Способ испытания электрической машины Советский патент 1986 года по МПК G01R31/34 

й

Cpue.i

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к методам испытания крупных электрических машин (КЭМ), и может быть использовано на электромашиностроительных заводах для проведения ресурсных испытаний в пусковых режимах.

Режим ресурсных испытаний КЭМ переменного тока по процессам при пуске количественно и качественно долже соответствовать таковым при реальных условиях работы с механизмом в экс- плуатадии, а именно: по энергии, выделенной в роторе и статоре при пуске, по времени пуска, по краткости пускового тока и мощности.тепловыделений в статоре и роторе, по частоте токов в обмотках статора и ротора в функции времени и частоты вращения, по распределению температур по объемам обмоток в функции времени и частоты вращения, как итог - по напряжениям от электродинамических5 механических и термомеханических усилий в обмотках и элементах машин в функции времени и частоты вращения.

Цель изобретения - снижение массо-. габаритных характеристик испытательного оборудования и уменьшение потерь энергии при испытаниях.

На фиг, 1 показана схема испытаний для реализации предлагаемого способа; на фиг, 2 - то же, но с использованием внешней магнитной системы, установленной на маховике, на фиг.З - то же, при объединении вспомогательного двигателя и маховика в одну машину, например, с массивньп ротором; на фиг. 4 - то же, с несколькими вспомогательными двигателями,на фиг. 5 - то же, с регулируемым источником.

На фиг. 1 испытываемый двигатель 1 сопряжен с всу омогательным генератором 2, имеющим обмотку 3 возбуждения, и подключен к сети 4 номинального напряжения выключателем 5. Вспомогательный генератор 2 электрически наглухо соединен с вспомогательньгм двигателем 6, который сопряжен с маховиком 7. Номинальную частоту вращения вспомогательного двигателя 6 и маховика 7 выбирают более высокой, чем номинальная частота вращения испытываемого двигателя 1, Так как энергия, затрачиваемая на разгон инерционных масс, пропорциональна квадра

5

0

5

5

5

ту частоты вращения, то повышение частоты вращения вспомогательного двигателя 6 и маховика 7 (электрическая мультипликация) позволяет уменьшить момент инерции инерционньк масс в квадр ате отношения номинальных частот вращения вспомогательного 6 и испытыЕ1аемого 1 двигателей (квадрату передаточного отношения электрического мультипликатора)5 т.е. для машин с относительно невысокой частотой враш.ения в десятки раз. С этой же целью целесообразно некоторое повышение частоты вспомогательного генератора 2 против стандартной за счет использования вспомогательного генератора 2 с несколько меньшей номи- .нальной частотой . Например, вспомогателькьм генератор 2 на 500 об/мин, сопряженный с испытуемым двигатбшем 1 на 600 об/мин, позво- ляет дополнительно уменьшить момент инерции маховика на 44%. Позицией 8 обозначены обмотки возбуждения маховика, 9 - еще один вспомогательный двигатель,, а 10 - регулируемый источ ник.

Ресурсные испытания двигателя 1 производятся следующим образом: включают испытуемый двигатель 1 выключателем 5 на сеть 4; на обмотку 3 возбуждения вспомогательного генератора 2 подключают форсированное напряжение возбу;кдения; разгоняют испытуемый двигатель 1 с вспомогате.т1ьньш генератором 2 прямьпч пуском, а вспомогательный двигатель 6 с маховиком 7 частотным пуском до номинальной частоты вращенияJ отключают обмотку 3 возбуждения генератора 2 и оставляют вспомогательный двигатель 6 с маховиком 7 на выбеге; охлаждают включенный на сеть 4 двигатель 1 на холостом ходу, генератор 2 вращается при этом с отключенной обмоткой 3 возбуждения; отключают испытуемьй двигатель 1 от сети 4 и подключают снова обмотку возбу;ждения генератора 2, тормозят испыгуемьй двигатель 1 вспомогательным генератором 2 на остановленный вспомогат1гльн1ый двигатель 6, сопря- женнъй с маховиком 7,

Далее процесс испытаний повторяют, Частота вспомогательного генера- 55 тора 2 при пуске испытуемого двигателя 1 JxnaBHo повышается от нуля до номин.альной, поэтому пуск вспомога- ,тельного двигателя.6 осуществляется

