УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ ПОД НАГРУЗКОЙ Российский патент 1994 года по МПК G01R31/34 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при испытаниях электрических машин постоянного тока с независимым возбуждением под нагрузкой.

Известно устройство для испытания электрических машин постоянного тока при нагружении по методу взаимной нагрузки, содержащее управляемый источник питания с блоком управления, регуляторы возбуждения этих машин, два источника задающего напряжения возбуждения, при этом управляемый источник питания предназначен для последовательного включения в цепь якорей испытываемых машин. Устройство снабжено функциональным преобразователем сигнала блока управления в управляющий сигнал регулятора возбуждения с одним входом и двумя выходами и двухпозиционным переключателем с двумя парами клемм, причем вход функционального преобразователя соединен с выходом блока управления, а входы регуляторов возбуждения соединены с выходами переключателя, на первую пару клемм которого подключен первый выход преобразователя и источник напряжения возбуждения второй машины, а на вторую пару клемм - второй выход преобразователя и источник задающего напряжения первой машины.

Известно устройство для испытания электрических машин постоянного тока с независимым возбуждением под нагрузкой, содержащее элементы для крепления двух электрических машин постоянного тока, вал для соединения якорей испытуемых электрических машин между собой и с якорем приводного двигателя, на валу которого установлен измеритель частоты вращения, клеммы для подключения якорных обмоток испытуемых электрических машин, балластный резистор, первый, второй и третий измерители тока, первый и второй измерители напряжения, первые выводы каждого из которых соединены с первой клеммой для подключения якорной обмотки соответствующей испытуемой электрической машины, и соответственно с первым и вторым выводами контактора, клеммы для подключения обмоток возбуждения испытуемых электрических машин, источник постоянного напряжения, регуляторы возбуждения испытуемых электрических машин, выход каждого из которых соединен электрически с клеммой для подключения обмотки возбуждения соответствующей электрической машины, датчики тока, бесконтактные ключевые элементы, компаратор, операционные суммирующие усилители, элемент управляемого токоограничения и блок деления напряжения, при этом входы регуляторов возбуждения испытуемых электрических машин, работающих в режиме генератора и работающих в режиме двигателя, соединены с выходами соответственно первого и второго операционных суммирующих усилителей, первый выход балластного резистора соединен через первый измеритель тока с второй клеммой для подключения якорной обмотки испытуемой электрической машины, работающей в режиме генетатора, второй вывод балластного резистора соединен с второй клеммой для подключения якорной обмотки испытуемой электрической машины, работающей в режиме двигателя, средний вывод балластного резистора соединен через первый датчик тока с информационным входом первого ключевого элемента и с инверсным входом первого операционного суммирующего усилителя, первый прямой вход которого соединен с информационным входом второго ключевого элемента и первым выходом блока деления напряжения, второй выход которого соединен с первым прямым входом второго операционного суммирующего усилителя, второй прямой вход и инверсный вход которого соединены с выходами соответственно первого и второго ключевых элементов, управляющие входы которых соединены с выходом компаратора, первый вход которого через второй датчик тока соединен с клеммой для подключения обмотки возбуждения испытуемой электрической машины, работающей в режиме генератора, которая соединена через второй измеритель тока с выходом соответствующего регулятора возбуждения испытуемой электрической машины, третий выход блока деления напряжения соединен с вторым входом компаратора, а клемма для подключения обмотки возбуждения испытуемой электрической машины, работающей в режиме двигателя, соединена с выходом соответствующего регулятора возбуждения испытуемой электрической машины через третий измеритель тока, причем второй прямой вход первого операционного суммирующего усилителя через элемент управляемого токоограничения соединен с выходом компаратора, а выходы блока деления напряжения соединены с выходами источника постоянного напряжения.

Недостатком данного устройства является ограниченность области его применения, связанная с тем, что устройство достаточно надежно работает только в том случае, когда мощности испытуемых электрических машин приблизительно равны между собой. Если же мощность одной из испытуемых электрических машин значительно превосходит мощность другой, то, как правило, не удается осуществить и поддержать заданный режим нагрузки. Этот недостаток особенно важен при необходимости испытания электрической машины большой мощности на нагревание.

