УСТРОЙСТВО для ИСПЫТАНИЙ ДВИГАТЕЛЯ Советский патент 1970 года по МПК G01L3/22 

Изобретение относится к устройствам для испытания двИгателей (после их .изготовления или редмонта) под нагрузкой с рекуперацией энергии IB сеть и рекомендуется для применения .на предприятиях, .изготовляющих и ремо-нтирующих двигатели и приводы различных механизмов.

Существующие нагрузочные устройства либо поглощают мощность испытуемых двигателей при работе, как правило, с нагрузочными генераторами nocTOHHHoro тока, либо обеспечивают рекуперацию энергии в сеть при работе € нагрузочными генераторами переменного тока, вырабатывающими ток промышленной частоты. В этих устройствах регулирование «агрузочното момента иснытуемых двигателей производится в звене, преобразующем механическим путем скорость испытуемого двигателя в синхронную скорость нагрузочного синхронного тенератора.

Предлагаемое нагрузочное устройство обеспечивает рекуперацию энергии в сеть при использовании тенераторов -как постоянного, так и Переменного тока и дает возможность регулировать нагрузочный момент генератора перемевного тока так же, как и генератора постоянного тока, т. е. изменением тока возбуждения.

татор, аноды (катоды) каждой из групп которого, состоящих из трех согласно включенных управляемых вентилей, подсоединен) к Koiiтакторам.

Кроме того, для обеспечешьч 1остоянст а угла зажигания вентилей их упра- ля1ои; о электроды подсоединены через диоды ,ко вторичным обмоткам коммутпруюп1,его тра 1сформатора, первиЧ| 1ая обмотка которо о включена в сеть.

На фиг. 1 представлена приициннальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - график Напряжений на токосбориых груипах преобразователя и кривая нанряжения сети.

Испытуемый двигатель J соединяют либо с нагрузочным синхронным генератором 2, об.мотка возбуждения которого питается от независимого источника постоянного тока через регулятор 3 возбуждения, либо с нагрузочным генератором 4 постоянного тока, обмотка возбуждения которого питается через регулятор 5 возбуждения. Генератор 2 или генератор 4 подключают к промышленной сети через зависимый статический преобразователь 6 и контакты 7 коммутирующего устройства. Силовая часть преобразователя 6 собрана на вентнлях 8. Система управления вентилями является системой, управляемой промышленной сетью, и содержит коммутирующие трансформаторы 9 напряжения i диоды 10.

Механическая энергия испытуемого двигателя 1 превращается в нагрузочнОМ генераторе 2 в электрическую энергию перемеяного тока нестандартной частоты (в 1нагрузочном генераторе 4 - iB энергию постоянного тока) и отдается в промышленную сеть через зависимый статический преобразователь 6, превращающий энергию с неста:Ндартной частотой или энергию постоянного тока в энергию переменного тока промышленной частоты.

Если преобразователь 6 обеспечивает рекуперацию в сеть энергии постояаного тока, он выполняет основную функцию инвертирования, есЛ:И энергии переменного тока (Непромышленной частоты - функцию преобразователя частоты. Поэтому ниже работа устройства рассматривается применительно к указанным двум случаям.

Нагрузочный генератор 2 переменного тока приводится испытуемым двигателем / со скоростью, зависящей от нагрузки и отличной в общем случае от синхронной скорости нагрузочного генератора. Поэтому .«агрузочный генератор 2 вырабатывает энергию неремеяного тока изменяющейся частоты. В зависимом статическом преобразователе 6 эта энергия преобразуется в энергию переменного тока промышленной частоты и передается в сеть. Таким образом, обеспечивается параллельная работа нагрузочного генератора 2 с промышленной сетью.

Для испытания двигателей под нагрузкой необходиморегулировать нагрузочный момент на валу испытуемого двигателя изменением нагрузки генератора. Изменение нагрузки генератора постоянного тока, работающего нараллельно с сетью, осуществляется регулированием тока возбуждения, поэтому генератор постоянного тока может быть использован в качестве нагрузочного для испытания двигателей.

Изменение нагрузки синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, осуществляется регулированием момента приводного двигателя. Так как при иснытании двигателей регулировать момент на его валу необходимо путем изменения нагрузки генератора, то синхронный генератор нельзя использовать в качестве нагрузочного без решения вопроса о регулировании момента на валу двигателя изменением нагрузки генератора. Предлагаемое нагрузочное устройство позволяет нспользовать синхронный генератор в качестве нагрузочного, так как обеспечивает регулирование момента на валу испытуемого двигателя изменением нагрузки синхронного генератора при регулировании тока возбуждения. Таким образом, предлагаемое нагрузочное устройство обеспечивает регулирование нагрузочного момента на валу нспытуемого двигателя изменением тока возбуждения синхронного нагрузочного генератора.

