Стенд универсальный автоматизированный энергосберегающий Российский патент 2025 года по МПК G01M13/02 

Область техники

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для натурных промышленных исследований, испытаний преобразователей частоты, электрических машин, частотно-регулируемых электроприводов морского и общепромышленного исполнения.

Уровень техники

Из уровня техники известен автоматизированный стенд для исследования и испытания частотно-регулируемых электроприводов (RU 198978 U1), содержащий преобразователь частоты, нагружающее устройство, комплект пускозащитной аппаратуры, бесконтактные датчики тока, включённые в фазы испытываемого двигателя и соединённые с аналого-цифровым преобразователем к персональному компьютеру, дополнительное нагружающее устройство в виде двигателя постоянного тока независимого возбуждения с тиристорным преобразователем, вал которого жёстко связан с валом испытываемого двигателя, причём направление вращения вала двигателя постоянного тока установлено встречно направлению вращения вала испытываемого двигателя, датчик частоты вращения и тахометр, при этом датчик частоты вращения, подключённый к испытываемому двигателю, соединён через тахометр с аналого-цифровом преобразователем, а преобразователь частоты подключён к персональному компьютеру.

Недостатком аналога являются существенные потери в нагрузочных устройствах при испытаниях двигателей и частотно-регулируемых электроприводов, связанные с применением нагрузочного устройства в виде механического тормоза и двигателя постоянного тока независимого возбуждения с тиристорным преобразователем, в которых и выделяются эти потери, что связано с большими потерями электрической энергии и затратами на эксплуатацию стенда при проведении натурных промышленных испытаниях мощных преобразователей частоты, электрических машин, частотно-регулируемых электроприводов морского и общепромышленного исполнения.

Известно устройство для испытания электроприводов (RU 211655 U1), содержащее нагрузочный привод, включающий электродвигатель и редуктор, при этом выходное звено нагрузочного привода кинематически через датчик крутящего момента (муфту) соединено с выходным звеном испытываемого привода, нагрузочный привод выполнен с возможностью подключения к сети переменного тока, систему автоматического управления, электродвигатель нагрузочного привода выполнен в виде синхронного двигателя с ротором на постоянных магнитах.

Недостатками прототипа являются наличие редуктора между испытываемым и нагрузочным электродвигателями, что увеличивает потери стенда, которые обусловлены коэффициентом полезного действия редуктора, а изменения коэффициента полезного действия редуктора в ходе его эксплуатации дополнительно увеличивают погрешность передачи крутящего момента на нагрузочный привод, а также функциональные ограничения режимов натурных испытаний преобразователей частоты, электродвигателей, частотно-регулируемых электроприводов.

Выбираем данное устройство в качестве прототипа как наиболее близкое к предлагаемому устройству по составу оборудования и функциональному назначению.

Раскрытие изобретения

Технические результаты изобретения состоят в том, чтобы уменьшить потребление электрической энергии, расширить функциональные возможности стенда при исследованиях, натурных промышленных испытаниях преобразователей частоты, электрических машин, частотно-регулируемых электропривода морского и общепромышленного исполнения большой мощности за счёт возврата основной части потребляемой оборудованием стенда электрической энергии обратно в питающую сеть стенда, а также обеспечить испытания преобразователей частоты, электродвигателей, частотно-регулируемых электроприводов во всех рабочих режимах указанного оборудования, при этом повысить степень управляемости стенда, контроль параметров, точность измерения и стабилизации заданных параметров испытываемых мощных преобразователей частоты, электродвигателей, частотно-регулируемых электроприводов, повысить надёжность оборудования испытательного стенда.

