СТЕНД ДЛЯ ВЗАИМНОЙ НАГРУЗКИ СИНХРОННЫХ МАШИН Российский патент 2008 года по МПК G01R31/34 H02K15/00 

Изобретение относится к электрооборудованию испытательных стендов для испытания синхронных машин-генераторов и двигателей.

Синхронные машины подвергают испытаниям как при их производстве, так и в исследовательских целях. Примером последних являются лабораторные испытания в электромеханических лабораториях учебных заведений - университетов, колледжей и др.

Известен испытательный стенд для испытания синхронных двигателей [Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам: Учеб. пособие для студ. сред. спец. учеб. заведений. - М.: Высш. шк., 2001. С.84-85], который содержит испытываемый синхронный двигатель и нагрузочный генератор постоянного тока для регулируемой механической нагрузки двигателя при проведении испытания.

Недостатками стенда являются: применение в стенде машин разной конструкции и рода тока и большие затраты электроэнергии на проведение испытаний. Последний недостаток обусловлен использованием разомкнутого цикла передачи мощности: мощность, переданная синхронным двигателем генератору постоянного тока, преобразуется в тепло в самом генераторе и нагрузочном реостате. Эту мощность называют потерями.

Известны волновые электродвигатели [Е.В.Арменский, Г.Б.Фалк. Электрические микромашины. - М.: Высшая школа, 1975, с.111-115], представляющие собой конструктивное объединение электрической машины и волновой зубчатой передачи. Особенностью волновых двигателей является способность передавать большие крутящие моменты при малой частоте вращения и наличие самоторможения при подключении двигателя к источнику постоянного тока. Волновые двигатели до настоящего времени не применялись в стендах испытания синхронных машин. Не выявлены примеры применения таких двигателей в качестве муфты с регулируемым взаимным расположением ведущей и ведомой полумуфт.

Наиболее близким к заявленному устройству является стенд для испытания электрических машин, состоящий из двух сопряженных на общем валу синхронных машин [Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отд-е, 1984. С.97-99]. Стенд состоит из двух сопряженных синхронных машин, одна из которых работает в режиме двигателя, а другая - генератора. Обе машины сопряжены через муфту специальной конструкции, позволяющую изменять угол взаимного расположения роторов обеих машин, причем изменение угла производится дискретно, при остановленном агрегате, за счет соединения полумуфт шпильками через разные отверстия на полумуфтах. От числа отверстий зависит шаг регулирования угла взаимного расположения роторов обеих машин.

Принцип действия прототипа основан на том, что величина активного тока нагрузки двух сопряженных на общем валу синхронных машин регулируется изменением взаимного расположения двух половин соединительной муфты.

Недостатками такого способа являются скачкообразное (дискретное) изменение нагрузки и необходимость производить переключение половин соединительной муфты при полной остановке агрегата и разборке муфты. Эти недостатки не позволяют применять этот метод в лабораторных испытаниях синхронных машин.

Технической задачей является плавное регулирование нагрузки синхронных машин в процессе испытания за счет применения муфты с регулируемым положением двух полумуфт электрическим способом при минимальных потерях мощности при испытании.

Решение задачи достигается тем, что стенд для испытания синхронных машин содержит две синхронные машины, трехфазные обмотки которых соединены в общую электрическую цепь, а валы сопряжены через муфту с регулируемым взаимным расположением двух ее полумуфт, в качестве муфты используется волновой двигатель, имеющий две степени свободы вращения, статор и ротор которого соединены каждый с валом своей синхронной машины.

Положительным результатом изобретения является упрощение кинематической схемы устройства регулирования нагрузки электрических машин с возможностью плавного регулирования нагрузки в процессе испытания.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена кинематическая схема испытательного стенда, а на фиг 2 - конструктивная схема волнового двигателя с двумя степенями свободы вращения.

Кинематическая схема испытательного стенда включает в себя испытываемые синхронные машины 1 и 2, валы которых 3 и 4 соединены соответственно со статором 5 и ротором 6 волнового электродвигателя. Волновой двигатель имеет две степени свободы: у него могут вращаться и статор 5, и ротор 6. Такие двигатели называют двухмерными. Волновой двигатель получает питание по проводникам 7 от управляющего устройства 8, подключенного к источнику электроэнергии 9, к которому подключаются также трехфазные статорные обмотки синхронных машин 1 и 2.

