СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ РОЛИКОВЫХ ЦЕПЕЙ Российский патент 2009 года по МПК G01M13/02 

Изобретение относится к электрооборудованию стендов для испытания роликовых цепей или цепных передач. В качестве приводного двигателя и нагрузочного генератора используются синхронные машины, что обеспечивает минимизацию затрат электроэнергии на проведение испытания.

Стенды для проведения испытаний на надежность роликовых цепей содержат двигатель для приведения испытываемой цепи в движение, а также тормозное устройство для ее механической нагрузки. На проведение испытания затрачивается электрическая энергия, компенсирующая потери в электрооборудовании; сама цепная передача практически не потребляет энергии. Наиболее высоким КПД (малыми потерями энергии) обладают синхронные машины, но они более дорогие, чем асинхронные.

Известен синхронный двигатель по авторскому свидетельству СССР №688964, кл. Н02К 19/12, 1977, стоимость которого приближается к стоимости асинхронного двигателя за счет упрощения устройства возбуждения. При этом неизвестны случаи применения этих двигателей в оборудовании для испытания роликовых цепей.

Наиболее близким к заявленному устройству является испытательный стенд по а.с. СССР №1596219 (A1, G01М, 13/00, 30.09.90. Бюл. №36), в котором использовано электрооборудование переменного тока. Стенд содержит асинхронный электродвигатель и асинхронный генератор, валы которых сопряжены через испытываемую цепную передачу, содержащую испытываемую роликовую цепь, ведущую и ведомую звездочки, регулятор напряжения, подаваемого на асинхронные двигатель и генератор, приборы управления и защиты.

Испытываемая цепь приводится в движение двигателем. Цепь передает механическую мощность от вала двигателя на вал нагрузочного генератора, который выполняет функции тормозного устройства и обеспечивает нагрузку испытываемой цепи передаваемой механической мощностью (натяжение).

Статорные обмотки двигателя и генератора присоединены к выходу регулятора напряжения, который входом подключен к источнику питания (электрической сети). Частота вращения асинхронного генератора должна быть выше, чем у двигателя (при равенстве числа полюсов обеих машин), поэтому передаточное отношение цепной передачи не равно 1. Параллельное включение трехфазных обмоток двигателя и генератора, а также механическое сочленение валов обеспечивают замкнутый контур циркуляции мощности нагрузки цепи при минимальном числе устройств в этом контуре.

Недостатками прототипа являются относительно высокий расход электроэнергии на проведение испытания роликовой цепи вследствие относительно невысоких энергетических показателей асинхронных машин, а также относительно большая мощность регулятора напряжения. Генератор возвращает двигателю часть активной мощности, затраченной им при работе, за вычетом потерь мощности в двигателе и генераторе. При этом и двигатель, и генератор потребляют из сети реактивную мощность, что является причиной относительно большой мощности регулятора напряжения. Схема оборудования прототипа исключает применение в качестве приводного двигателя и нагрузочного генератора синхронных машин, имеющих более высокие энергетические показатели (коэффициент полезного действия и коэффициент мощности), поскольку не содержит эффективных устройств регулирования электрической нагрузки двигателя и генератора. Системы возбуждения серийных синхронных машин предназначены для применения в условиях стабильного напряжения питания. При изменении напряжения регулятора происходит рассогласование напряжения и электродвижущей силы возбуждения статорной обмотки двигателя и генератора, что приводит к их перевозбуждению или недовозбуждению и, как следствие, неоправданному увеличению тока в трехфазных обмотках и потерь в силовых элементах электрической цепи.

Технической задачей является снижение затрат электроэнергии на проведение испытаний роликовой цепи путем замены в испытательном стенде асинхронных машин на синхронные при дополнении последних специальным устройством возбуждения, адаптированном к условиям работы машин в составе испытательного стенда.