Указанные технические результаты достигаются за счет реализации стенда автоматизированного универсального энергосберегающего для испытаний преобразователей частоты, электродвигателей, частотно-регулируемых электроприводов. Стенд содержит: питающую сеть (1) с выключателями (2, 17); преобразователь частоты (3) с системой управления и защиты, подключённый входом к сети питания; электродвигатель (7) с датчиком частоты вращения (8), датчиками тока (6), датчиками напряжения (5); устройство нагрузочное, автоматизированную систему управления, отличающийся тем, что содержит преобразователь системы возбуждения, при этом устройство нагрузочное включает преобразователь энергии (18) и электрическую машину, выполненную в виде синхронного генератора (12) с обмоткой возбуждения (13), при этом преобразователь энергии (18) содержит: преобразователь постоянного тока (185); звено постоянного тока (184); инвертор зависимый (183), ведомый сетью; систему управления (181); реактор токоограничивающий (182), через который инвертор зависимый (183) подключён к питающей сети (1) преобразователя частоты (3), при этом задающий выход системы управления (181) преобразователя энергии (18) соединён с входом преобразователя (14) системы возбуждения синхронного генератора (12), автоматизированная система управления (23) стендом выполнена в виде программно-технического комплекса, состоящего из автоматизированного рабочего места (22), устройства управления стендом (23), которое содержит систему управления стендом (231), систему сбора и обработки данных (232), блок измерения параметров (233) синхронного генератора, при этом входы системы сбора, обработки данных соединены с выходами: выключателей питающей сети (2, 17); системы управления преобразователей частоты (3); системы управления преобразователя энергии (18); датчиков оборудования стенда, а именно датчиками: тока (6), напряжения (5), температуры (9), вибрации (10); при этом выходы системы сбора, обработки данных соединены с входами системы управления стендом и блока измерения параметров синхронного генератора, при этом выходы системы управления стендом соединены с входами: управления сетевых выключателей (2, 17); преобразователей частоты (3); преобразователей энергии (18); автоматизированного рабочего места (22), выходы которого соединены с системой управления стендом (231), причём выходной сигнал задания на частоту вращения электродвигателя (7) системы управления стендом (231) соединён с входом системы управления преобразователя частоты (3), причем выходы датчиков синхронного генератора, а именно датчиков: тока (21), напряжения (19), коэффициента мощности (20) обмотки, а также выход датчика частоты вращения (8) электродвигателя соединены с блоком измерения параметров (233) синхронного генератора, и выходной сигнал блока измерения параметров (233) соединён с системой управления (181) преобразователя энергии (18).

Стенд автоматизированный, в котором электродвигатель (7), синхронный генератор (12) выполнены с несколькими обмотками (1..N) на одном сердечнике статора с фазовым сдвигом между ними или без него, и к каждой обмотке (N) статора электродвигателя (7) подключён преобразователь частоты (N-3), а к каждой обмотке (1..N) статора нагрузочного синхронного генератора подключён преобразователь энергии (N-18), причём один из преобразователей частоты (N-3) и преобразователей энергии (N-18) является ведущим, а остальные ведомыми, при этом питающая сеть (1) стенда выполнена в виде нескольких секций шин распределительного устройства, количество которых равно количеству обмоток (N) на статоре электродвигателя и синхронного генератора, и к каждой секции шин (N-1) через выключатели подключён ввод электрической энергии, при этом преобразователь частоты (N-3), питающий одну обмотку (N-7) статора электродвигателя, и преобразователь энергии (N-18), преобразующий электрическую энергию одной обмотки синхронного генератора в электрическую энергию секции шин (N-1) распределительного устройства питающей сети, к которой преобразователь частоты и преобразователь энергии подключены, и возвращающий электрическую энергию в ту же секцию шин (N-1), к которой они подключены.

Стенд автоматизированный, в котором:

устройство управления (23) стендом выполнено в виде контроллеров с модулями питания, центральным процессором, модулями ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов с алгоритмами управления стендом: автоматического сбора, обработки состояния и параметров оборудования стенда, автоматического регулирования параметров, защиты, блокировок, сигнализации, сообщений, реализованных рабочими программами по видам испытаний,

и автоматизированное рабочее место (22), выполненное в виде микропроцессорных устройств: контроллера сенсорной панели, блока центрального процессора персонального компьютера, сервера базы данных с программным обеспечением: рабочими алгоритмами сигнализации, сообщений, управления стендом верхнего уровня.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема автоматизированного энергосберегающего стенда для исследований, натурных испытаний преобразователей частоты, электродвигателей, частотно-регулируемых электроприводов.

