ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 2007 года по МПК G01R31/34 

Испытательная станция тяговых электродвигателей относится к эксплуатации метрополитена и используется для ремонта, испытания и технического обслуживания тяговых и вспомогательных электрических машин мотор-вагонного подвижного состава.

Установленное на вагонах метрополитена тяговое оборудование - четыре тяговых электродвигателя, тиристорный регулятор с блоком управления и датчиком тока служат для:

- преобразования электрической энергии тяговых двигателей в механическую, предназначенную для привода в движение колесных пар вагонов (в режиме тяги);

- для использования тяговых двигателей для торможения поезда, переводя их в генераторный режим (тормозной режим тяговых двигателей);

- тиристорный регулятор - для импульсного регулирования поля (среднего значения тока возбуждения) в генераторном режиме и тиристорной защиты при превышении тока более 900-940 А в цепи тормозного резистора.

Четыре тяговых электродвигателя постоянного тока в силовой схеме электрической цепи вагона соединены постоянно попарно последовательно.

Известна испытательная станция тяговых электродвигателей, содержащая оборудованный стенд для испытаний электродвигателей по методу взаимной нагрузки (Ершов А.В. Правила технического обслуживания и ремонта тяговых и вспомогательных электродвигателей постоянного тока мотор-вагонного подвижного состава метрополитена. ТЗ 25103 00078 от 10.06.2003. Стр.38. Приложение 1).

Станция содержит двигатели, испытуемые попарно: один - двигателем, другой - генератором. Допускается испытывать двигатели в схеме, когда обмотки последовательного возбуждения не соединяются непосредственно с якорной цепью (обмотками якоря и добавочных полюсов). В этом случае напряжение на двигателе должно определяться как сумма напряжений, измеренных на выводах обмотки якоря и обмотки возбуждения стендом для испытаний на холостом ходу и проверки уровня вибрации.

Выводные провода испытываемых двигателей должны подключаться к электрическим цепям стендов через специальные панели с зажимами.

Но данное устройство не позволяет проводить испытания тяговых двигателей в соответствии с требованиями ГОСТ 2582-8Е, определять надежность и снимать рабочие характеристики испытуемого тягового двигателя.

Наиболее близким техническим решением является «Испытательная станция для испытания тяговых электродвигателей типа ДК-117ДМ вагонов метрополитена» (Ю.В.Рамаев. Техническое описание и инструкции по эксплуатации, ПВЮЛ 300690 001 ТО, Горький 1990 г. Приложение 2).

Станция содержит тиристорный выпрямитель ТПЕ 200/200-460, выполняющий функции линейного генератора ЛГ и питающийся через рубильник от сети 380 В трехфазного переменного тока, тиристорного выпрямителя ТПЕ 400/400-460, выполняющего функции вольтодобавочной машины (ВДМ), и питается трехфазным напряжением 40 В от понижающего трансформатора типа ТСЗ-25, шкаф с коммутирующей аппаратурой, резисторами присоединительных колонок для выводов тяговых электродвигателей понижающего трансформатора мощностью 25 кВА, пульт управления с аппаратурой управления и приборами измерения.

Станция позволяет производить испытание электродвигателей по методу возвратной работы на холостом ходу на повышенную частоту вращения.

Принцип работы по данной схеме заключается в том, что механически соединенные два испытываемых двигателя электрически включают так, чтобы э.д.с. двигателя Г в генераторном режиме была направлена встречно э.д.с. двигателя Д. Обмотки возбуждения испытуемых машин Вг - генератора и Бд - двигателя включены в цепь двигателя Д и поэтому всегда э.д.с. генератора и двигателя между собой равны. При возбуждении вольтодобавочной машины ВДМ и отключенном линейном генераторе, когда напряжение Uлг отсутствует, по контуру потечет ток Iг=Uвдм/Σч.

Испытываемые двигатели Г и Д при этом будут неподвижны, так как их вращающие моменты равны и противоположны друг другу. После включения линейного генератора ЛГ и подачи напряжения Uлг на двигатель Д его якорь начнет вращаться и вращать, соединенный с ним механически второй двигатель Г, используемый в качестве генератора. По контуру пойдет ток I лг. По цепи двигателя Д потечет суммарный ток Iд=Iг+Iлг, то есть это нереальный ток, который потечет по цепи двигателя при преодолении им момента сопротивления на его валу. Следовательно, нет чистоты испытаний и полученные результаты недостоверны.

