямителя и трехфазного инвертора, соединена с входными клеммами статорной обмотки испытуемого асинхронного тягового электродвигателя, а вторая вторичная высоковольтная обмотка трансформатора посредством выпрямительно-инверторного преобразователя с выходным сглаживающим реактором подключена к выводам якорной обмотки нагрузочного генератора.

Конкретно данная полезная модель поясняется на примере ее реализации на испытательных стендах, широко используемых на электровозостроительных заводах и на заводах по ремонту тяговых электромашин (фиг.1).

Испытуемый асинхронный тяговый электродвигатель 1 подключен своей статорной обмоткой АВС к источнику 3-х фазного переменного тока 2, который получает электропитание от обмотки (3) ТО1 силового трансформатора 4. Источник 2 содержит выпрямитель 2А и регулируемые инверторы 2И, работающие с взаимным сдвигом фаз выходного напряжения U_2A, U_2B, U _2С в 120 градусов. Вал 5 испытуемого двигателя 1 (АТЭД) соединен с валом нагрузочного генератора 6, в качестве которого использован серийный тяговый электродвигатель электровоза переменного тока в генераторном режиме, т.е. коллекторная электромашина постоянного тока в генераторном режиме при независимом возбуждении.

Электромашина 6 посредством четырехзонного выпрямительно-инверторного преобразователя ВИЛ 7 нагружена на обмотку 8 силового трансформатора 4.

Обмотка возбуждения 9 нагрузочного генератора 6 получает питание от низковольтной вторичной обмотки 10 трансформатора 4 через выпрямитель ВУВ 11.

Особенностью предложенного стенда заключается, в том, что мощностью испытуемого АТЭД 1 практически вдвое выше мощности нагрузочного генератора 6, поскольку коллекторные тяговые электродвигатели электровозов имеют мощность не более 800-900 кВт. Поэтому в данной полезной модели использовано два идентичных нагрузочных генератора 6, якорные обмотки которых 6 и 6 соединены параллельно и в цепь каждой из них включены соответственно демпфирующие резисторы R и R, а также разделительные диоды Д и Д.

У трансформатора 4 в качестве первичной обмотки (взамен штатной обмотки 10, (рассчитанной на питание от контактной сети 25 кВ.) использована низковольтная обмотка СН, подключенная к типовой стационарной сети 13 с параметрами 3×380 В 50 Гц посредством трехфазно-трехфазного трансформатора 14 и непосредственного преобразователя частоты НПЧ трехфазно-однофазного исполнения 15 [4].

На его выходе имеем однофазное напряжение переменного тока 380 В 50 Гц, поступающее на обмотку 12 трансформатора 4.

Предложенный стенд работает следующим образом. При наличии электропитания в сети 13 блок 14-15 формирует однофазное напряжение 50 Гц, поступающее на обмотку 12 трансформатора 4. От обмотки 3 этого трансформатора преобразователь 2 подает на испытуемый электродвигатель 1 напряжение минимальной амплитуды и минимальной частоты (10-25 В при 1,5-2,5 Гц.). Согласно закону академика М.П. Костенко [5] испытуемый двигатель трогается и начинает вращение. При помощи общего вала 5 двигатель 1 вращает якоря генераторов 6 и 6. Постепенно, пока еще на холостом ходу скорость n ₁ двигателя 1 повышают до номинальной n_н. Вместе с двигателем 1 посредством муфты 5 вращается генератор 6. При достижении n_н включают преобразователь 7 в инверторном режиме, постепенно увеличивая мощность по цепи 3-2-1-5-6-7-8 [6].

Это позволяет реализовать все режимы, предусмотренные протоколом испытаний при минимальной и симметричной загрузке питающей сети 13. Основная часть энергии испытуемого двигателя 1 по цепи 1-5-6-7-8-3-2 возвращается на его питание. Потребляемая энергия от сети 13 даже при большой мощности испытуемого двигателя 1 (1200-1600 кВт) является минимальной и составляет не более 5-7% от мощности, реализуемой двигателем. Так же важно, что сеть 13 при этом равномерно загружается по всем фазам.

Эффективность данного предложения определяется:

минимальным потреблением электроэнергии из стационарной сети;

возможностью реализации всех режимов, предусмотренных регламентом испытаний двигателя АТЭД 1;

исполнением стенда на базе типовых блоков электровозов, например ВЛ80Р, ВЛ85, ЭП10, включая трансформатор 4, реактор СР, ВИЛ 7.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ,

использованные при описании полезной модели

1. Авторское свидетельство СССР 135242 A1. Р.И.Аликин и др. БИ 4, 1994

2. Патент РФ 2071608. И.И.Талья и др. БИ 1, 1997

3. Жерве Г.Г. Испытания электрических машин. М. - Л., Энергоиздат, 1975

4. Фираго А.В. Циклоконверторы. М., Энергоиздат, 1981

5. Костенко М.П. Электрические машины. Т.1 Изд-во «Высшая школа», 1985

6. Капустин Л.Д. и др. Надежность и эффективность электровозов ВЛ80Р в эксплуатации., Транспорт, 1968, с.103, рис.97

Стенд для испытаний асинхронного тягового электродвигателя, содержащий находящийся с ним на одном валу нагрузочный генератор постоянного тока с независимым возбуждением, регулируемый источник для питания обмотки возбуждения этого генератора и источник для питания испытуемого асинхронного тягового электродвигателя, причем оба указанных источника соединены своими входами с трехфазной питающей сетью 3×380 В 50 Гц, отличающийся тем, что в составе стенда дополнительно предусмотрен типовой электровозный трансформатор однофазного переменного тока, обмотка собственных нужд которого посредством непосредственного трехфазно-однофазного преобразователя частоты и трехфазного трансформатора подключена к трехфазной питающей сети 3×380 В 50 Гц, низковольтная вторичная обмотка трансформатора посредством выпрямителя соединена с входными клеммами обмотки возбуждения нагрузочного генератора, первая высоковольтная вторичная обмотка трансформатора посредством двухзвенного регулируемого по напряжению и частоте преобразователя, состоящего из однофазного выпрямителя и трехфазного автономного инвертора, соединена входными клеммами испытуемого асинхронного тягового электродвигателя, а вторая высоковольтная вторичная обмотка трансформатора посредством выпрямительно-инверторного преобразователя со сглаживающим реактором подключена к выводам якорной обмотки нагрузочного генератора.