Целью изобретения является расширение области его применения за счет того, что в том случае, когда не представляется возможным провести испытание электрической машины на нагревание в режиме нормальной нагрузки, испытание проводится при нескольких значениях тока нагрузки, меньших номинального, а повышения температуры, полученные в результате испытаний, экстраполируются на квадрат номинального тока. При этом количество (n) точек отсчета превышения температуры в зависимости от значений тока нагрузки выбирается в зависимости от требований к точности результатов испытаний.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для испытания двух электрических машин постоянного тока; на фиг.2 - функциональная схема блока управления возбуждением двигателя; на фиг.3 - функциональная схема блока управления возбуждением генератора; на фиг.4 - функциональная схема блока регистров; на фиг.5 - временная диаграмма сигналов программно-переключающего устройства; на фиг.6 - графики зависимости установившихся значений превышения температуры от квадрата тока якорной цепи, где iв2max* - управляющий сигнал, пропорциональный максимально допустимому току возбуждения генератора; iвдн* - управляющий сигнал, пропорциональный номинальному току возбуждения двигателя; iнагр.* - управляющий сигнал, пропорциональный заданному току якорной цепи; iусл.* - управляющий сигнал, пропорциональный очередному значению тока якорной цепи, при котором происходит испытание на нагревание; - время, предшествующее началу испытания на нагревание; t1 - промежуток времени, в течение которого происходит нагрев испытуемой электрической машины до температуры Т1 при значении тока якорной цепи; t2 - то же, для Т2, i1. th - то же, для Тп, in, tn+1 - импульс, необходимый для записи последнего значения превышения температуры в n-й регистр; i1, in - значения токов якорной цепи, при котором происходит испытание на нагревание; iном. - номинальный ток якорной цепи испытуемой электрической машины, работающей в режиме двигателя, Т1, Тn - значения превышений температуры, соответствующие токам якорной цепи i....in; Тном. - экстраполированное значение превышения температуры, соответствующее номинальному току якорной цепи.

Устройство содержит элементы для крепления двух электрических машин постоянного тока (не указаны), вал 1, приводной электродвигатель 2, измеритель 3 частоты вращения, клеммы 4 и 5 для подключения якорных обмоток испытуемых электрических машин, работающей в режиме двигателя 6 и работающей в режиме генератора 7, клеммы 8 для подключения обмотки возбуждения 9 электрической машины, работающей в режиме двигателя, клеммы 10 для подключения обмотки возбуждения 11 электрической машины, работающей в режиме генератора, балластный резистор 12, первый 13 и второй 14 измерители напряжения, первый 15, второй 16 и третий 17 измерители тока, контактор 18, регуляторы 19, 20 возбуждения испытуемых электрических машин, работающей в режиме генератора и работающей в режиме двигателя, операционные суммирующие усилители 21, 22, датчики 23 и 24 тока, бесконтактные ключевые элементы 25, 26, компараторы 27, элемент 28 управляемого токоограничения, источник 29 постоянного напряжения, блок 30 деления напряжения, пусковой элемент "НАГРУЗКА 1" 33, пусковой элемент "НАГРУЗКА 2" 34, программно-переключающее устройство 35, коммутатора 36 уставок, коммутатор 35, элемент ИЛИ-НЕ 38, элемент ИЛИ 39, элементы И 40 и 41, бесконтактный элемент 43, интегрозапоминающее устройство 43, датчик 44 температуры испытуемой электрической машины, работающей в режиме двигателя, датчик 45 температуры окружающей среды, аналого-цифровой преобразователь 47, операционный суммирующий усилитель 46, регистры 48.1. . .48.n и сигнальное табло 49, причем регулятор 19 возбуждения испытуемой электрической машины, работающей в режиме генератора, операционный суммирующий усилитель 21 и элемент 28 управляемого токоограничения образуют блок 31 управления возбуждением генератора, регулятор 20 возбуждения электрической машины, работающей в режиме двигателя, операционный суммирующий усилитель 22, бесконтактные ключевые элементы 25 и 26 образуют блок 32 управления возбуждением двигателя, регистры 48.1...48.n образуют блок 50 регистров.