На фиг. 2 представлена схема автоматизированного энергосберегающего стенда для натурных испытаний преобразователей частоты, электродвигателей с несколькими обмотками на статоре, частотно-регулируемых электроприводов.

Осуществление изобретения

Стенд автоматизированный энергосберегающий универсальный для исследований, натурных промышленных испытаний преобразователей частоты, электрических машин (асинхронных, синхронных, асинхронных гребных электродвигателей), частотно-регулируемых электроприводов может выполняться на различные мощности и для исследований, испытания высоковольтного и низковольтного электрооборудования.

Стенд автоматизированный энергосберегающий универсальный для натурных испытаний преобразователей частоты (ПЧ), электродвигателей (ЭД), частотно-регулируемых электроприводов (ЧРЭП) содержит распределительное устройство (1) (РУ-0.4, 3.3, 6.3, 10.5 кВ) питающей сети стенда, сетевой выключатель (Q1) (2), испытываемый преобразователь частоты (ПЧ) с системой управления и защит (СУЗ-ПЧ) (3), выходной разъединитель ПЧ (QS1-ПЧ) (4), датчики напряжения (ДН-ПЧ) (5), датчики тока в каждой фазе (ДТ-ПЧ) (6), датчик частоты вращения ЭД (ДС-ЭД) (8), испытываемого электродвигателя (асинхронного, синхронного, гребного) (7), выходы которых соединены с системой управления (СУЗ-ПЧ) (3), датчики температуры (ВК-ЭД) (9), датчики вибрации (ДВ-ЭД) (10) испытываемого электродвигателя (7), датчик момента (механическую муфту) (11), выходы которых соединены с системой сбора, обработки данных (ССОД) (23.2), синхронный генератор (СГ) (12) нагрузочный с обмоткой возбуждения (ОВ-СГ) 13, которая подключена к преобразователю системы возбуждения (ПСВ) (14) СГ, датчики температуры (ВК-СГ) (15), датчики вибрации (ДВ-СГ) (16) синхронного генератора (12), выходы которых соединены с системой сбора, обработки данных (ССОД) (23.2), сетевой выключатель (17) (Q2), преобразователь энергии (ПЭ) (18), состоящий из системы управления и защиты (СУЗ-ПЭ) (18.1), реактора токоограничивающего (РТО) (18.2), инвертора зависимого (ИЗ), ведомого сетью, (18.3), звена постоянного тока (18.4), преобразователя постоянного тока (ППТ) (18.5), датчики напряжения (ДН-СГ) (19), датчики коэффициента мощности (ДКМ-СГ) (20), датчики тока (ДТ-СГ) (21) в каждой фазе синхронного генератора, автоматизированную систему управления (АСУ), состоящую из автоматизированного рабочего места (АРМ) (22) оператора, устройства управления стендом (23), содержащего систему управления стендом (СУС) (23.1), систему сбора, обработки данных (ССОД) (23.2), программный блок измерения параметров (БИП) (23.3) синхронного генератора (12), при этом входы системы сбора, обработки данных (23.2) соединены с выходами сигналов о состоянии сетевых выключателей (2, 17) преобразователей частоты (3), преобразователей энергии (18) и с выходами всех датчиков оборудования стенда, выходы системы сбора, обработки данных (23.2) соединены с входами системы управления стендом (23.1) и блока измерения параметров (23.3) синхронного генератора, выходы системы управления стендом (23.3) соединены с входами управления сетевых выключателей (2, 17), преобразователей частоты (3), преобразователей энергии (18), а также с входами автоматизированного рабочего места (22), выходы которого соединены с системой управления стендом (23.1), причём выходной сигнал задания на частоту вращения испытываемого электродвигателя передаётся из автоматизированного рабочего места (22) в систему управления стендом (23.1), выход которого соединён с входом системы управления частотой вращения преобразователя частоты (3), выходы датчиков тока (21), коэффициента мощности (20), напряжения (19) обмоток статора синхронного генератора (12) и датчика частоты вращения (8) испытываемого электродвигателя (7) соединены с блоком измерения параметров (23.3) синхронного генератора устройства управления стендом (23), выходной сигнал которого соединён с системой управления (18.1) преобразователя энергии (18), датчик напряжения питающей сети (ДН-С) (24) стенда, все выходы устройств состояния оборудования стенда, датчиков температуры, вибрации, тока, напряжения оборудования стенда подключены к входам системы сбора, обработки данных (23.2) устройства управления стендом (23).

