Способ испытания асинхронного электродвигателя Советский патент 1984 года по МПК G01R31/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам испытани под нагрузкой электрических двигателей, в частности асинхронных, без механического их соединения с нагрузочным устройством, и может быть использовано для испытания электрических машин на заводах-изготовителях двигателей, а также на предприятиях, осуществляющих их ремонт. Известен способ 1 спытания асинхронных двигателей, при котором двигатель запускают на холостой ход от сети, после чего отключают одну из его фаз и замыкают ее на регулируемое сопротивление (активное или реактивное) . Регулируя величину сопротивления, регулируют ток в статорной обмотке 1 J. Недостатком данного способа является несоответствие потерь и нагревов элементов машины потерям и нагревам в номинальном режиме нагрузки. Кроме того, потери в статоре неравномерны по фазам, а потери в роторе из-за наличия поля обратной последовательности очень далеки от номинальных как по составу, так и по в еличине. Известен способ, заключающийся в том, что два одинаковых двигателя включаются началами фаз в сеть, концы двух фаз одного двигателя подсоединяют к одному концу фазы другого двигателя, конец третьей фазы подключают к двум концам второго двигателя. Между этими точками включают машину постоянного тока. Испытываемые двигатели запускают от сети на холостом ходу, запускают и возбуждают машину постоянного тока и, регулируя возбуждение машины постоянного тока, регулируют ток в испытьгоаемых машинах до необходимой величины. При напряжении и постоянном токе Л сети -1,06Эцдд создается режим, соответствующий номинальному 2. Недостатком этого способа, в котором двигатели питают одновременно переменньпу и постоянным токами, является то, что составляющие потерь в стаг торе и роторе испытываемой машины не соответствуют номинальным из-за наличия постоянного поля в зазоре. Потери в роторах крупных машин, работающих с вытеснением тока в роторных стержнях в этом случае особенно велики. Отличны от номинальных и потери в торцовых частях статора. Вследствие этого и нагревы элементов машин не соответствуют номинальным. Кроме того, требуется наличие шести выводных концов и дублирующей машины, что накладывает определенные ограничения на применение способа. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ испытания асинхронного электродвигателя при имитации нагрузки, заключающийся в том, что электродвигатель запускают на холостом ходу при номинальном напряжении основной частоты, модулируют низкой частотой напряжение пита|Ния, измеряют ток, потребляемый электродвигателем, и, регулируя глубину и частоту модуляции напряжения питания, устанавливают ток статора равным наперед заданному значению. Указанньй способ испытания асинхронного двигателя без механического сочленения его с нагрузкой производят путем питания его одновременно от двух источников напряжения разной частоты, например 50 и 60 Гц, или 50 и 40 Гц (метод двух частот), что достигается последовательным соединением этих источников с испытываемой нагрузкой. Для осуществления нагрузки по методу двух частот испытываемый двигатель запускают от источника основной частоты при номинальном напряжении, и затем возбуждают источник дополнительной частоты до загрузки двигателя номинальным током. При этом в испытьшаемом двигателе происходит биение айплитуды и частоты результирующего напряжения, колебание скорости вращения ротора, появлеЯие токов статора и ротора, появление потерь и нагревов зЗ. Недостаток известного способа низкая достоверность испытаний из-за несоответствия потерь и нагревов номинальным, особенно в роторе. Это связано с тем, что скольжение ротора относительно напряжения дополнительной частоты, создающей ток в роторе, велико и практически достигает раз- ности основной и дополнительной частот. Для машин с вытеснением тока в роторе и небольшим номинальным скольжением это приводит к большим потерям в роторе. Кроме того, способ требует значительного количества оборудования два изолированных от сети источника напряжения. Использовать в качестве 31 одного из источников (основного или дополнительного) сеть нельзя, так как биения сказываются на других потребителях, питаемых от этой сети. Целью изобретения является повыше ниё точности испытаний за счет приближения условий испытания к зксплуатационным. Поставленная цель достигается тем что согласно способу испытаний асинкронного электродвигателя при имитации нагрузки, заключающемуся в том, что электродвигатель запускают от ис точника питания на холостом ходу при номинальном напряжении основной частоты, модулируют низкой частотой напряжение питания, измеряют ток, потребляемый электродвигателем, и, регулируя глубину и частоту модуляции напряжения питания, устанавливают ток статора равным наперед задан ному значению, в качестве источника питания используют генератор с много фазной симметричной обмоткой возбуждения на роторе, для модуляции на пряжения питания электродвигателя пе риодически изменяют частоту тока воз буждения ротора генератора по закону ,, где io SI -амплитуда изменения частоты -частота изменения частоты; . fc -время, а для установления тока статора элек тродвигателя наперед заданному значению увеличивает амплитуду изменения частоты тока возбуждения генератора и частоту ее изменения, при этом, регулируя уровень тока возбуждения, устанавливают номинальное зна чение напряжения питания электродвигателя . Приводной двигатель выбирают с мягкой механической характеристикой. Моменты инерции испытываемого двигателя и генератора, если они недос- . таточны, увеличивают путем присоединения к ним дополнительных масс, например маховиков. Питание испытываемого двигателя