Устройство работает следующим образом. Перед началом испытания при разомкнутом контакторе 18 на один из входов блока 32 управления возбуждением двигателя, на второй вход компаратора 27 и на вход ключевого элемента 42 подаются управляющие сигналы, пропорциональные соответственно номинальному току возбуждения двигателя, максимально допустимому току возбуждения генератора и заданному току якорной цепи. Кроме того, в случае, когда мощность Одной из испытуемых электрических машин значительно превышает мощность другой и не представляется возможности провести испытание на нагревание в режиме номинальной нагрузки на соответствующие информационные входы коммутатора 36 уставок подаются сигналы, пропорциональные значениям тока якорной цепи, при которых будут производиться испытания.

Затем при помощи приводного электродвигателя 2 раскручиваются до требуемой скорости двигатель 6 и генератор 7, после чего нажатием пускового элемента "НАГРУЗКА 1" 33 или "НАГРУЗКА 2" 34 выдается соответствующий режим испытания. Пусковой элемент "НАГРУЗКА 1" 33 используется в том случае, когда мощности испытуемых электрических машин приблизительно равны, пусковой элемент "НАГРУЗКА 2" - когда мощность одной из испытуемых электрических машин значительно превосходит мощность другой. Так, при нажатии пускового элемента "НАГРУЗКА 1" 33 исчезают сигналы на выходах элементов ИЛИ-НЕ 38, ИЛИ 39, замыкается ключевой элемент 42 и на вход интегрозапоминающего устройства 43 поступает сигнал с соответствующего выхода блока 30 деления напряжения. Выходное напряжение интегрозапоминающего устройства 43 начинает изменяться в соответствии с уравнением
U_вых.= U, где t - текущее значение времени;
Т - постоянная интегрирования устройства.

Это напряжение поступает через суммирующий операционный усилитель 21 на вход регулятора 19 возбуждения. Уровень этого сигнала возрастает до тех пор, пока напряжение якоря генератора 7 не станет равным номинальному напряжению якоря двигателя 6. При достижении этого равенства замыкается контактор 18, после чего уровень управляющего сигнала, поданного на объединенные входы блоков 32 и 31 управления возбуждением соответственно двигателя и генератора увеличивается до тех пор, пока величина тока якорной цепи не достигнет требуемого значения. Если при этом величина тока возбуждения генератора 7, контролируемого при помощи датчика 24 тока, не достигает максимально допустимого значения, единичный сигнал на выходе компаратора 27 отсутствует, бесконтактные ключевые элементы 25 и 26 разомкнуты, на инверсный вход операционного суммирующего усилителя 21 с датчика тока 23 подается сигнал, пропорциональный току якорной цепи, что обеспечивает устойчивость тока якорной цепи при поддержании номинального тока возбуждения двигателя 6, то есть оптимальный режим данного вида испытаний. В случае же, если при максимально допустимом токе возбуждения генератора 7 величина тока якорной цепи не достигает требуемого значения, продолжает увеличиваться уровень управляющего сигнала, поданного на объединенные входы блоков 32 и 31 управления возбуждением соответственно двигателя и генератора.