Управляющее устройство 8 подключает трехфазную обмотку статора волнового двигателя к источнику трехфазного напряжения или к источнику выпрямленного напряжения. Такие устройства широко известны и поэтому подробными схемами в описании не представлены.

Известные волновые двигатели имеют различную конструкцию. На фиг.2 в качестве примера представлена схема конструкции синхронного волнового реактивного двигателя с радиальным магнитным потоком. Изменения в конструкции волнового двигателя обусловлены тем, что его статор 5 вращается. В целом статор 5 имеет классическую для машин переменного тока конструкцию: шихтованный цилиндрический сердечник 10 с многофазной обмоткой 11, на внутренней стороне которого закреплен жесткий зубчатый венец 12. Для подведения электроэнергии к статорной обмотке 11 на статоре 5 расположены три контактных кольца 13 (по числу фаз обмотки), изолированные от корпуса статора и друг от друга. Контактные кольца 13 соединены с обмоткой 11 проводниками 14, пропущенными сквозь корпус статора. На контактные кольца 13 электроэнергия передается через неподвижные щетки 15. Ротор 6 состоит из гибкого деформирующегося тела 16, на наружной поверхности которого закреплен гибкий зубчатый венец 17, а внутри расположен внутренний магнитопровод 18, который представляет собой упругое гибкое кольцо, навитое из ленты пермаллоя, и служит для замыкания магнитного потока вдоль окружности ротора и деформации ротора под действием сил магнитного притяжения к статору.

Принцип работы испытательного стенда заключается в следующем. После запуска и синхронизации синхронных машин 1 и 2 (пусковые устройства и возбудители на схемах не показаны) включается волновой двигатель и изменением взаимного расположения его статора 5 и ротора 6 вызывается смещение валов 3 и 4 друг по отношению к другу, создавая активный ток нагрузки машин 1 и 2. При этом та из машин 1 и 2, чей вал смещается в направлении вращения, работает в режиме генератора, а другая - в режиме двигателя. Двигатель передает механическую мощность генератору, а генератор передает электрическую мощность двигателю. От источника электроэнергии потребляется активная мощность, компенсирующая потери мощности в обеих машинах 1 и 2, которая может быть существенно меньше мощности каждой из машин. При достижении активным током машин 1 и 2 требуемой величины статорная обмотка 11 волнового двигателя отключается управляющим устройством 8 от трехфазного источника электроэнергии 9 и на нее подается выпрямленный ток, чем обеспечивается фиксация (самоторможение) ротора 6 по отношению к статору 5 и валов 3 и 4 друг по отношению к другу.

Для последующего изменения нагрузки машин 1 и 2 в процессе испытания на статорную обмотку 11 волнового двигателя вновь подается трехфазное напряжение от управляющего устройства 8. Для увеличения нагрузки направление вращения волнового двигателя должно совпадать с первоначальной нагрузкой машин 1 и 2; для уменьшения нагрузки на статорную обмотку 11 подается напряжение с обратным чередованием фаз и осуществляется реверс волнового двигателя. После достижения нагрузкой машин 1 и 2 новой требуемой величины трехфазный ток отключается от обмотки 11 волнового двигателя и на нее подается выпрямленный ток для жесткого сцепления статора 5 и ротора 6 и соответственно валов 3 и 4.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в испытательной технике и электрооборудовании, в частности устройствах испытания синхронных машин-двигателей и генераторов. Техническим результатом является обеспечение плавного регулирования нагрузки синхронных машин в процессе испытания. Стенд для испытания синхронных машин содержит две синхронные машины, трехфазные обмотки которых соединены в общую электрическую цепь, а валы сопряжены через муфту с регулируемым взаимным расположением двух ее полумуфт. В качестве муфты использован волновой двигатель, имеющий две степени свободы вращения, статор и ротор которого соединены каждый с валом своей синхронной машины. 2 ил.

Стенд для испытания синхронных машин, включающий две синхронные машины, трехфазные обмотки которых соединены в общую электрическую цепь, а валы сопряжены через муфту с регулируемым взаимным расположением двух ее полумуфт, отличающийся тем, что содержит в качестве муфты волновой двигатель, имеющий две степени свободы вращения, статор и ротор которого соединены каждый с валом своей синхронной машины.