ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН Российский патент 2006 года по МПК G01R31/34 

Изобретение относится к устройствам для исследования параметров электрических машин, в том числе генераторов, и может быть использовано при лабораторных и производственных испытаниях синхронных и асинхронных электрических машин.

Исследование электрических машин в генераторном режиме предусматривает создание внешней нагрузки при постоянной частоте вращения вала. Для этих целей используются различные технические и схемные решения.

Известные схемы для исследования и испытания электрических машин имеют ряд существенных недостатков, заключающихся в том, что при исследовании необходимо вручную оператору по показаниям приборов поддерживать, например, заданную частоту вращения вала.

Схемы автоматического регулирования и управления часто не удовлетворяют требованиям по стабильности, качественным и стоимостным показателям (Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А.Елисеева и А.В.Шинянского. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.241-260).

Известен стенд для испытания автотракторных генераторов (см. а.с. СССР №1095116, G 01 R 31/34, от 30.05.84 г., Бюл. №20). Он предназначен для проведения испытаний автотракторных генераторов, в частности для снятия токоскоростных характеристик.

Недостатком данного устройства является невозможность обеспечить необходимые требования по синхронизации частоты вращения в статических и динамических режимах.

Наиболее близким по техническому решению является электрифицированный стенд для исследования асинхронных и синхронных генераторов (патент RU №2136013, G 01 R 31/34 от 27.08.99. Бюл. №24), содержащий источник питания, блок силовой с тиристорами, приводной двигатель, исследуемую электрическую машину с датчиком скорости, блок управления, переключатель режима синхронизации и задатчик скорости.

Недостатком данного устройства является то обстоятельство, что при развозбуждении генератора или коротких замыканиях электрифицированный стенд теряет управляемость.

Техническим решением поставленной задачи является стабилизация частоты вращения исследуемой электрической машины в любых аномальных режимах работы.

Поставленная задача достигается тем, что электрифицированный стенд для исследования электрических машин, содержащий источник питания, блок силовой с тиристорами, приводной двигатель, исследуемую электрическую машину с датчиком скорости, прибор контроля скорости, блок управления, переключатель режима синхронизации, в качестве датчика частоты вращения используют синхронный тахогенератор, например, типа генератора опорного напряженя, причем приводной двигатель механически связан с исследуемой электрической машиной и синхронным тахогенератором, при этом тиристоры силового блока соединены в трехфазную схему выпрямления, вход которой соединен с сетью, а выход "плюс" и "минус" - с якорем приводного двигателя, переключатель режима синхронизации выходными контактами соединен с узлом синхронизации блока управления, а входными контактами с сетью и обмотками синхронного тахогенератора, а выход датчика скорости соединен со входом аналого-цифрового преобразователя блока управления, сигналы управления последнего поступают на управляющие электроды тиристоров силового блока.

Новизна заявленного технического решения обусловлена введением в качестве датчика частоты вращения исследуемой электрической машины синхронного тахогенератора, например, типа ГОН (генератора опорных напряжений), соединенного с узлом синхронизации посредством переключателя режима синхронизации.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявленная совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо. Электрифицированный стенд для исследования электрических машин апробирован в лабораторных и производственных условиях.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема принципиальная электрифицированного стенда; а на фиг.2 - графики, поясняющие работу схемы.

Электрифицированный стенд (фиг.1) содержит трехфазный источник питания А, В, С - 1, блок силовой 2 с тиристорами 3, приводной двигатель постоянного тока 4, токоограничивающие дроссели 5, исследуемую электрическую машину 6 с датчиком частоты вращения 7, прибор контроля скорости 8, блок управления 9 с узлом синхронизации 10 и аналого-цифровым преобразователем 11, переключатель режима синхронизации 12, задатчик частоты вращения 13.

Тиристоры с одной стороны соединены с трехфазной сетью 1 - А, В, С, с другой стороны через токоограничивающие дроссели 5 с якорем приводного двигателя постоянного тока (ДПТ) 4. Вал приводного ДПТ 4 через эластичную муфту 14 соединен с валом исследуемой электрической машины 6 и датчиком частоты вращения 7. Один выход 13" и 14" датчика частоты вращения 7 соединен с прибором контроля скорости 8, а другой выход 13' и 14' со входом аналого-цифрового преобразователя 11 блока управления 9. Сигналы управления от блока управления 9 через проводники 1' - 12' поступают на управляющие электроды тиристоров 3. Вход A1, B1, C1 узла синхронизации 10 блока управления 9 через переключатель режима синхронизации 12 соединен с сетью 1 - А, В, С и с выходом 13" и 14" датчика частоты вращения 7.