При этом сигнал, поступающий с выхода датчика 24 тока возбуждения генератора на первый вход компаратора 27, станет равным управляющему сигналу, поданному на второй вход компаратора 27, на выходе которого появляется единичный сигнал, который поступает на управляющие входы бесконтактных ключевых элементов 25 и 26 и элемента 28 управляемого токоограничения, который ограничивает величину тока возбуждения генератора 7 на заданном уровне управляющего сигнала, поданного на объединенные входы блоков 32 и 31 управления возбуждением соответственно двигателя и генератора, который через замкнутый бесконтактный ключевой элемент 26 поступает на инверсный вход операционного суммирующего усилителя 22, вызывает уменьшение тока возбуждения двигателя 6 до тех пор, пока величина тока якорной цепи не достигнет требуемого значения. При этом через замкнутый бесконтактный ключевой элемент 25 на прямой вход операционного суммирующего усилителя 22 с датчика 23 тока подается сигнал, пропорциональный току якорной цепи, что обеспечивает устойчивость тока якорной цепи при уменьшении тока возбуждения двигателя 6.

В свою очередь при нажатии пускового элемента "НАГРУЗКА 2" 34 запускается программно-переключающее устройство 35 и на его выходах начинают формироваться сигналы в соответствии с фиг.5. Первый сигнал поступает на соответствующий управляющий вход коммутатора 36 уставок, который подключает соответствующий выход блока 30 деления напряжения к первому входу компаратора 37. Одновременно исчезают сигналы на выходах элементов ИЛИ-НЕ 38, ИЛИ 39, замыкается ключевой элемент 42 и на вход интегрозапоминающего устройства 43 поступает сигнал с соответствующего выхода блока 30 деления напряжения. Выходное напряжение интегрозапоминающего устройства 43 начинает изменяться в соответствии с указанным уравнением и поступает через суммирующий операционный усилитель 21 на вход регулятора 19 возбуждения. Уровень этого сигнала возрастет до тех пор, пока напряжение якоря генератора 7 не станет равным номинальному напряжению якоря двигателя 6. При достижении этого равенства замыкается контактор 18, после чего уровень управляющего сигнала, поданного на объединенные входы блоков 32 и 31 управления возбуждением двигателя и генератора увеличивается до тех пор, пока величина тока якорной цепи не достигнет значения, соответствующего сигналу уставки, присутствующему на первом входе компаратора 37, При этом на выходе компаратора 37 появляется сигнал, который через элемент ИЛИ 39 вызывает размыкание ключевого элемента 43. Соответственно напряжение на входе интегрозапоминающего устройства 43 становится равным нулю, а на его выходе - равным постоянной величине, соответствующей требуемому значению тока якорной цепи. Такое положение сохраняется до тех пор, пока присутствует сигнал на первом выходе программно-переключающего устройства 35, при этом происходит нагрев испытуемой электрической машины, работающей в режиме двигателя 6, до установившегося значения температуры Т1. Далее исчезает сигнал на первом выходе программно-переключающего устройства 35 и появляется сигнал на его втором выходе. Этот сигнал поступает на соответствующий вход блока 50 регистров и дает разрешение на запись информации с группы выходов аналого-цифрового преобразователя 47 в регистр 48.1, причем эта информация соответствует значению разности сигналов Т1 датчика 44 температуры испытуемой электрической машины, работающей в режиме двигателя, и датчика 45 температуры окружающей среды, достигнутому при определенном значении тока якорной цепи. Одновременно сигнал с второго выхода программно-переключающего устройства 35 поступает на соответствующий управляющий вход коммутатора 36 уставок, который подключает соответствующий выход блока 30 деления напряжения к первому входу компаратора 37. Сигнал на выходе компаратора 37 исчезает, замыкается ключевой элемент 42 и на вход интегрозапоминающего устройства 43 поступает сигнал со следующего выхода блока 30 деления напряжения. Соответственно уровень управляющего сигнала, поданного на объединенные входы блоков 32 и 31 управления возбуждением двигателя и генератора увеличивается до тех пор, пока величина тока якорной цепи не достигнет значения, соответствующего сигналу уставки, присутствующей на первом входе компаратора 37. В результате этого сигнал на входе интегрозапоминающего устройства 43 опять становится равным нулю, а на его выходе - постоянной величине, соответствующей требуемому значению тока якорной цепи. Такое положение сохраняется до тех пор, пока присутствует сигнал на втором выходе программно-переключающего устройства 35, при этом происходит нагрев испытуемой электрической машины, работающей в режиме двигателя, до установившегося значения температуры Т2. Затем исчезает сигнал на второй выходе программно-переключающего устройства и появляется сигнал на третьем его выходе. Этот сигнал поступает на соответствующий вход блока 50 регистров и дает разрешение на запись информации с группы выходов аналого-цифрового преобразователя 47 в регистр 48.2.