генератором с многофазньгм роторм, возбуждаемым токами периодически изменяющейся частоты, приводит к колебаниям скорости вращения испытываемо го дригателя, так как частота выходного напряжения такого генератора из меняется соответственно изменению частоты возбуждения, поскольку зависит от вращения ротора и частоты вра 1 ения поля ротора относительно ротора. Колебания скорости вращения привоят к появленио динамического момента, скольжения и тока нагрузки. Динамический момент двигателя рагде J - момент инерции ротора двигателя;U) - угловал частота вращения ротора, с другой стороны, момент асинхронного двигателя в рабочей зоне по характеристике пропорционален скольжениюгде М I 9 - номинальные значения момента и скольжения двигателя. Поэтому, чтобы получить среднее значение момента, соответствующего номинальному, например, при синусоидальных колебаниях момента достаточно иметь максимальное значение момен макс- У ср« что ниже его критического значения, которое в двигателях всегда больше двойного номинального. При этом среднему номинальному значению момента будет соответствовать среднеквадратичное значение тока, соответствующее номинальному. Таким образом, среднее значение момента и среднеквадратичный ток, соответствующий номинальному значению для испытываемого двигателя, достигается при значении скольжения ниже критического (в рабочей зоне характеристики) . Следовательно, потери по характеру и месту их вьщеления соответствуют эксплуатационным. Из (1) следует, что при большей величине момента инерции испытываемого двигателя для получения необходимой нагрузки требуется меньшее значение ускорений , т.е. меньшая частота качаний скорости и соответственно меньший диапазон регулирования частоты возбуждения. Поэтому для облегчения регулирования момент инерции испытываемого двигателя (особенно малоинерционного) полезно увеличить путем присоединения к нему дополнительной массы, например маховика. При качании скорости испытываемый двигатель обменивается соответствующей мощностью с генератором. Средняя мощность двигателя (без учета потерь в нем) Ьпределяется выражением PA8-2 1 1 где ш - номинальное значение углово частоты вращения двигателяi UUJ - величина изменения угловой частоты вращения; - частота колебаний скорости; k - коэффициент пропорциональности. Чтобы эту мощность получить за счет кинетической энергии вращающихс масс ротора генератора и его приводного двигателя, а не за счет питающе сети, механическая характеристика приводного двигателя должна быть более мягкой по сравнению с характерис тикой испытываемого двигателя. В это случае мощность генератора (без учета потерь) определяется выражением , и;. Л1-и, F Р суммарный момент инерции где 2 роторов генератора и приводного двигателяJ номинальное значение углово частоты вращения генератора величина изменения угловой частоты; частота колебания частоты вращения; коэффициент пропорциональности. Из (3) следует, чем больше момент инерции роторов генератора и приводного двигателя (Jj) меньше колебания скорости и частота этих коле баний для получения необходимой мощности. Увеличение момента инерции 2 путем присоединения дополнительной массы допускает снижение требований к мягкости характеристики приводного двигателя. При мягкой характеристике приводного двигателя мощность его близка к мощности потерь в генераторе и испытываемом двигателе (примерно удвоенной мощности потерь испытьшаемого двигателя), а мощности сети, питающей приводной двигатель, равна его мощности плюс мощность его потерь. В конкретных случаях возможно при менение двигателя с более жесткой характеристикой, это потребует соот ветственно большей мощности двигателя и сети, но не затрат энергии. Затраты энергии на производство испытаний относительно невелики и определяются суммой потерь в испытываемом двигателе, генераторе, его приводном двигателе и устройствах возбуждения примерно на 5-10% больше удвоенных потерь в испытываемом двигателе. Это свидетельствует об экономичности предлагаемого способа. На фиг.1 показан характер изменения частоты выходного напряжения генератора при возбуждении его ротора системой токов периодически изменяющейся низкой частоты (где - частота, t - время)i на фиг.2 - схема установки, реализующей способ испытания асинхронных электродвигателей без механического сочленения с нагрузкой. Установка содержит испытываемый двигатель 1, электрически соединенны с генератором 2, имеющим многофазную обмотку возбуждения и вращаемым приводным двигателем 3, питаемым от сети. Генератор 2 возбуждают источнико (преобразователем) низкой частоты 4, допускающим регулирование тока и час тоты по -заданному закону. В качестве генератора 2 можно использовать любу машину с многофазным ротором, мощность которой не менее мощности испь тываемого двигателя (например, электродвигатель с фазным ротором) на лк бую частоту вращения, так как испыть ваемый двигатель 1 и генератор 2 сое динены только электрически и, даже, на любое напряжение, поскольку его можно согласовать с помощью трансфор матера. В качестве приводного двигателя 3 используется любой двигатель с относительно мягкой характеристико; например двигатель постоянного тока или асинхронный двигатель с фазным, ротором, у которых механическая характеристика регулируется введением дополнительных сопротивлений в цепь якоря или ротора, либо выбирается асинхронный двигатель с повьшенным скольжением. В качестве источника возбуждения низкой частоты 4 может быть применен, например, машинный или тиристорный преобразователь. Испытание по данному способу осуществляется следующим образом. Испытываемый двигатель 1 запускают на холостом ходу от генератора при нулевой или близкой к нулевой частоте возбуждения. Регулированием величины

