СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН Российский патент 2008 года по МПК H02K15/00 

Изобретение относится к оборудованию стендов для испытания синхронных машин - генераторов и двигателей, включая исследовательские стенды учебных учреждений.

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 испытаний.

Недостатками стенда являются применение в нем машин разной конструкции и рода тока и большие затраты электроэнергии на проведение испытаний. Последний недостаток обусловлен использованием разомкнутого цикла передачи мощности: механическая мощность синхронного двигателя преобразуется генератором постоянного тока в электрическую и далее в тепловую в самом генераторе и нагрузочном реостате. Последние называют потерями.

Известны и широко применяются цепные передачи с натяжным устройством [Воробьев Н.В. Цепные передачи. - М.: Машгиз, 1962. С.52-54], состоящие из ведущей и ведомой звездочек, цепи и натяжного устройства. У цепи выделяют ведущую ветвь и ветвь холостого хода. Натяжное устройство устанавливают на ветви холостого хода для предотвращения ее раскачивания при свободном провисании. Не выявлены случаи применения таких передач в стендах лабораторных испытаний синхронных машин.

Наиболее близким к заявленному устройству является стенд для испытания 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 пересоединения полумуфт шпильками на разные отверстия. От числа отверстий на полумуфтах 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 угла смещения векторов их электродвижущих сил холостого хода, а последние определяются взаимным расположением магнитных осей роторов обеих машин, зависящих от положения двух половин соединительной муфты.

Недостатками такого способа являются скачкообразное (дискретное) изменение нагрузки и необходимость полной остановки агрегата, разборки и сборки муфты для регулирования нагрузки машин. Эти недостатки не позволяют применять этот метод в учебных лабораторных испытательных стендах.

Технической задачей является плавное регулирование нагрузки синхронных машин и уменьшении потерь мощности при испытании за счет применения передачи с регулируемым взаимным положением двух валов.

Решение задачи достигается тем, что стенд для испытания синхронных машин, включающий две синхронные машины, трехфазные обмотки которых присоединены к общему источнику питания, а валы сопряжены через цепную передачу, содержащую ведущую и ведомую звездочки, цепь с ведущей и холостой ветвями, натяжное устройство на холостой ветви, состоящее из звездочки и закрепленного груза, содержит на ведущей ветви дополнительную звездочку и устройство для ее перемещения, регулирующие длину ведущей ветви цепной передачи.

Положительным результатом изобретения является упрощение кинематической схемы устройства регулирования нагрузки синхронных машин с возможностью плавного регулирования нагрузки в процессе испытания. При предельно коротком контуре передачи мощности испытания потери энергии минимизируются.

Сущность изобретения поясняется схемами на фиг.1 и 2, где представлена кинематическая схема испытательного стенда в двух проекциях (фиг.1) и электрическая схема соединения обмоток машин (фиг.2).

Кинематическая схема испытательного стенда включает в себя испытываемые синхронные машины 1 и 2, на валах которых закреплены звездочки 3 и 4 цепной передачи. В зависимости от соотношения чисел полюсов p₁:p₂ машин 1 и 2 звездочки 3 и 4 имеют числа зубцов Z₁ и Z₂, находящиеся в таком же соотношении Z₁:Z₂=p₁:p₂. В этом случае обе машины имеют частоту вращения вала, совпадающую с частотой вращения магнитного поля. Цепная передача кроме звездочек 3 и 4 содержит ведущую ветвь 5 (верхний участок цепи между звездочками 3 и 4), длина которой регулируется изменением положения дополнительной звездочки 6, не несущей механической нагрузки и закрепленной на перемещающем устройстве 7, и холостую ветвь 8 (нижний участок цепи между звездочками 3 и 4), где расположено натяжное устройство, предназначенное для компенсации провисания холостой ветви 8, состоящее из звездочки 9 и закрепленного на ней груза 10, при этом звездочка 9 и груз 10 могут перемещаться в вертикальном направлении, вызывая натяжение холостой ветви 8, предотвращающее свободное провисание этого участка цепи. При перемещении звездочки 6 вверх цепь занимает положение, указанное пунктирной линией. Перемещающее устройство 7 может иметь различную конструкцию: в частности состоять из передачи ходовым винтом с ручным или моторным приводом ходового винта и перемещающейся неразъемной гайки, на которой установлена звездочка 6 (на фиг.1 и 2 эти устройства не показаны). Соответствующее перемещение звездочки 9 с грузом 10 обеспечивает натяжение холостой ветви 8.