Далее с появлением сигналов на следующих выходах программно-переключающего устройства 35 в соответствии с фиг.5 эти циклы нагрева с последующей записью информации в блок 50 регистров продолжаются до тех пор, пока ток возбуждения испытуемой электрической машины 7, работающей в режиме генератора, достигает максимального значения. Как только это происходит, появляется сигнал на выходе компаратора 27 и соответственно на выходе элемента И 41. Этот сигнал поступает на второй вход программно-переключающего устройства 35 и запрещает формирование последующих сигналов на его выходах. Одновременно сигнал поступает на сигнальное табло 49, свечение которого сигнализирует об окончании испытания на нагревание. После получения этого сигнала испытатель отключает силовую схему, считывает информацию о превышениях температуры из блока 50 регистров, строит график зависимости превышения температуры от квадрата тока якорной цепи и экстраполирует его на квадрат номинального тока испытуемой электрической машины, работающей в режиме двигателя. После окончания испытания отключается пусковой элемент "НАГРУЗКА-2" 34, в результате чего появляется сигнал на выходе элемента ИЛИ--НЕ 38. Этот сигнал поступает на соответствующий вход блока 50 регистров и стирает всю записанную в нем информацию, после чего устройство готово к дальнейшей работе.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает расширение области применения за счет того, что оно позволяет проводить испытания электрических машин как в режиме номинальной нагрузки (для случая, когда испытуемые электрические машины приблизительно равны по мощности), так и при нескольких значениях нагрузки, меньших номинальной с последующей экстраполяцией нагрузки (для случая, когда одна из испытуемых электрических машин значительно превосходит по мощности другую).