Поэтому установить зависимость n, M, I и η=f(P) при U=Uн const, т.е. снять рабочие характеристики тягового двигателя по методу возвратной работы, невозможно.

Задачей предлагаемого технического решения является создание испытательной станции, позволяющей проводить испытания устанавливаемых на вагонах метрополитена тяговых электродвигателей как в тяговом (моторном), так и в генераторном (тормозном) режиме, т.е. в условиях, приближенных к работе тяговых двигателей в эксплуатации.

Поставленная задача решается за счет того, что испытательная станция тяговых электродвигателей содержит понижающий трансформатор, полупроводниковый выпрямитель на 75 В, полупроводниковый выпрямитель на 540 В, полупроводниковый выпрямитель на 240 В, переключатель направления вращения якоря тягового двигателя, программное устройство, переходник для подключения кабелей тяговых двигателей, два однотипных двигателя, датчик тока якоря, блок управления, тиристорные регуляторы тока возбуждения, реле защиты, кабели, при этом к силовой трехфазной цепи подключены входы трех выпрямительных установок: через понижающий трансформатор - выпрямительная установка 2 с выпрямителем напряжения на 75 В, выпрямительная установка на 540 В и выпрямительная установка на 240 В; выходы их подключены к общей шине, соединенной с входом переключателя направления вращения якоря тягового двигателя, выход которого соединен с входом программного силового устройства, к выходу которого подключены через кабели силовой цепи переходник и выводные кабели - тяговые двигатели с подсоединенными к ним тиристорными регуляторами тока и через кабель блока резисторов с надетым на него датчиком тока якоря подключен дополнительный блок резисторов с регулируемым сопротивлением, выполняющий функцию внешней нагрузки; выход датчика тока через блок управления соединен с тиристорными регуляторами, к выходу одного из них подключено реле защиты.

Подключение к силовой трехфазной цепи входов трех выпрямительных установок на разные напряжения, выходы которых подключены к общей шине, соединенной с входом переключателя направления вращения якоря тягового двигателя, выход которого соединен с входом программного силового устройства, позволяет при единожды подключенных к нему через переходник кабелях тяговых двигателей дистанционно переводить двигатели из моторного (тягового) режима в генераторный (тормозной) режим и обратно.

Подключение к выходу программного силового устройства через кабель блока резисторов с надетым на него датчиком тока якоря дополнительного блока резисторов с регулируемым сопротивлением, выполняющего функцию внешней нагрузки, позволяет двигателю, работающему в генераторном режиме, создавать токи, превышающие токи уставки блока управления. Это приводит к выработке датчиком тока сигнала на блок управления, который в свою очередь выдает сигнал на тиристорный регулятор, который снижает повышенный ток до уровня тока уставки.

Испытательная станция позволяет создавать аварийные токи для срабатывания реле защиты.

Совокупность признаков нова и приводит к техническому результату, заключающемуся в том, что на предлагаемой испытательной станции тяговые двигатели испытываются по методу работы на внешнюю активную нагрузку в виде блока резисторов с регулируемым сопротивлением. Такая станция позволяет производить испытания тяговых двигателей в полном соответствии с требованиями, изложенными в ГОСТ 2582-8Е, ремонт и техническое обслуживание тяговых электрических машин мотор-вагонного подвижного состава метрополитенов, определять надежность и снимать рабочие характеристики для подбора по ним комплекта тяговых двигателей для вагона.

Устройство испытательной станции тяговых электродвигателей поясняется чертежом, где изображена блок-схема: понижающий трансформатор 1, полупроводниковый выпрямитель 2 на 75 В, полупроводниковый выпрямитель 3 на 540 В, полупроводниковый выпрямитель 4 на 240 В, переключатель 5 направления вращения якоря тягового двигателя, программное силовое устройство 6, переходник 7 для подключения кабелей тяговых двигателей, два однотипных двигателя 8 и 9, датчик 10 тока якоря, блок резисторов 11 с регулируемым сопротивлением, блок управления 12, тиристорные регуляторы 13 и 14 тока возбуждения, реле защиты 15, выводные кабели тяговых двигателей 16, кабель блока резисторов 17, жесткая связь 18 валов двигателей, кабели силовой цепи 19.

Испытательная станция тяговых электродвигателей выполнена следующим образом. К силовой трехфазной цепи подключены входы трех выпрямительных установок: через понижающий трансформатор 1 выпрямительная установка 2 с выпрямителем напряжения на входе 75 В, выпрямительная установка 3 на 540 В и выпрямительная установка 4 на 240 В. Выходы их подключены к общей плюсовой шине, соединенной с входом переключателя 5 направления вращения якоря тягового двигателя, выход которого соединен со входом программного силового устройства 6.