тока возбуждения устанавливается номинальное напряжение на испытуемом двигатеЛе I. ,

Затем регулируют частоту токов возбуждения, плавно увеличивая амплитуду изменения и частоту изменения до загрузки испытываемого двигателя 1 током, среднеквадратичное значение которого соответствует необходимому для испытания, например номинальному.

Измерение мощности потерь испытуемого двигателя может быть вьтолнено, например, с помощью счетчика активной энергии с измерением времени, а напряжения и токов - обычными небыстродействующими приборами.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с базовьм объектом-прототипом позволяет получить достоверные результаты испытаний под нагрузкой, поскольку испытываемьй двигатель нагружаясь средним моментом и среднеквадратичным током, соответствующим номинальным при номинальном напряжении, работает в пределах рабочей части характеристики (при скольжении ниже критической величины).

Кроме того, способ требует минимального количества оборудования, небольшой мощности питающей сети, а следовательно, небольших капитальных затрат для его осуществления; позволяет сократить расход электроэнергии на испытания, так как он определяется потерями в испытываемом двигателе и используемом оборудовании, а его количество невелико, и непосредственно у изготовителя быстро получить достоверные результаты испытаний для машин сочленение которых для этого на заводе-изготовителе с нагрузкой техничес,ки и экономически чрезвычайно трудно.

СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИ ИМИТАЦИИ НАГРУЗКИ, заключающийся в том,что электродвигатель запускают от источника питания на холостом ходу при номинальном напряжении основной частоты, модулируют низкой частотой напряжение питания, измеряют ток, потребляемый электродвигателем, и, регулируя глубину и частоту модуляции напряжения (--.L.oтания, устанавливают ток статора равным наперед заданному значению, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытаний за счет приближения условий испытания к эксплуатационным, в качестве источни1$а питания используют генератор с многофазной симметричной обмоткой возбуждения на роторе, для модуляции напряжения питания электродвигателя периодически изменяют частоту тока возбуждения ротора генератора по закону frf SinSlt , где fp - амплитуда изменения частоты; 57 - частота изменения частоты} (Л t - время, а для установления тока статора электродвигателя наперед заданному значению увеличивают амплитуду изменения частоты тока возбуждения генератора и частоту ее изменения, при этом, регулируя уровень тока возбуждения, устанавливают номинальное значение на00 пряжения питания электродвигателя.