Стенд для испытаний асинхронного тягового электродвигателя

Полезная модель относится к методам и техническим средствам для проведения стендовых испытаний асинхронных тяговых электродвигателей мощностью до 2000 квт, на электровозостроительных и электровозоремонтных заводах. Сущность полезной модели состоит в том, что в стенде для испытаний асинхронного тягового электродвигателя, содержащем находящиеся на его валу первый и второй нагрузочные генераторы постоянного тока с обмотками независимого возбуждения и с регулируемыми источниками для электропитания этих обмоток, а также источник для электропитания испытуемого асинхронного тягового электродвигателя, причем все вышеуказанные источники электропитания подключены своими входами к трехфазной питающей сети 3×380 В 50 Гц, а источник для электропитания испытуемого асинхронного тягового электродвигателя выполнен как последовательно соединенные управляемый выпрямитель и автономный инвертор напряжения, предусмотрено, что первый нагрузочный генератор подключен последовательно в цепь соединения управляемого выпрямителя и автономного инвертора напряжения, а второй нагрузочный генератор включен параллельно в цепь соединения управляемого выпрямителя и автономного инвертора напряжения.

Данное предложение по полезной модели относится к мощным электрическим машинам, а точнее к стендам для испытаний асинхронных тяговых электродвигателей с полной имитацией всего диапазона имитации и изменения их нагрузок путем регулирования частоты и напряжения во всем диапазоне электропитания статорной обмотки.

Известен стенд для испытаний асинхронного тягового электродвигателя, содержащий штатный, т.е. входящий в состав стенда нагрузочный генератор постоянного тока, вал которого посредством муфты соединен с валом испытуемого двигателя, а якорная обмотка нагрузочного генератора нагружена на дополнительный 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 асинхронного двигателя.

Этот недостаток частично устранен в устройстве [2], которое содержит находящийся на одном валу с испытуемом асинхронным электродвигателем нагрузочный генератор постоянного тока с независимым возбуждением, регулируемый источник электроэнергии постоянного тока для питания обмотки независимого возбуждения указанного нагрузочного генератора и источник трехфазного переменного тока для питания статорной обмотки испытуемого асинхронного тягового электродвигателя, причем оба указанных источника соединены своими входами со стационарной трехфазной питающей сетью 3×380 В 50 Гц [2].

Недостатки этого устройства состоят в сложности задания всех испытательных режимов и в неэкономичности стенда в смысле слишком большого потребления электроэнергии из стационарной питающей сети 3×380 В 50 Гц, что достаточно подробно рассмотрено в [3, 4].

Эти недостатки частично устранены в стенде для испытаний асинхронного тягового электродвигателя [5], который может быть принят в качестве прототипа.

Прототип предложенного стенда для испытаний асинхронного тягового электродвигателя содержит находящиеся на его валу первый и второй нагрузочные генераторы постоянного тока с обмотками независимого возбуждения и с регулируемыми источниками для электропитания этих обмоток, а также источник для электропитания испытуемого асинхронного тягового электродвигателя, причем все вышеуказанные источники электропитания подключены своими входами к трехфазной питающей сети 3×380 В 50 Гц, а источник для электропитания испытуемого асинхронного тягового электродвигателя выполнен как последовательно соединенные управляемый выпрямитель и автономный инвертор напряжения.

Недостаток прототипа состоит в сложности испытательного стенда из-за необходимости использования специального оборудования (трансформатор и непосредственный преобразователь частоты).

Техническое решение по данной полезной модели состоит в исключении указанного недостатка, а именно в упрощении стенда и соответственно в сокращении затрат электроэнергии при длительных заводских испытаниях асинхронных тяговых электродвигателей, например двигателей НБА-1200 мощностью 1200 кВт производства Новочеркасского электровозостроительного завода (НЭВЗ).

Указанное выше техническое решение достигается за счет того, что выводы якорной обмотки первого нагрузочного генератора подключены последовательно в цепь соединения управляемого выпрямителя и автономного инвертора напряжения, а якорная обмотка второго нагрузочного генератора подключена параллельно в цепь соединения управляемого выпрямителя и автономного инвертора напряжения.

Конкретно данная полезная модель поясняется ниже на примере испытательного стенда, предназначенного для электромашиностроительных и электровозоремонтных заводов (фиг.1).