Решение задачи достигается тем, что в стенде для испытания роликовых цепей, включающем приводной двигатель и нагрузочный генератор, валы которых сопряжены через цепную передачу, содержащую испытываемую роликовую цепь, ведущую и ведомую звездочки, статорные обмотки двигателя и генератора присоединены к выходу регулятора напряжения, отличающийся тем, что в качестве двигателя и генератора использованы синхронные машины, генератор имеет на статоре трехфазную якорную обмотку и на роторе обмотку возбуждения, а двигатель имеет на статоре основную и дополнительную трехфазные якорные обмотки, причем основная якорная обмотка двигателя соединена звездой и подключена к выходу регулятора напряжения параллельно якорной обмотке генератора, а дополнительная якорная обмотка двигателя началами подключена к выходу регулятора напряжения, а концами соединена с выводами переменного тока выпрямителя, к выводам выпрямленного тока которого подключены последовательно соединенные обмотки возбуждения двигателя и генератора, параллельно одной из которых подключен резистор, при этом передаточное отношение цепной передачи равно отношению чисел полюсов двигателя и генератора.

Основным положительным результатом изобретения является снижение затрат электроэнергии на проведение испытания цепи минимизацией потерь в электрооборудовании. Другим результатом является возможность уменьшения мощности регулятора напряжения при неизменной механической мощности передаваемой через испытываемую цепь.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена электрическая схема оборудования испытательного стенда в однолинейном исполнении.

Стенд для испытания роликовых цепей содержит приводной синхронный двигатель 1, нагрузочный синхронный генератор 2, валы которых сопряжены цепной передачей, состоящей из ведущей и ведомой звездочек и испытываемой роликовой цепи (кинематическая схема цепной передачи на фиг.1 не показана), регулятор напряжения 3, а также устройства управления и регулирования. Генератор 2 имеет традиционную конструкцию с трехфазной якорной обмоткой 4 на статоре и обмоткой возбуждения 5 на роторе. С помощью коммутационного аппарата 6 якорная обмотка 4 генератора 2 подключается к выходу регулятора напряжения 3. Синхронный двигатель 1 имеет на статоре основную 7 и дополнительную 8 трехфазные якорные обмотки, начала которых подключены к выходу регулятора напряжения 3. При этом дополнительная обмотка 8 включается как проходная последовательно с электрической цепью, состоящей из последовательно соединенных коммутационного аппарата 9, выпрямителя 10, на стороне выпрямленного тока которого включены последовательно обмотки возбуждения 5 и 11, при этом параллельно обмотке возбуждения 5 генератора 2 подключен резистор 12. На регулятор напряжения 3 питание подается через коммутационный аппарат 13. На вращающиеся обмотки возбуждения 5 и 11 ток передается через скользящие контакты (на фиг.1 не показаны).

Цепная передача с испытываемой роликовой цепью должна иметь передаточное отношение i, удовлетворяющее требованию i=р_д/р_г, где р_д и р_г - соответственно числа пар полюсов двигателя и генератора. При этом частота вращения обеих машин совпадает с частотой вращения их магнитных полей. Испытываемая роликовая цепь устанавливается так, чтобы положение валов двигателя 1 и генератора 2 (ведущей и ведомой звездочек передачи) обеспечивало смещение оси ротора по отношению к оси вращающегося магнитного поля на заданный угол. Для длительного режима работы оборудования этот угол для двигателя и генератора примерно равен их номинальному углу нагрузки. При этом для двигателя смещение оси ротора производится против направления вращения, а для генератора - по направлению вращения. Общее смещение осей роторов составляет угол, равный сумме абсолютных значений заданных углов нагрузки генератора и двигателя (рациональное значение угла смещения - сумма номинальных углов нагрузки генератора и двигателя).

При совпадении положения магнитных осей машин 1 и 2 имеет место холостой ход и нагрузка цепи отсутствует при любом значении напряжения регулятора 3; при наличии углового смещения осей у двигателя 1 и генератора 2 имеет место активный ток статора и соответствующая механическая мощность.

В установившемся режиме испытательный стенд работает следующим образом. На двигатель 1 и генератор 2 подается трехфазное напряжение от регулятора напряжения 3. Двигатель 1 приводит испытываемую роликовую цепь в движение; генератор 2 обеспечивает нагрузку испытываемой цепи механической мощностью. Величина нагрузки цепи определяется взаимным угловым положением роторов двигателя 1 и генератора 2, а также величиной напряжения регулятора 3.