10

20

25

частотным на рабочей части характеристики без пусковых токов, т.е. вспомогательные двигатели 6 и вспомогательный генератор 2 не подвергаются износу от пусковых токов и нагревов, В зависимости от соотношения величин максимального момента испытуемого

двигателя 1 и вспомогательного двигателя 6, и величины продольного синхронного реактивного сопротивления вспомогательного генератора 2 мощность вспомогательного генератора 2 и двигателя 6 может быть снижена в 1,5-2 раза по сравнению с номинальной мощностью испытываемого двигате- ts ля 1, Небольшой размер маховика 7 и применение стандартных вспомогательных генератора 2 и двигателя 6 позволяет снизить первоначальные затраты. Снижаются также и энергозатраты- на испытания, так как сразу по достижении номинальной частоты вращения вспомогательного двигателя 6 с маховиком 7 снятием возбуждения с вспомогательного генератора 2, он переводится в режим своьодного выбега, а для охлаждения продолжает вращаться на холостом ходу испытываемый двигатель 1 и вспомогательный генератор 2 в режиме болванки. Расчеты показывают, что время охлаждения для КЭМ (испытуемый двигатель 1) с тяжелыми условиями пуска оказывается достаточным, чтобы вспомогательный двигатель 6 с маховиком 7 успели остановиться при свободном выбеге за счет механических потерь: вентиляционных, трения в подщипниках. Это позволяет отказаться от специального торможения маховика 7 внешним магнитным полем, специальной магнитной системы и, соответственно, снять проблему нагрева поверхности маховика 7 при интенсивном торможении. Если вспомога-. тельный двигатель 6 с маховиком 7 не успевают остановиться за время охаждения испытуемого двигателя 1, то в них искусственно увеличивают потери, например вентиляционные.

После окончания охлаждения испы- 50 уемого двигателя 1 вспомогательный енератор 2 снова возбуждается, и орможение испытуемого двигателя 1 вспомогательного генератора 2 прозводится потерями короткого замыка- 55 ия в неподвижном вспомогательном вигателе 6 и потерями в вспомогательом генераторе 2. Величина тормозно30

35

40

45

10

20

25

ts05 30

5

0

5

го момента и соответственно пускового момента вспомогательного двигателя 6 в процессе всего торможения выбираются такими, чтобы последний был меньше момента сопротивления трога- ния вспомогательного двигателя 6 С маховиком 7. Так как момент инерции испытуемого двигателя 1 и вспомогательного генератора 2 составляют малую часть общего эквивалентного приведенного момента инерции, то торможение сравнительно небольшим тормозным моментом оказывается недлительным .

Вспомогательный двигатель 6 и вспомогательный генератор 2 работают в цикле кратковременно, на рабочей части характеристики при пуске с небольшими кратностями тока. Расчеты . показывают, что нагрев их укладывается в номинальные величины со значительным запасом.

На фиг. 2 изображена схема с использованием внешней магнитной системы, устанавливаемой на маховике 7 (изображена в виде обмотки 8 возбуждения маховика 7) с целью дальнейшего снижения момента инерции маховика И регулирования времени пуска.

Порядок проведения испытаний такой же, как описан Bbmje, только одновременно с формировкой возбуждения вспомогательного генератора 2 на время пуска подключают также обмотку 8 возбуждения маховика 7 и при необходимости по заданному закону изменяют величину тока возбуждения в ней. В массиве маховика 7 при этом создаются потери, тормозной момент которых зависит от заданного закона изменения возбуждения. Например, при неизменном возбуждении момент сопротивления для массива в функции частоты вращения примерно постоянен, т.е. эквивалентен моменту инерции. Если этот постоянный тормозной момент, приведенный к валу испытуемого двигателя 1 (пропорционально отношению номинальных частот вращения), составит, например, половину среднего избыточного момента испытуемого двигателя 1, то момент инерции маховика 7 может быть снижен вдвое. Момент инерции маховика 7 может быть снижен обратно пропорционально относительно величине остаточного избыточного момента испытуемого двигателя 1. Энергия, выделившаяся в массиве махови. 5 1

ка 7 пропорциональна величине этого изъятого момента инерции.

