Устройство для испытания электрических машин Советский патент 1977 года по МПК H02K15/00 H02K17/34 

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к устройствам для проведения контрольных, типовы.х, ресурсных и исследовательских испытаний электрнческих вращаЕОЩИхся машин переменного тока. Известно устройство для испытаний электрических машиН, содержашее две электрические машины переменного и две электрические машины постоянного тока, электрически и механически связанные между собой. Недостаток подобных устройств при испытании мошных электрических машин переменного тока - большая стоимость « габар.иты, слож1ность в эксплуатации, малые функциональные возможности. Известно также устройство для испытания электрических машнн переменного тока, содержаш.ее две механически сопряженные валами электрические машины переменного тока, одна из которых снабжена симметричным трехфазным ротором, блок подключения с клеммами для присоединения испытуемой ма1ШИ|Ны К сети, преобразователь частоты с задающим гснератором, причем статорные обмотки электрических машин соединены с блоком подключения, вход преобразователя частоты - с сетью, а выход - с трехфазным си.мметричным ротором. Данное устройство является наиболее близким по техН|Ической сущности к предложеннСМу устройству. Недостаток этого устройства - малый к. н. д., высокая стоимость и небольшне функциональные возможности. Цель изобретения - повышение к. п. д., уменьшение стоимости и расширение функциональных возможностей устройства. Для этого устройство снабжено дополнительным преобразователем частоты с непосредственной связью, который подключен к задающему генератору основного преобразователя частоты с непосредственной связью, а вход дополнительного преобразо:вателя частоты включен на сеть, причем вторая электрическая машина 1выполнена асинхронной с фазным ротором и ее обмотка соединена с выходом дополните-тьного преобразователя частоты. На чертеже изображена электрическая схема предложенного устройства. Устройство содержит две асинхронные машины 1 2 с фазными роторами. Машина 2 имеет два рабо-чих конца вала. Одним концом она сопряжена механически (иосле фазировки по статору и ротору) с асинхронной /. Второй конец ее вала используется при работе стенда в качестве залопозоротчого устройства, двигателя или нагрузочного механизма для соединения

с испытуемой машиной 3. На пульте управления установлен задающий генератор 4. Блок подключения 5 снабжен коммутирующимп аПпаратамн, с помощью которых асинхронные машины / и 2 .подключаются к питающей сети 6, соединяются статорами между собой или с .испытуемой машиной 3, а роторами - с полупроводниковыми преобразователями частоты 7 и 8, при этом преобразователь 7 - основной, а преобразователь 8- дополлительный. Полупроводниковые преобразователи частоты 7 и S запитаны от распределительного узла питающей сети 6.

Прл работе устройства в качестве nairpyзочлого механизма при взаимной нагрузке синхронных мащин мащины 1 и 2 питаются системой трех постоянных токов от полупроводникового преобразователя частоты 8 со стороны роторов, а испытуемая синхронная машина 3 возбуждается от полупроводникового преобразователя частоты 7 постоянным током. Статоры испытуемой и нагрузочных мащин «включаются «а сеть 6 распределительного устройства через блок подключения 5. Нагрузочный режим испытуемой машины 3 получают с помощью поворота оси поля ротора в мащинах / и 2 относительно оси поля ротора синхронной мащины 3, причем оси поля в роторах машин / и 2 поворачиваются синхронно, так как они созданы системой трех постоянных токов одного полупроводникового преобразователя частоты 8.