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии все силовые сетевые выключатели (2, 17) схемы стенда отключены, напряжения питания поданы на устройства собственных нужд, датчики и системы управления оборудования стендом.

После получения системой сбора обработки данных (23.2) сигнала от датчика напряжения сети (24) о состоянии напряжения сети (напряжение в «норме»), о включённом состоянии выходного разъединителя ПЧ (QS1-ПЧ) (4), от датчиков параметров оборудования стенда об их исправности и передачи указанных данных в систему управления стендом (23.1), система управления стендом (23.1) формирует сигнал готовности оборудования стенда к работе «Стенд готов» и передаёт его в АРМ (22). После получения сигнала оператор АРМ включает электропривод испытываемого электродвигателя (7) в ручном режиме включением сетевого выключателя (2) (Q1), с последующим включением ПЧ (3), или в автоматическом режиме, установив заданное начальное значение частоты вращения ЭД (7) и подав команду «ПУСК».

После команды «ПУСК» и включении сетевого выключателя (2) (Q1) напряжение питающей сети (1) подаётся на преобразователь частоты (3), в ССОД (23.2) поступают сигналы: о включении выключателя (2), о готовности ПЧ (3) к работе после зарядки конденсаторов в звене постоянного тока ПЧ. При поступлении указанных сигналов система управления стендом формирует сигнал о готовности ЧРЭП к работе («ЧРЭП ГОТОВ»), который разрешает включить ПЧ в работу, и в СУ-ПЧ (3) передаётся задание на начальную частоту вращения ЭД (7), выходное напряжение преобразователя частоты (3) поступает на испытываемый (приводной) электродвигатель (7), который плавно пускается вместе с синхронным генератором (12), так как их валы жёстко соединены, образуя электромашинный агрегат, и выходит на заданную частоту вращения, СУС (23.1) формирует сигнал «ЧРЭП в работе», по этому сигналу разрешается включение сетевого выключателя (17) (Q2).

После включения сетевого выключателя 17 (Q2) напряжение питающей сети (1) подаётся на преобразователь энергии (18), при этом в системе управления (СУЗ-ПЭ) (18.1) преобразователя энергии (18) установлена блокировка приборов (закрытое состояние) зависимого инвертора (18.3).

При выборе автоматического режима алгоритм пуска электропривода испытываемого электродвигателя (7) осуществляется устройством управления стенда (23) с контролем всех пусковых параметров электропривода.

Далее в зависимом от вида испытаний оператор АРМ (22), в соответствии с методикой и программой испытаний (ПМИ), последовательно вводит задания на частоту вращения (ω*) или скорость (n*) в систему управления преобразователя частоты (3), выходное напряжение преобразователя частоты (3) поступает на испытываемый (приводной) электродвигатель (7), который плавно пускается вместе с синхронным генератором (12), так как их валы жёстко соединены, образуя электромашинный агрегат, и выходит на заданные частоты вращения.