Статорные обмотки машин 1 и 2 (фиг.2) присоединены к общей сети (источнику электроэнергии).

Принцип работы стенда состоит в следующем. Для удобства примем, что p₁=р₂ и Z₁=Z₂. Примем также, что в нижнем положении звездочки 6 (сплошные линии звездочек 6 и 9 и цепи 5 и 8) магнитные оси роторов машин 1 и 2 совпадают по направлению (угол между магнитными осями роторов обеих машин равен нулю и электродвижущие силы обеих машин совпадают). В этом случае при работе машинного агрегата векторы электродвижущих сил холостого хода машин 1 и 2 совпадают по направлению и машины не имеют активного тока нагрузки. Такое исходное состояние машин устанавливается при наладке. При перемещении звездочки 6 в верхнее положение (пунктирные линии звездочек и цепи) длина ведущей ветви цепи 5 увеличивается и звездочки, а вместе с ними и магнитные оси роторов машин 1 и 2, изменяют взаимное расположение в пространстве: у машины 1 звездочка и ротор проворачиваются в направлении, противоположном направлению вращения ротора, т.е. в сторону отставания; у машины 2 - в обратном направлении, т.е. в сторону опережения. Машина 1 при этом переходит в режим двигателя, а машина 2 - генератора. Активный ток обеих машин определяется величиной угла рассогласования обеих звездочек. Плавное изменение положения звездочки 6 приводит к плавному регулированию активного тока машин 1 и 2. Этот ток замыкается в контуре машин 1 и 2 и из сети потребляется активный ток, компенсирующий потери мощности в элементах устройства - двигателе, генераторе и цепной передаче. Активная мощность, потребляемая из сети, может быть существенно меньше механической мощности двигателя и генератора.

Пуск стенда в работу осуществляется следующим образом. Предварительно звездочка 6 устанавливается в положение холостого хода машин. Производится пуск и синхронизация синхронного двигателя 1 и синхронного генератора 2 (пусковые аппараты на схемах не показаны). Далее нагружают машины вышеописанным способом, перемещением звездочки 6.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к испытательной технике и электрооборудованию, в частности к устройствам испытания синхронных машин - двигателей и генераторов. Сущность изобретения состоит в том, что стенд для испытания синхронных машин, включающий две синхронные машины, трехфазные обмотки которых присоединены к общему источнику питания, а валы сопряжены через цепную передачу, содержащую ведущую и ведомую звездочки, цепь с ведущей и холостой ветвями, натяжное устройство на холостой ветви, состоящее из звездочки и закрепленного груза, согласно данному изобретению, содержит на ведущей ветви дополнительную звездочку и устройство для ее перемещения, регулирующие длину ведущей ветви цепной передачи. Технический результат - упрощение конструкции устройства путем упрощения в нем кинематической схемы устройства регулирования нагрузки синхронных машин при одновременном обеспечении возможности плавного регулирования нагрузки синхронных машин в процессе их испытания, а также уменьшение потерь мощности при испытаниях за счет применения передачи с регулируемым взаимным положением двух валов. 2 ил.

Стенд для испытания синхронных машин, включающий две синхронные машины, трехфазные обмотки которых присоединены к общему источнику питания, а валы сопряжены через цепную передачу, содержащую ведущую и ведомую звездочки, цепь с ведущей и холостой ветвями, натяжное устройство на холостой ветви, состоящее из звездочки и закрепленного груза, отличающийся тем, что содержит на ведущей ветви дополнительную звездочку и устройство для ее перемещения, регулирующие длину ведущей ветви цепной передачи.