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при испытаниях электрических машин постоянного тока с независимым возбуждением под нагрузкой. Изобретение позволяет расширить область применения устройства за счет того, что в том случае, когда не представляется возможным провести испытание электрической машины на нагревание в режиме номинальной нагрузки, испытание проводится при нескольких значениях тока нагрузки, меньших номинального, с последующей экстраполяцией результатов. Устройство содержит балластный резистор 12 и контактор 11, включенные в якорную цепь соединения испытуемых электрических машин, одна из которых работает в режиме двигателя (Д) 6, а другая - в режиме генератора (Г) 7, приводной двигатель 2, вал 1 для соединения последнего с Д 6 и Г 7. Устройство снабжено также блоками 31 и 32 управления возбуждением Д 6 и Г 7, элементами формирования управляющих сигналов обратной связи, логическими элементами, а также блоком регисторов. При нагружении Д 6 и Г 7 по методу взаимной нагрузки устройство автоматически формирует требуемые значения токов якорной цепи, вычисляет соответствующие им превышения температуры и записывает информацию в соответствующие регистры. 6 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ ПОД НАГРУЗКОЙ, содержащее элементы для крепления двух электрических машин постоянного тока, вал для соединения якорей испытуемых электрических машин между собой и с якорем приводного электродвигателя, на валу которого установлен измеритель частоты вращения, клеммы для подключения якорных обмоток испытуемых электрических машин, балластный резистор, первый, второй и третий измерители тока, первый и второй измерители напряжения, первые выводы каждого из которых соединены с первой клеммой для подключения якорной обмотки соответствующей испытуемой электрической машины и соответственно с первым и вторым вводами контактора, клеммы для подключения обмоток возбуждения испытуемых электрических машин, источник постоянного напряжения, регуляторы возбуждения испытуемых электрических машин, выход каждого из которых соединен электрически с клеммой для подключения обмотки возбуждения соответствующей электрической машины, датчики тока, ключевые элементы, первый компаратор, первый и второй операционные суммирующие усилители, элемент управляемого токоограничения и блок деления напряжения, причем входы регуляторов возбуждения испытуемых электрических машин, работающих в режиме генератора и в режиме двигателя, соединены с выходами соответственно первого и второго операционных суммирующих усилителей, первый вывод балластного резистора соединен через первый измеритель тока с второй клеммой для подключения якорной обмотки испытуемой электрической машины, работающей в режиме генератора, второй вывод балластного резистора соединен с второй клеммой для подключения якорной обмотки испытуемой электрической машины, работающей в режиме двигателя, а средний вывод балластного резистора соединен через первый датчик тока с информационным входом первого ключевого элемента, выполненного бесконтактным, и инверсным входом первого операционного суммирующего усилителя, первый прямой вход которого соединен с информационным входом второго ключевого элемента, выполненного бесконтактным, второй выход блока деления напряжения соединен с первым прямым входом второго операционного суммирующего усилителя, второй прямой и инверсный входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго ключевых элементов, управляющие входы которых соединены между собой, первый вход первого компаратора через второй датчик тока соединен с клеммой для подключения обмотки возбуждения испытуемой электрической машины, работающей в режиме генератора, которая соединена через второй измеритель тока с выходом соответствующего регулятора возбуждения испытуемой электрической машины, а клемма для подключения обмотки возбуждения испытуемой электрической машины, работающей в режиме двигателя, соединена с выходом соответствующего регулятора возбуждения через третий измеритель тока, второй прямой вход первого операционного суммирующего усилителя через элемент управляемого токоограничения соединен с управляющими входами первого и второго ключевых элементов, входы блока деления напряжения соединены с входами источника постоянного напряжения, третий выход блока деления напряжения - с вторым входом первого компаратора, вторые клеммы для подключения якорных обмоток испытуемых электрических машин, работающих соответственно в режиме генератора и двигателя, соединены с вторыми выводами первого и второго измерителей напряжения, отличающееся тем, что в него введено интегрозапоминающее устройство, второй компаратор, третий бесконтактный ключевой элемент, коммутатор уставок, программно-переключающее устройство, первый и второй элементы И, элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, пусковые элементы "Нагрузка 1" и "Нагрузка 2", датчик температуры испытуемой электрической машины, работающей в режиме двигателя, датчик температуры окружающей среды, третий операционный суммирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, блок индикации с n регистрами, блок деления напряжения выполнен с дополнительными выводами, причем датчик температуры испытуемой электрической машины, работающей в режиме двигателя , и датчик температуры окружающей среды соединены соответственно с прямым и инверсным входами третьего операционного усилителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, группа выходов которого соединена с объединенными первыми группами входов регистров, первый выход блока деления напряжения соединен с входом третьего ключевого элемента, выход которого соединен с входом интегрозапоминающего устройства, выход которого соединен с информационным входом второго ключевого элемента и с первым прямым входом первого операционного суммирующего усилителя, пусковой элемент "Нагрузка 1" соединен с объединенными первыми входами элемента ИЛИ-НЕ и первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора и с первым входом второго элемента И, а выход - с объединенными управляющими входами первого и второго ключевых элементов, пусковой элемент "Нагрузка 2" соединен с объединенными вторыми входами элемента ИЛИ-НЕ и второго элемента И и с первым входом программно-переключающего устройства, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, с первым входом элемента ИЛИ и с блоком индикации, второй и третий входы элемента ИЛИ соединены соответственно с выходом второго компаратора и с выходом элемента ИЛИ-НЕ, дополнительные n выходов блока деления напряжения соединены с соответствующими информационными входами коммутатора уставок, управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами программно-переключающего устройства, выходы с второго по (n + 1)-й которого соединены с соответствующими вторыми входами регистров, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с объединенными третьими входами регистров, выход первого датчика тока - с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с выходом коммутатора уставок.