К выходу программного силового устройства 6 подключены через кабели силовой цепи 19 переходник 7 и выводные кабели 16, тяговые двигатели 8 и 9 с подсоединенными к ним тиристорными регуляторами тока 13 и 14 и через кабель 17 блока резисторов с надетым на него датчиком тока 10 якоря блок резисторов 11 с регулируемым сопротивлением.

Выход датчика тока 10 через блок управления 12 соединен с тиристорными регуляторами 14 и 13, к выходу последнего подключено реле защиты 15.

На чертеже изображена блок-схема, где понижающий трансформатор 1, полупроводниковый выпрямитель 2 на 75 В, выполняющий функцию разгонного блока и испытания тяговых двигателей в режиме холостого хода, полупроводниковый выпрямитель 3 на 540 В, выполняющий функцию источника напряжения, соответствующего напряжению на коллекторе тягового двигателя при работе его в тормозном режиме, при наиболее вероятной скорости начала торможения 60-70 км/час, полупроводниковый выпрямитель 4 на 240 В, выполняющий функцию источника тока для получения токов активной нагрузки, соответствующих токам торможения, поддерживаемых тиристорным регулятором по току уставки блока управления и тока аварийного режима для срабатывания реле защиты 15. Переключатель направления вращения якоря тягового двигателя 5, выполняющий функцию реверсора; программное силовое устройство 6 с подключенными к нему единожды кабелями 19 и кабелем 17 позволяет автоматически включать тяговый двигатель, предназначенный к испытанию в моторном режиме через кабель 16 и 19, переходник 7 к выпрямительной установке, а двигатель, предназначенный к работе в генераторном режиме - через кабель 16, 19 и 17 к блоку резисторов 11 с регулируемым сопротивлением.

Испытанию подвергаются два однотипных двигателя 8 и 9. Датчик тока якоря 10 расположен на кабеле 17 и выполняет функцию подачи уровня сигнала в зависимости от тока якоря генератора на блок управления 12. Блок резисторов 11 с регулируемым сопротивлением выполняет функцию внешней нагрузки при электрическом торможении. Блок управления 12 выполняет функцию управления тиристорным регулятором, для поддержания тока нагрузки генератора по току уставки. Тиристорные регуляторы тока возбуждения 13 и 14, выполняющие функцию ослабления поля возбуждения генератора при превышении тока якоря выше тока уставки. Реле защиты 15 выполняет функцию тиристорной защиты электрической цепи при аварийных токах при торможении, когда ток якоря генератора превышает допустимые значения.

Испытательная станция тяговых электродвигателей работает по методу работы на внешнюю нагрузку (блок резисторов 11 с регулируемым сопротивлением), сущность которого заключается в том, что два однотипных двигателя 8 и 9 крепятся на общую платформу, валы их соединены механически посредством жесткой связи 18. При этом один из тяговых двигателей работает в режиме двигателя другой - в режиме генератора, который отдает мощность по кабелю 17 на блок резисторов 11.

Для подготовки к проведению испытания выводные кабели обоих тяговых двигателей подключают к переходнику 7, а тиристорные регуляторы 13 и 14, к тяговым двигателям 8 и 9.

Программный силовой переключатель 6 позволяет при единожды подключенных к нему через переходник 7 кабелях тяговых двигателей 8 и 9 дистанционно переводить их (туда и обратно) из моторного (тягового) режима в генераторный (тормозной) режим с автоматическим подключением к нему через кабель 17 на блок резисторов 11 с регулированием сопротивлением.

Блок управления 12 подключается к тиристорным регуляторам 13 и 14. Датчик тока якоря 10 устанавливают на кабеле нагрузки 17 и соединяют с блоком управления 12.

Испытательная станция готова к работе в трех режимах, соответствующих условиям эксплуатации холостого хода на повышенном выше номинального напряжении на токах нагрузки, соответствующих условиям эксплуатации при торможении.

Выбор моторного (двигательного) режима работы или генераторного (тормозного) на всех трех режимах испытаний осуществляют программным устройством 6.

Испытание тягового двигателя начинается с режима холостого хода. При этом включается полупроводниковая установка 2 при выключенных 3 и 4. Изменение направления вращения якорей испытуемых тяговых двигателей 8 и 9 осуществляется путем переключения переключателя 5 направления вращения.