Нестационарный нагрев поверхности маховика 7 и минимальная величина (провалы) вращающего момента истыпуе мого двигателя 1 являются пределом уменьшения размеров маховика 7. Реально достижимо уменьшение момента инерции маховика 7 этим способом в два-три раза.

Изменяя, величину тока оЕжотки 8 возбуждения , можно менять время пуска испытуемого двигателя или использовать вспомогательный двигатель 6 и маховик 7 для испытаний других КЭМ с другим эквивалентным моментом инерции. Если же за время охлаясдения испытуемого двигателя 1 вспомогательный двигатель 6 с маховиком 7 не ус- пеет остановиться и останется на ползучей скорости, можно дотормажи- вать их предварительным возбуждением обмотки 8 возбуждения. При этом в маховике 7 выделится малое количест- во энергии, практически не влияющее на последующий нагрев при пуске. Естественно при необходимости и надлежащем охлаждении обмотка 8 возбуждения может быть использована как при пуске, так и при торможении испытуемого двигателя 1, например, в повторно-кратковременных режимах с

На фиг. 3 приведена схема при объединении вспомогательного двигателя 6 и маховика 7 в один объединенный вспомогательный двигатель 6, например, с массивным ротором. В этом случае целесообразно применение повышенной частоты (100-200 Гц) вспомогательного генератора 2 и повьпиенной частоты вращения вспомогательного двигателя 6(100-200 Гц). Тогда уменьшение требуемого момента инерции может быть достигнуто в сотни раз. Кратковременность работы такой машины при наибольших частотах вращения, мальй требуемый общий ресурс работы и отсутствие требований по величине потерь при сравнительно легком частотном пуске упрощают изготовление таких машин. Порядок проведения испытаний аналогичен предыдущим.

На фиг, 4 изображена схема, когда к одному генератору 2 подключают несколько вспомогательных двигателей 6j 9 и т.д. с уменьшенным моментом инерции, что расширяет возможности применения наличного или стандартно

5 10

j уд 25

5

5

0

6056

го оборудования, а также ступенчатое регулирование времени пуска испытуемого двигателя 1, Операции при ресурсных испытаниях аналогичны въш1е- прив«;денным.

На фиг, 5 изображена схема для ресурсных испытаний машин от регулируемого источника 10 с регулируемым напряжением или регулируемым частотой и напряжением, в котором,для более экономичной имитации инерционных свойств и момента сопротивления приводимого объекта все изложенные выше способы применяют для машин, работаю- 1ЦИХ в переменньк по частоте и направлению вращения разгонных и тормозных режимах, в том числе дпя машин постоянного тока. Такие испытания могут применяться, например, для тяговых или прокатных машин, работающих в переменных режимах. В случае инерционное устройство и создаваемый им момент сопротивления (магнитной системой маховика) используется непрерывно при разгонах и торможениях, реверсах и установившемся режиме работы, если последний кратковременен и экономически оправдан (без возврата энергии). Все управление режимами осуществляется напряжением (и частотой) регулируемогр источника 10, а возбу;кдение вспомогательного генератора 2 постоянно. Возбуждение магнитной системы маховика 7 может меняться по требуемому закону изменения мо- сопротивления.

Пpe длaгaeмый способ бьш проведен при пусковых испытаниях электродвигателя А,ЦО 3150/1000 У1, мощностью 3150.1сВт, 1000 об/мин, для которого бьшо необходимо инерционное устройство с эквивалентным моментом инерции 10500 кгм при моменте инерции двигателя 750 кгм. В качестве вспомога- тельно1 о генератора 2 использовалась синхронная машина ДС1812-8,2200 кВт, 750 об/мин с моментом инерции 1070 кгм разрешающая длительную работу при 1000 об/ьшн. Вспомогательный двигатель 6 типа АЗС-3200, 3200 кВт, 3000 с моментом, инерции 129 кгм бып сопряжен с машиной ФАЗМ- 4000, использованной в качестве маховика 7 с моментом инерции 235 кгм. Обе машины разрешают работу при 4000 об/мин. При работе по схеме фиг. 1 был получен суммарный эквивалентный момент инерции 1 7644кгм и время пуска tn 27 с.