После успешного пуска электромашинного агрегата и регулирования частоты вращения с выходом на заданные значения частот вращения с АРМ вводится команда «НАГРУЗКА». По команде «НАГРУЗКА» на начальной частоте вращения из СУЗ-ПЭ (18.1) в СУ-ПСВ (14) синхронного генератора (12) подаётся задание на ток обмотки возбуждения Iов*, равный току холостого хода обмотки возбуждения синхронного генератора (12), в обмотках статора синхронного генератора (13) наводятся ЭДС трёхфазного переменного тока, сигналы которых с датчиков напряжения (ДН-СГ) (19) передаются в СУЗ-ПЭ (18.1), после чего СУЗ-ПЭ (18.1) снимает блокировку с приборов зависимого инвертора (18.3) и устанавливает максимальный угол управления приборами, соответственно, максимальное значение противо-ЭДС зависимого инвертора (18.3) преобразователя энергии 18, при этом механическая энергия испытываемого электродвигателя (7) преобразуется в обмотках статора синхронного генератора (12) в электрическую энергию, наведённые ЭДС переменного тока синхронного генератора (12) преобразуются преобразователем постоянного тока (18.5) ПЭ (18) в напряжение постоянного тока Ud, которое передаётся через звено постоянного тока (18.4) (реактор сглаживающий) на вход зависимого инвертора (18.3), ведомого сетью, ПЭ.

После выхода электромашинного агрегата как на начальную заданную частоту вращения ЭД (7), так и на всех других заданных частотах вращения ЭД оператор АРМ устанавливает задание на ток нагрузки Iн*, соответствующий заданному значению крутящего момента сопротивления Мс*, или задание непосредственно на момент сопротивления Мс* испытываемого ЭД (7) в систему управления (18.1) преобразователя энергии (18). При нарастании задания на ток нагрузки Iн* (на момент сопротивления Мс*) СУЗ-ПЭ (18.1) начинает уменьшать угол управления приборами зависимого инвертора (18.3), соответственно, уменьшается противо-ЭДС инвертора (18.3). Когда среднее значение противо-ЭДС инвертора, ведомого сетью, станет меньше напряжения постоянного тока Ud в цепи преобразователя энергии (18), начинает протекать ток и зависимый инвертор (18.3) преобразует напряжение постоянного тока Ud в переменное напряжение питающей сети (1) с возвратом электрической энергии, наведённой в синхронном генераторе (12), обратно в питающую сеть стенда. Противо-ЭДС зависимого инвертора уменьшается до тех пор, пока ток в силовой цепи инвертора не достигнет заданного значения Iн* или заданного момент сопротивления Мс*.

Таким образом, разработанный стенд по методу взаимной нагрузки, позволяет при натурных испытаниях потребляемую из электрической сети (1) энергию преобразователем частоты (3), испытываемым (приводным) двигателем (7), преобразовывать в механическую энергию двигателя и передавать её на вал синхронного генератора (12), в обмотках которого она преобразовывается в электрическую энергию с изменяющейся амплитудой трёхфазного напряжения и частоты, далее электрическая энергия синхронного генератора (12) преобразуется преобразователем энергии (18) уже в электрическую энергию с параметрами питающей сети и возвращается обратно в питающую сеть (1) стенда.

При отсутствии датчика момента на валу двигателя большой мощности блок измерения параметров синхронного генератора определяет его по измеренным параметрам с датчиков тока (22), напряжения (19), коэффициента мощности (20) обмотки синхронного генератора (12), частоты вращения с датчика скорости (8) испытываемого электродвигателя (7) и передаёт его в систему управления (18.1) преобразователя энергии (18) в качестве обратной связи по моменту, а также определяет значение тока возбуждения для преобразователя системы возбуждения (ПСВ) (14) при двухзонном регулировании момента и мощности испытываемого ЭД и ЧРЭП.