Испытуемый асинхронный электродвигатель 1 имеет два выхода вала 2 и 3, которые посредством самоцентрирующихся муфт соединены с валами штатных нагрузочных генераторов постоянного тока 4 и 5. Эти генераторы имеют соответственно якорные обмотки 6 и 7, а также обмотки независимого возбуждения 8 и 9.

Каждая из последних подключена к стационарной сети 10 (3×380 В 50 Гц) на предприятии, осуществляющем стендовые испытания. Эти подключения реализованы соответственно посредством понизительных трансформаторов 11 и 12, а также управляемых выпрямителей 13 и 14.

Статорная обмотка испытуемого асинхронного тягового электродвигателя 1 подключена к той же сети 10 посредством двухзвенного преобразователя, состоящего из выходного звена 15 (автономный инвертор напряжения АИН) и входного звена 16 (управляемый выпрямитель УВ). В цепь якорных обмоток генераторов 4 и 5 включены диоды 17 и 18.

Использование двух однотипных нагрузочных генераторов 4 и 5 необходимо потому, что мощность испытуемого двигателя 1 составляет 1200-1500 кВт, а нагрузочные генераторы - это стандартные коллекторные тяговые электродвигатели мощностью не более 800 кВт.

Предложенный стенд работает следующим образом. При наличии напряжения в сети 10 при помощи УВ 16 и АИН 15 осуществляют включение двигателя 1 и по принципу частотного регулирования разгоняют его до нужной скорости на холостом ходу (вместе с генераторами 4 и 5).

После этого постепенно дают ток в обмотки возбуждения 8 и 9 этих генераторов соответственно от 11, 13 и 12, 14, увеличивая ЭДС их якорных обмоток 6 и 7. При этом обмотка 6 включена последовательно с УВ 16; их напряжения складываются, так что на вход АИН поступает суммарное напряжение

U₁₅=U₁₆ +U₆,

причем благодаря этому уменьшается установленная мощность УВ 16 по напряжению.

Аналогичным образом обмотка 7, подключенная параллельно входам АИН 15, обеспечивает суммирование токов

I₁₅=I₁₆ +I₇,

причем это происходит только при условии, если U₇>U₁₅.

Таким образом, по аналогии с известной классической схемой взаимной нагрузки [4], генератор 4 выполняет функцию вольтодобавочной машины (ВДМ), а генератор 5 - функцию линейного генератора (ЛГ).

Регулируя выходное напряжение УВ 16 (максимум 515 В при мостовой схеме выпрямления 16), можно поднять напряжение на входе АИН 15 до значения, необходимого для испытаний двигателя 1 (для двигателя НБА-1200 это 1500 В).

Регулируя независимо генераторы 4 и 7, можно обеспечить испытательный режим с плавным регулированием напряжения и тока испытуемого двигателя 1.

В зависимости от режима испытаний регулируется инвертором 15 частота электропитания двигателя 1 - примерно пропорционально требуемой частоте его вращения.

Эффективность данного предложения по полезной модели заключается в существенном упрощении испытательного стенда, в снижении непроизводительных энергозатрат, в расширении функциональных возможностей регулирования испытательных режимов при независимом и планом изменении напряжения U₁, тока I₁ и частоты вращения n₁ .

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ,

использованные при описании полезной модели

1. Авторское свидетельство СССР 135242 А1. 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. Костенко М.П. Электрические машины. Т.1 Изд-во "Высшая школа", 1985.

5. Патент РФ RU 85674 U1 (Козлов Л.Г. и др., 2010 г.).

Стенд для испытаний асинхронного тягового электродвигателя, содержащий находящиеся на его валу первый и второй нагрузочные генераторы постоянного тока с обмотками независимого возбуждения и с регулируемыми источниками для электропитания этих обмоток, а также источник для электропитания испытуемого асинхронного тягового электродвигателя, причем все вышеуказанные источники электропитания подключены своими входами к трехфазной питающей сети 3×380 В 50 Гц, а источник для электропитания испытуемого асинхронного тягового электродвигателя выполнен как последовательно соединенные управляемый выпрямитель и автономный инвертор напряжения, отличающийся тем, что первый нагрузочный генератор подключен последовательно в цепь соединения управляемого выпрямителя и автономного инвертора напряжения, а второй нагрузочный генератор включен параллельно в цепь соединения управляемого выпрямителя и автономного инвертора напряжения.