Для увеличения момента инерции до требуемого значения 10500 кгм к генератору 2 дополнительно подключается еще один вспомогательный двигатель 9 (фиг. 4), в качестве которого .используют электродвигатель АТМФ- 2500, 2500 кВт, 3000 об/мин с момей- том инерции 161 кгм, тогда суммарный эквивалентный момент инерции l 10220 кгм2 и время пуска tn 35,8 с.

Комбинацией различных сочетаний указанных вспомогательных двигателей 6 и 9 быпо получено четьфе значения эквивалентного момента инерции и времени пуска: tn 6,6; 15,6,- 27 и 35,8 с, позволивших определить нелинейную зависимость исследуемых параметров от времени пуска. Последовательность операций при испытаниях соответствовала вышеописанной методике.

Изобретение по сравнению с известным способом позволяет уменьшить первоначальные затраты на организацию ресурсных испытаний, которые для машин с тяжелыми условиями пуска и частотой, вращения ниже 10 1/с были практически неосуществимы и для которых особенно велик эффект, энергоемкость испытаний, расширить применимость одного и того же оборудования для испытания машин разной мощности и частоты вращения.

Формула изобретения

1. Способ испытания электрической машины по методу нагрузки на систему генератор - двигатель, включаннций механическое сопряжение испытуемого двигателя со вспомогательным генератором, подключение последнего к вспомогательному двигателю, сопряженному с маховиком, путем подключения

4

446058

испытуемого двигателя к сети, разгона до номинальной частоты вращения, , перевода в режим холостого , электрического торможения при отклю- 5 чении от сети, отличающий- с я тем, что, с целью снижения мас- согабаритных характеристик испытательного оборудования и уменьшения потерь энергии при испытаниях, выби10 рают номинальную частоту вращения вспомогательного двигателя вьпие, чем испытуемого, одновременно с подключением испытуемого двигателя к сети подают форсированное напряжение на

15 обмотку возбуждения вспомогательного генератора и производят частотный разгон вспомогательного двигателя с маховиком, после достижения испытуе- мьм двигателем номинальной частоты

20 вращения отключают обмотку возбуждения вспомогательного генератора и переводят испытуемый двигатель в режим холостого хода, далее одновремен но с отключением испытуемого двига-

25 теля от сети подключают обмотку возбуждения вспомогательного генератора, производя электрическое торможение испытуемого двигателя и вспомогательного генератора на вспомога30 тельный двигатель, остановившийся после свободного выбега.

2. Способ по п. 1, отличаю

щ И и с Я тем, что, на маховике размещают внешнюю магнитную систему с обмоткой возбуждения маховика, подключают ее во время пуска испытуемого двигателя и, изменяя ток возбуждения по заданному закону, создают дополнительный тормозной момент, например постоянный и эквивалентный время пуска динамическому моменту, пропорциональному моменту инерции,

3. Способ попп. 1 и 2, отличающийся тем, что вспомогательным генератором соединяют несколько вспомогательных двигателей.

5

0

m

фиг. 5

фиг Л

8

Редактор Н.Слободяник

Составитель В.Никаноров Техред И.Попоаич Корректор М.Демчик

Заказ 3911/49Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобрете -шй и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

(рие 5

Изобретение относится к методам испытания крупных эл. машин. Целью изобретения является уменьшение потерь энергии при испытаниях и снижение массогабаритных х-к испытательного оборудования. Способ включает механическое соединение испытуемого двигателя 1с вспомогательным генератором 2, подключение последнего к вспомогательному двигателю 6, сопряженному с маховиком 7, разгон до номинальной частоты вращения, перевод в режим холостого хода и торможение при отключении от сети. Частоту вращения двигателя 6 выбирают выше, чем двигателя 1. На обмотку возбуждения генератора 2 подают форсированное напряжение, разгоняют двигатель 6, после достижения двигателем 1 номинальной частоты вращения отключают обмотку генератора 2 и переводят двигатель 1 в режим холостого хода. Обмотку возбуждения генератора 2 под- . ключают к сети, производя эл. торможение двигателя 1 и генератора 2. Способ позволяет уменьшить энергоемкость испытаний за счет применения, одного и того же оборудования, 2 з.п. ф-лы, 5 нл. i СЛ ю 4 сл