которых функции выпрямления и инвертирования совмещены в одном устройстве. Каждая фаза преобразователя 6 состоит из двух трехфазных однополупериодных токосборных грунп: ноложительной ic общим катодом и .отрицательной с общим анодом. Коммутация тока между тиристорами одиой группы, а также между положительной и отрицательной группами - естественная.

На фиг. 2 изображена огибающая кривая напряжения, выпрямленного токосборными группами одной |фазы. Форма огибающей кривой зависит от частоты генератора 2. Здесь же изображена синусоида соответствующей

фазы напряжения сети (кривая 12. Следует .иметь iB виду, что под напряжением, выпрямленным токосборными группами одной фазы, в дальнейшем будет подразумеваться первая гармоническая составляющая огибающей выпрямленного нанряжения (кривая 13).

Для синхрониза-ции нагрузочного генератора с сетью необходимо равенство частоты, величины и фазы выпрямленного токосборными группами нанряжения с напряжением сети.

Равенство частоты и фазы выпрямленного напряжения генератора 2 с напряжением сети обеспечивается системой управления вентилями токосборных групп. Равенство величины напряжения обеспечивается величиной возбуждения нагрузочного генератора 2.

Частота и фаза напряжения, выпрямленного тожосборными группами, не зависит от частоты и фазы нанряжения нагрузочного генератора 2 и определяется через систему управления вентилями и фазой напряжения сети. Поэтому для синхронизации нагрузочного генератора 2 с сетью необходимо обеспечить только равенство величины напряжения, т. е. равенство амплитудных значений напряжения,

выпрямленного токосборными группами, и нанряж.ения сети, что достигается подборол соответствующего значения тока возбуждения генератора 2, В этом состоит основное отличие процесса синхронизации генератора 2 по сравнепню с процессом синхронизации синхронного генератора, работаюпдего с сетью -без промежуточного преобразователя.

Предлагаемое устройство позволяет изменить процесс приема нагрузки и отдачи в сеть

электроанергии синхронного генератора 2. Вследствие того, что тиристорный преобразователь 6 не пропускает реактивный ток, генератор 2 отдает в промышленную сеть только активную электроэнер.гию, величина которой может регулироваться током возбуждения при помощи регулятора 3. Таким образом, основная особенность регулирования приема нагрузки и в сеть электроэнергии синхронного генератора 2 заключается в том,

что величина активной нагрузки генератора регулируется возбуждением, а не моментом на валу первичного двигателя.

правление тока, Отдаваемого щ сеть, зависит от того, какая токосборная прзппа работает. В течение одного полупериода напряжения сети пропускают ток .положительные группы, а в течение другого - отрицательные. Полуволну напряжения сети, изображевную Б области положительных значений (фиг. 2), будем называть прямой полуволной, а противоположную .полуволну - обратной.

Система управления вентилями токосборных групп обеспечивает силхронизацию по частоте и фазе напряжения, выпрямленного токосбо рными группами, с частотой и фазой напряжеНия сети. Кроме того, система управления вентилями не допускает прохождения реактивйого тока от генератора 2 в сеть ,и обеспечивает прохождение энергии только в одном налравлении: от нагрузочного генератора 2 в сеть.

Система управления вентиля.ми преобразователя 6 состоит из однофазных коммутирующих трансформаторов 9 напряжения и диодов 10. Диоды 10 защищают :цени управления вентилей от обратной полуволны напряжения. Первичные обмотки однофазных трансформаторов 9 включены на фазиые нанряжения сети. Отпирающие сигналы для вентилей формируются во вторичных обмотках трансформаторов 9, .причем отпирающий сигнал «а каждый вентиль поступает от отдельной еторичной обмотки этих трансформаторов. Отпирающий сигнал для вентилей одной то:косборной группы подается на все вентили одновременно.

В преобразователе 6 управляющие сигналы имеют угол сдвига фазами 120°, вследствие того, что трансформаторы 9 включены на фазные напряже1ния сети. Поэтому рассмотрим работу системы управления для одной фазы преобразователя 6 (управление для двух других фаз происходит аналогично, но со сдвигом 120°).