При работе двигателя 1 его якорные обмотки 7 и 8 обтекаются током. Выпрямленный ток дополнительной обмотки 8, обтекающий обмотки 11 и 5, является током возбуждения двигателя 1 и генератора 2. С помощью резистора 12 при наладке устанавливают оптимальное соотношение токов в обмотках возбуждения 5 и 11 и желательный режим возбуждения генератора 2 и двигателя 1. При этом резистор 12 при наладке может быть переключен параллельно обмотке 11 (если потребуется сделать ток в обмотке 5 больше, чем в обмотке 11). Наиболее целесообразным является режим возбуждения на минимум суммарного трехфазного тока двигателя 1, генератора 2 и регулятора напряжения 3.

Регулирование передаваемой испытываемой роликовой цепью мощности осуществляется изменением напряжения регулятора 3. При уменьшении напряжения происходит снижение названной мощности. При этом пропорционально уменьшается ток возбуждения двигателя 1 и генератора 2, что обеспечивает сохранение режима их возбуждения на минимум тока статора.

Включение в работу оборудования осуществляется в следующей последовательности. После установки испытываемой роликовой цепи 3 на испытательном стенде с учетом требований, указанных выше, при разомкнутых коммутационных аппаратах 6 и 9 включается коммутационный аппарат 13 и двигатель 1 в режиме асинхронного пуска обеспечивает разгон испытываемой роликовой цепи и генератора 2. По достижении двигателем 1 подсинхронной скорости, включается коммутационный аппарат 9 и двигатель 1 втягивается в синхронизм. Далее включается коммутационный аппарат 6 и генератор 2 входит в синхронный режим. Затем регулятором напряжения 3 устанавливается требуемая нагрузка цепи. При пуске регулятор 3 может выполнять функции пускового устройства, ограничивающего пусковой ток двигателя 1.

Изобретение относится к испытательной технике, точнее к электрооборудованию испытательных стендов, и может быть использовано в конструкциях стендов для испытания роликовых цепей или цепных передач. Устройство включает приводной двигатель и нагрузочный генератор, валы которых сопряжены через цепную передачу, содержащую испытываемую роликовую цепь, ведущую и ведомую звездочки. При этом в качестве двигателя и генератора использованы синхронные машины. Генератор имеет на статоре трехфазную якорную обмотку и на роторе обмотку возбуждения, а двигатель имеет на статоре основную и дополнительную трехфазные якорные обмотки. Основная якорная обмотка двигателя соединена звездой и подключена к выходу регулятора напряжения параллельно якорной обмотке генератора. Дополнительная якорная обмотка двигателя началами подключена к выходу регулятора напряжения, а концами соединена с выводами выпрямителя переменного тока, к выводам выпрямленного тока которого подключены последовательно соединенные обмотки возбуждения двигателя и генератора, параллельно одной из которых подключен резистор. При этом передаточное отношение цепной передачи равно отношению чисел полюсов двигателя и генератора. Технический результат заключается в минимизации затрат электроэнергии на проведение испытаний. 1 ил.

Стенд для испытания роликовых цепей, включающий приводной двигатель и нагрузочный генератор, валы которых сопряжены через цепную передачу, содержащую испытываемую роликовую цепь, ведущую и ведомую звездочки, статорные обмотки двигателя и генератора присоединены к выходу регулятора напряжения, отличающийся тем, что в качестве двигателя и генератора использованы синхронные машины, генератор имеет на статоре трехфазную якорную обмотку и на роторе обмотку возбуждения, а двигатель имеет на статоре основную и дополнительную трехфазные якорные обмотки, причем основная якорная обмотка двигателя соединена звездой и подключена к выходу регулятора напряжения параллельно якорной обмотке генератора, а дополнительная якорная обмотка двигателя началами подключена к выходу регулятора напряжения, а концами соединена с выводами выпрямителя переменного тока, к выводам выпрямленного тока которого подключены последовательно соединенные обмотки возбуждения двигателя и генератора, параллельно одной из которых подключен резистор, при этом передаточное отношение цепной передачи равно отношению чисел полюсов двигателя и генератора.