Электрифицированный стенд для исследования электрических машин работает следующим образом. На каждую фазу тиристоров 3 силового блока 2 и на блок управления 9 через проводники 4'-6' подается напряжение сети А, В, С 1 (кривая "а", фиг.2, левая часть графиков). Такой же сигнал "б" поступает на узел синхронизации 10 через переключатель режима синхронизации 12 А1, B1, C1. Узел синхронизации 10 при переходе синусоиды через "ноль" формирует прямоугольные "в" и "г", и после их суммирования получаются синхроимпульсы "д" с частотой 100 Гц при переходе синусоидального сигнала "а" через "ноль". Аналого-цифровой преобразователь 11 (АЦП) блока управления 9 преобразует аналоговый сигнал задатчика скорости 13 и сигнал обратной связи от датчика скорости 7 в прямоугольные импульсы определенной частоты "е". Причем чем больше сигналы на входе АЦП 11, тем выше частота на выходе АЦП. При определенном числе счетных импульсов, блок управления формирует сигнал "ж" и на управляющие входы тиристоров 3 подаются сигналы управления "з", последние открывают тиристоры 3, и в каждой фазе наблюдается выходной сигнал "и", т.е. реализуется фазоимпульсное управление тиристоров.

При увеличении нагрузки на исследуемой машине скорость двигателя 4 снижается, уменьшается сигнал обратной связи от датчика частоты вращения 7, автоматически изменяется угол открытия тиристоров 3 и напряжение на якоре ДПТ 4 возрастает, возрастает и вращающий момент, частота вращения стремится к заданному уровню. Но в этом случае вся система работает с определенным статизмом и частота тока исследуемого генератора 6 снижается.

Для абсолютно жесткой характеристики стенда задатчиком скорости 13 синхронизируется частота вращения исследуемой машины 6 с частотой сети 1 - А, В, С и переключатель режима синхронизации 12 переключаем (по часовой стрелке). С этого момента времени на узел синхронизации подается напряжение с датчика частоты вращения 7 и регулирование тиристоров 3 происходит в функции угла отставания напряжения датчика частоты вращения 7 (сигнал 13", 14") от напряжения сети 1 - А, В, С (правая часть диаграммы "б" на фиг.2). Увеличивая нагрузку на исследуемой машине 6, увеличиваем момент сопротивления на валу ДПТ 4, последний затормаживается, и угол между кривой "а" и "б" напряжения сети 1 - А, В, С и датчика частоты вращения 7, 13", 14" увеличивается, автоматически увеличивается угол открытия тиристоров 3 (кривая "и", фиг.2), напряжение на двигателе 4 возрастает пропорционально фазе отставания и стенд работает с синхронной скоростью, т.к. электромеханическая постоянная ДПТ 4 на 2-3 порядка выше быстродействия регулятора, поэтому стенд работает устойчиво даже при подключении к исследуемой машине 6 соизмеримой нагрузки.

Изобретение относится к технике испытания электрических машин для исследования их статических и динамических характеристик. Технический результат - расширение диапазона режимов стабилизации частоты вращения электрических машин. Для достижения данного результата в качестве датчика частоты вращения использован синхронный тахогенератор. Причем приводной двигатель механически связан с исследуемой электрической машиной и синхронным тахогенератором. Тиристоры силового блока соединены в трехфазную схему выпрямления, вход которой соединен с сетью, а выход "плюс" и "минус" - с якорем приводного двигателя, переключатель режима синхронизации выходными контактами соединен с узлом синхронизации блока управления. 2 ил.

Электрифицированный стенд для исследования электрических машин, содержащий источник питания, блок силовой с тиристорами, приводной двигатель, исследуемую электрическую машину с датчиком частоты вращения, прибор контроля частоты вращения, блок управления, переключатель режима синхронизации, отличающийся тем, что в качестве датчика частоты вращения использован синхронный тахогенератор, например генератор опорных напряжений, причем приводной двигатель механически связан с исследуемой электрической машиной и синхронным тахогенератором, тиристоры силового блока соединены в трехфазную схему выпрямления, вход которой соединен с сетью, а выход "плюс" и "минус" - с якорем приводного двигателя, переключатель режима синхронизации выходными контактами соединен с узлом синхронизации блока управления, а входными контактами с сетью и вторым выходом датчика частоты вращения тахогенератора, первый выход датчика частоты вращения соединен со входом аналого-цифрового преобразователя блока управления, сигналы управления которого поступают на управляющие электроды тиристоров силового блока.