Преобразователь постоянного тока (18.5) преобразователя энергии (18) выполняется в виде трёхфазного мостового управляемого (тиристорного) выпрямителя или в виде неуправляемого (диодного) выпрямителя.

Зависимый инвертор тока (18.3), ведомый сетью преобразователя энергии (18), выполняется в виде трёхфазного мостового инвертора тока на базе тиристоров или иных полупроводниковых приборов. Звено постоянного тока выполняется в виде реактора сглаживающего (РС) двухобмоточного, каждая обмотка которого включена в разные полюса цепи постоянного тока.

Стенд позволяет проводить натурные промышленные испытания преобразователей частоты (3), асинхронных и синхронных двигателей (7), ЧРЭП в режиме холостого хода и в режиме регулируемой нагрузки на каждой заданной частоте вращения в диапазоне рабочих частот вращения ЭД (7), а также предусмотренных перегрузок, набросов, сбросов нагрузки с возвратом потребляемой оборудованием стенда из сети (1) электрической энергии обратно в сеть за исключением потерь энергии в оборудовании стенда.

Разработанная система управления стендом позволяет испытывать ПЧ, ЭД, ЧРЭП в режиме двухзонного регулирования момента и мощности испытываемого ЭД.

Система управления преобразователя энергии (18) снабжена системой защит, которая обеспечивает снятие напряжения с обмоток синхронного генератора (12) путём снятия задания на ток возбуждения в преобразователе системы возбуждения (14), а также путём блокировки импульсов управления приборов зависимого инвертора (18.3), переводом преобразователя системы возбуждения (14) синхронного генератора в инверторный режим и отключения питания преобразователя системы возбуждения (14) и преобразователя энергии (18).

Система автоматического регулирования параметров ПЧ, ЭД, ЧРЭП, СГ, ПСВ, СГ обеспечивает повышение точности стабилизации и поддержания заданных параметров испытываемых мощных преобразователей частоты, электродвигателей, частотно-регулируемых электроприводов, а контроль всех параметров устройством управления стендом с системами защит преобразователя энергии позволяет повысить надёжность оборудования испытательного стенда.

Экономия электрической энергии при натурных промышленных испытаниях на стенде преобразователей частоты (3), асинхронных и синхронных двигателей (7), ЧРЭП составляют в режиме нагрузки не менее 75% от мощности испытываемого электрооборудования.

На фиг. 2 приведена схема структурная стенда автоматизированного энергосберегающего универсального для натурных испытаний преобразователей частоты, электрических машин (асинхронных, синхронных, асинхронных гребных электродвигателей), статоры которых выполнены с несколькими обмотками на одном сердечнике с фазовым сдвигом между ними или без него, при этом статор синхронного генератора выполнен с тем же количеством обмоток, что и испытываемый электродвигатель, а питающая сеть стенда выполнена в виде секций шин распределительного устройства, количество которых также равно количеству обмоток на статоре испытываемого двигателя, причём к каждой обмотке статора испытываемого электродвигателя подключён преобразователь частоты, а к каждой обмотке синхронного генератора подключён преобразователь энергии, питающие цепи одного преобразователя частоты и одного преобразователя энергии подключены к одной из секций шин питающей сети, к которой подключён ввод электрической энергии.

Стенд автоматизированный энергосберегающий универсальный для натурных испытаний ПЧ, ЭД, ЧРЭП, представленный на фиг. 2, работает аналогично, как на фиг. 1. Только статоры испытываемых электродвигателей (7) выполнены с несколькими обмотками на одном сердечнике с фазовым сдвигом между ними или без него, при этом статор синхронного генератора (12) выполнен с тем же количеством обмоток, что и испытываемый электродвигатель (7), и к каждой обмотке (1…N) статора электродвигателя (7) подключён отдельный преобразователь частоты ((1-3)…(N-3)), а к обмотке (1…N) синхронного генератора (12) - отдельный преобразователь энергии ((1-18)…(N-18)), причём питающие цепи указанных преобразователя частоты (N-3) и преобразователя энергии (N -18) подключены к одной секций шин (N-1), при этом один из преобразователей частоты и преобразователей энергии является ведущим, другие - ведомыми, а к каждой секции шин (N-1) подключён ввод электрической энергии, где: N - номер секции шин в питающей сети (1), номер обмотки на статоре испытываемого электродвигателя (7), номер обмотки на статоре синхронного генератора (12).