Схема .предлагаемого устройства обеспечивает передачу энергии только от нагрузочного генератора 2 в промыщлевную сеть. Поэтому система управления вентилями токосборных прупп обеспечивает, отпирание той токосбор.ной группы фазы, для которой проходящая полуволна напряжения сети является обратной. Следовательно, токосборная группа пропускает ток навстречу напряжению сети под действием напряжения генератора 2 (величина тока определяется разностью моментных значений напряжений сети и генератора).

При прохождении обратной полуволны напряжения сети должна быть открыта отрицательная токосборная группа, .для которой эта полуволна является обратной. При этом отрицательная токосборная группа выпрямляет напряжение генератора 2, образуя прямую полуволну -первой гармоники выпрямленного напряжения генератора. Если амплитудное значение выпрямленной полуволны напряжения генератора 2 больще амплитудного значения .напряжения фазы сети, то через отрицательную группу потечет ток под действием прямой полуволны выпрямленного напряжения. Если ам.плитудное значение полуволяы выпрямленного напряжения генератора будет меньше а.мплитудного значения полуволны напряжения сети, то вентили, несмотря на подачу отпирающих сигналов, будут заперты. Следовательно, при прохождении обратной полуволны на:прял ен.ия сети отр.ицательная токосборная группа получает отпирающий сигнал, длительность которого равна времени прохождения полуволны. Обратная полуволна напряжения сети поворачивается на 180° в обмотках трансформатора 5 и поэтому становится отпирающей для вентилей отрицательной токосборной группы. Вторичные обмотки трансформатора 9, питающие цепи управления отрицательной группы, включены согласно

с первичной обмоткой этого трансформатора. При прохождении прямой полуволны иапрял ения сети работает положительная токосборная группа аналогично работе отрицательной токосборной группы при нрохождеНИИ обратной .полуволны. Но так как прямая полуволна напряжения сети в обмотках трансформатора 9 становится обратной для вентилей положительной группы, то вторичные обмотки, питающие цепи управления вентилей

положительной группы, включены встречно с первичной обмоткой трансформатора 5. Этим обеспечивается отпирание вентилей положительной группы при прохождении прямой полуволны напряжения сети.

Рассмотренная система управления вентилями преобразователя 6 обеспечивает отп.ирание и запирание токосборных групп с частотой сети, .при этом автоматически согласуется фаза выпрямленного токосборными группааш напряжения с фазой напряжения сети.

Так как отпирание, работа и запирание вентилей группы происходят за .период прохождения полуволны напряжения сети, то проходящий через вентили ток совпадает по фазе

с напряжением сети. Система управления вентилями .исключает возможность прохождения тока с опережением или отставанием .по фазе от напряжения сети. Поэтому через преобразователь 6 в сеть отдается только активная

энергия. Это позволяет регулированием возбуждения генератора 2 увеличивать или уменьщать амплитудное значение полуволны выпрямленного токосборным.и группами напряжения, ЧТО приводит к увеличению или уменьщению только активной нагрузки генератора, которая необходима для создания нагрузочного момента на валу испытуемого двигателя. Если в качестве нагрузочного используется генератор постоянного тока 4, то вентили положительных групп каждой фазы преобразователя 6 подключаются через контакты 7 коммутирующего устройства к положительной щине генератора 4, а вентили отрицательных групп - к отрицательной щине. В этом слуном режиме. Коммутация тока 1между вентилями разных то,косборных групп естесгвенная и .происходит нри :прохождени,и напряжения сети через нуль. Система управления вентилями работает аиалогично описанному выше варианту с нагрузочным генератором перелгснпого тока, создавая па выходе неременлый ток промыи1лонной частоты.

П р е д м е т п з о б р е т е н и я

1. Устройство для иснытаний двигателя, вал которого жестко соединен с валом нагрузочного Генератора, отличающееся тем, что, с

целью ловышения экономичиости, использован ведомый сетью, собраиный по -мостовой схеме мутатор, анод (катод) каждой группы из трех согласно включенных управляемых вентилей которого подсоединен к контактам коммутируюш,его аппарата.

2. Устройство по н. 1, отличающееся тем, что, с целью его упрощения, управляющие электроды ве:нтилей через диоды нодсоединены ко вторичным обмотка.м трансформатора, иервичная об1мотка которого включена в сеть-, для обеспечения постоянства утла зажигания вентилей.

Сеть /

+ .l

-и

..2