В режиме испытания на повышенное против номинального напряжение после разгона якоря включается полупроводниковая установка 3 при выключенных установках 2, 4 и подключается блок резисторов 11 с регулируемым сопротивлением. Проводится испытание тягового двигателя в режиме внешней нагрузки (блок резисторов 11).

Такое испытание обусловлено тем, что в режиме тяги при последовательно-параллельном соединении тяговых двигателей при напряжении в контактной сети 750 В напряжение на коллекторе каждого двигателя будет равно 375 В.

При переходе в режим торможения механическая энергия движущегося поезда преобразуется в электрическую. При этом тяговые двигатели работают в генераторном режиме, э.д.с. двух последовательно соединенных генераторов суммируется и на их коллекторах напряжение составит 750 В. Напряжение между коллекторными пластинами достигает 95% допустимого значения.

Это относится к скорости начала торможения 90 км/час. Наиболее вероятные скорости начала торможения находятся в диапазоне 60-70 км/час и напряжение - 540 В.

На режиме испытаний на токах нагрузки, соответствующих условиям эксплуатации при торможении, включается после разгона якоря тягового двигателя полупроводниковая установка 4 при выключенных установках 2 и 3 и проводят испытания тиристорных регуляторов тока возбуждения генератора, блока управления 12, датчика тока 10 реле защиты 15. Блоку 12 задают токи уставки тормозного режима, соответствующие токам в реальной эксплуатации при торможении.

Тяговые двигатели в генераторном режиме испытывают совместно с тиристорными регуляторами 13, 14 блоком управления 12 и датчиком тока 10.

Испытательная станция позволяет за счет регулирования сопротивления блока резисторов 11 создавать ток в цепи генератора, превышающий величину тока уставки блока управления 12, который воздействует на тиристорные регуляторы 13, 14, которые должны снижать его в цепи генератора до величины тока этой уставки.

Испытательная станция позволяет таким же способом создавать аварийный ток для срабатывания реле защиты 15.

Изобретение относится к эксплуатации устройств метрополитена и может быть использовано для ремонта, испытания и технического обслуживания тяговых и вспомогательных электрических машин подвижного состава. Испытательная станция тяговых электродвигателей содержит понижающий трансформатор, полупроводниковый выпрямитель на 75 В, полупроводниковый выпрямитель на 540 В, полупроводниковый выпрямитель на 240 В, переключатель направления вращения якоря тягового двигателя. К выходу программного устройства подключены переходник для подключения посредством кабелей однотипных тяговых двигателей, датчик тока якоря, блок управления, тиристорные регуляторы тока возбуждения, реле защиты. Выходы выпрямительных установок подключены к общей шине, соединенной с входом переключателя направления вращения якоря тягового двигателя, выход которого соединен со входом программного силового устройства. Тяговые двигатели соединены с тиристорными регуляторами тока. Через кабель блока резисторов с надетым на него датчиком тока якоря подключен дополнительный блок резисторов с регулируемым сопротивлением, выполняющий функцию внешней нагрузки. Выход датчика тока через блок управления соединен с тиристорными регуляторами, к выходу одного из которых подключено реле защиты. Технический результат заключается в повышении надежности и определении рабочих характеристик для подбора по ним тяговых двигателей для вагонов. 1 ил.

Испытательная станция тяговых электродвигателей, содержащая понижающий трансформатор, полупроводниковый выпрямитель на 75 В, полупроводниковый выпрямитель на 540 В, полупроводниковый выпрямитель на 240 В, переключатель направления вращения якоря тягового двигателя, программное устройство, переходник для подключения кабелей тяговых двигателей, два однотипных двигателя, датчик тока якоря, блок управления, тиристорные регуляторы тока возбуждения, реле защиты, кабели, отличающаяся тем, что к силовой трехфазной цепи подключены входы трех выпрямительных установок: через понижающий трансформатор - выпрямительная установка 2 с выпрямителем напряжения на 75 В, выпрямительная установка на 540 В и выпрямительная установка на 240 В; выходы их подключены к общей шине, соединенной с входом переключателя направления вращения якоря тягового двигателя, выход которого соединен со входом программного силового устройства, к выходу которого подключены через кабели силовой цепи, переходник и выводные кабели тяговые двигатели с подсоединенными к ним тиристорными регуляторами тока и через кабель блока резисторов с надетым на него датчиком тока якоря подключен дополнительный блок резисторов с регулируемым сопротивлением, выполняющий функцию внешней нагрузки; выход датчика тока через блок управления соединен с тиристорными регуляторами, к выходу одного из них подключено реле защиты.