Питающая сеть (1) стенда выполнена в виде отдельных секций шин (СШ) (1-1…N-1) распределительного устройства, к которой подключён ввод электрической энергии, количество которых равно количеству обмоток на статоре испытываемого двигателя (7), статор синхронного генератора (12) выполнен также с тем же количеством обмоток, что и испытываемый электродвигатель (7). К каждой секции шин через сетевой выключатели ((1-2…N-2)) подключён один из преобразователей частоты ((1-3…N-3)), питающий одну из обмоток статора испытываемого двигателя ((1-7…N-8)). А каждый преобразователь энергии ((1-18…N-18)) подключён к одной из обмоток синхронного генератора ((1-12…N-12)) и к соответствующей секции шин ((1-1…N-1)) питающей сети (1) через сетевой выключатель ((1-17…N-17)). Причём питающие цепи каждого преобразователя частоты (N-3) и преобразователя энергии (N-18) подключены к соответствующей одной секций шин (N-1). При этом один из преобразователей частоты и преобразователей энергии является ведущим, другие - ведомыми.

Таким образом, стенд автоматизированный энергосберегающий по схеме структурной (см. фиг. 2) обеспечивает испытание электрического двигателя (7) большой мощности, например, морского исполнения, при подключении преобразователя частоты (3) к одной из обмоток испытываемого электрического двигателя (7) и к одной из обмоток синхронного генератора (12) преобразователя энергии (18), так и при подключении преобразователей частоты (3) ко всем обмоткам испытываемого электрического двигателя (3) и ко всем обмоткам синхронного генератора (12) преобразователей энергии (18).

В этом случае наведённая электрическая энергия в каждой обмотке синхронного генератора (12), к которой подключён преобразователем энергии (18), преобразуется в электрическую энергию и возвращается в ту же секцию шин (N-1) питающей сети (1), к которой подключены преобразователь частоты (3) и преобразователь энергии (18).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для натурных промышленных исследований и испытаний различной электрической аппаратуры и электрических машин. Устройство содержит питающую сеть, преобразователь частоты, электродвигатель, устройство нагрузочное, автоматизированную систему управления, преобразователь системы возбуждения. При этом устройство нагрузочное включает преобразователь энергии и электрическую машину, выполненную в виде синхронного генератора с обмоткой возбуждения. Преобразователь энергии содержит преобразователь постоянного тока, звено постоянного тока, инвертор зависимый, ведомый сетью, систему управления, реактор токоограничивающий, через который инвертор зависимый подключён к питающей сети преобразователя частоты. Автоматизированная система управления стендом выполнена в виде программно-технического комплекса, состоящего из автоматизированного рабочего места, устройства управления стендом, которое содержит систему управления стендом, систему сбора и обработки данных, блок измерения параметров синхронного генератора. Технический результат заключается в уменьшении потребления электрической энергии. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Стенд автоматизированный универсальный энергосберегающий для испытаний преобразователей частоты, электродвигателей, частотно-регулируемых электроприводов,

содержащий:

питающую сеть (1) с выключателями (2, 17);

преобразователь частоты (3) с системой управления и защиты, подключённый входом к сети питания;

электродвигатель (7) с датчиком частоты вращения (8), датчиками тока (6), датчиками напряжения (5);

устройство нагрузочное,

автоматизированную систему управления,

отличающийся тем, что содержит преобразователь системы возбуждения,

при этом

устройство нагрузочное включает преобразователь энергии (18) и электрическую машину, выполненную в виде синхронного генератора (12) с обмоткой возбуждения (13),

при этом преобразователь энергии (18) содержит: преобразователь постоянного тока (185); звено постоянного тока (184); инвертор зависимый (183), ведомый сетью; систему управления (181); реактор токоограничивающий (182), через который инвертор зависимый (183) подключён к питающей сети (1) преобразователя частоты (3),

при этом задающий выход системы управления (181) преобразователя энергии (18) соединён с входом преобразователя (14) системы возбуждения синхронного генератора (12),

автоматизированная система управления (23) стендом выполнена в виде программно-технического комплекса, состоящего из автоматизированного рабочего места (22), устройства управления стендом (23), которое содержит систему управления стендом (231), систему сбора и обработки данных (232), блок измерения параметров (233) синхронного генератора,

при этом входы системы сбора, обработки данных соединены с выходами:

выключателей питающей сети (2, 17);

системы управления преобразователей частоты (3);

системы управления преобразователя энергии (18);

датчиков оборудования стенда, а именно датчиками: тока (6), напряжения (5), температуры (9), вибрации (10);

при этом выходы системы сбора, обработки данных соединены с входами системы управления стендом и блока измерения параметров синхронного генератора,

при этом выходы системы управления стендом соединены с входами: управления сетевых выключателей (2, 17); преобразователей частоты (3); преобразователей энергии (18); автоматизированного рабочего места (22), выходы которого соединены с системой управления стендом (231),

причём выходной сигнал задания на частоту вращения электродвигателя (7) системы управления стендом (231) соединён с входом системы управления преобразователя частоты (3),

причем выходы датчиков синхронного генератора, а именно датчиков: тока (21), напряжения (19), коэффициента мощности (20) обмотки, а также выход датчика частоты вращения (8) электродвигателя соединены с блоком измерения параметров (233) синхронного генератора,

и выходной сигнал блока измерения параметров (233) соединён с системой управления (181) преобразователя энергии (18).

2. Стенд автоматизированный по п. 1, отличающийся тем, что электродвигатель (7), синхронный генератор (12) выполнены с несколькими обмотками (1..N) на одном сердечнике статора с фазовым сдвигом между ними или без него, и к каждой обмотке (N) статора электродвигателя (7) подключён преобразователь частоты (N-3), а к каждой обмотке (1..N) статора нагрузочного синхронного генератора подключён преобразователь энергии (N-18), причём один из преобразователей частоты (N-3) и преобразователей энергии (N-18) является ведущим, а остальные - ведомыми, при этом питающая сеть (1) стенда выполнена в виде нескольких секций шин распределительного устройства, количество которых равно количеству обмоток (N) на статоре электродвигателя и синхронного генератора, и к каждой секции шин (N-1) через выключатели подключён ввод электрической энергии, при этом преобразователь частоты (N-3), питающий одну обмотку (N-7) статора электродвигателя, и преобразователь энергии (N-18), преобразующий электрическую энергию одной обмотки синхронного генератора в электрическую энергию секции шин (N-1) распределительного устройства питающей сети, к которой преобразователь частоты и преобразователь энергии подключены, и возвращающий электрическую энергию в ту же секцию шин (N-1), к которой они подключены.

3. Стенд автоматизированный по п. 1 или 2, отличающийся тем, что:

устройство управления (23) стендом выполнено в виде контроллеров с модулями питания, центральным процессором, модулями ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов с алгоритмами управления стендом: автоматического сбора, обработки состояния и параметров оборудования стенда, автоматического регулирования параметров, защиты, блокировок, сигнализации, сообщений, реализованных рабочими программами по видам испытаний,

и автоматизированное рабочее место (22), выполненное в виде микропроцессорных устройств: контроллера сенсорной панели, блока центрального процессора персонального компьютера, сервера базы данных с программным обеспечением: рабочими алгоритмами сигнализации, сообщений, управления стендом верхнего уровня.