Для испытания асинхронных с короткозамкнутым ротором мащин по методу взаимной нагрузки роторы машин 1 я 2 питаются трехфазными переменными токами от полупроводниковых преобразователей частоты 7 и 8. Испытуемый двигатель должен соответствозать нагрузочным машш-гам 1 и 2 но числу полюсОВ и частоте, а ,по мощности равен сумме мощностей машин / и 2 или быть меньше ее. Статоры испытуемой 3 и нагрузочных / и 2 машин включаются на питающую сеть 6 распределительного узла. Регулированием -астоты тока в роторе нагрузочных машин / и 2 создают скольжение испытуемому дв;;гателю 3 и, следовательно, нагружают его. Токи в роторах нагрузочных машин / и 2 изменяются по частоте синхронно, что обеспечивается задающим генератором . Нагрузочпые /, 2 и испытуемая 3 машины, соединенные электрической и механической связью, образуют замкнутый электромеханический контур, по которому циркулирует полезная лшщность в виде механичсской мощности от испытуемой мащины 3 через вал к нагрузочным .1ашина1 1 1, 2 и от нагрузочных машин /, 2 через электрическую связь между статорами - к испытуемой маши: е 3. Потери в электромехани:ческом контуре покрываются от ИСТОЧНИКОВ, питающих контур.

В испытаниях синхронных и аспнхрон ых машин режим нагрузки достигается поворотом оси поля или регулированием частоты тока в роторе нагрузочных машин. Режим

нагрузки асинхронизированных синхронных машин достигается путем синхронного регулирования частоты тока и относительного поворота осей поля одновременно. Для этого испытуемая асинхронизированная синхронная машина 3 соединена электрической п механической связью с нагрузочными асинхронными машинами / и 2. Статоры всех мащин .включены на питающую сеть 6 распределительного узла. Ротор испытуемой мащи ны 3 запитан от основн.ого полупроводникового преобразо вателя частоты 7, а роторы нагрузочных .машин / и 2 - от дополнительного полупроводникового преобразователя частоты 8. Преобразователи 7 и S управляются объединенным согласованным задаюиип генератором 4 и выдают налряжения, синхронно регулируемые по частоте от нуля до половинного значения частоты сети с возможностью изменения чередования фаз. Изменением частоты тока в роторах нагрузочных машин / И 2 И испытуемой машины 3 изменяют скорость вращения электромехаНИческого контура. Для проведения нагрузочного режима на фикСирова1Н1Ной скорости необходимо поворачивать ось поля в роторе испытуемой мащины 3 в сторону опережения или отставания. Поворот оси поля в рото-ре испытуемой мащины 3 .обеспечивается сдвигом фазы напряжения преобразователя 7 относительно фазы напряжения преобразователя 8. Подобным образом снимают семейство угловых нагрузочных характеристик на различных скоростях .выше и ниже синхронной для испытуемой асинхронизированной синхронной машины 3 в генераторном и двигательном режимах.

При выполнении устройством функций вало.поворотного устройства машины / и 2 соединяют статорами, не подключая к сети. В нх роторы подают трехфазные токи низко1( частоты от полупроводникОВых преобразователей частоты 7 и 8. Когда токи в роторах машин / и 2 равны по величине, частоте п не отличаются .по фазе, тогда токов в статориых обмотках нет. На фиксированной частоте менее одного герца задают сдвиг фаз между векторами токов роторов. В статорных обмотках потечет ток, создаюший вращающий момент в обеих машинах одного направления. / и 2 начинают вращаться в режиме обращенного двигателя и раскручивают соединенный с ни.мт: механический 1вал нагрузочного механизма. Устройство обеспечивает поворот механизма на определенный угол в режиме отработки угла. Для этого в роторы машин / и 2 подают токи от преобразователя 7, а в статоры - от преобразователя 8 так, чтобы направле.ние вращения .поля в статорах совпадало с направлением вращения поля в роторах. Когда сдвиг фаз между векторами токов статоров, соответственно и роторов, равен нулю, машины неподвижны. При задании достаточного угла рассогласования роторы машин развернутся

и отработают определенную, зависящую ог момента сопротивления часть угла.

В качестве источника, регулируемого по частоте, фазе ,и величине выходного -напряжения, устройство находит основное применение в испытательных станциях. В этом случае машину 7 статором подключают через блок подключения 5 к распределительному узлу питающей сети 6, а мащину 2 - к статору испытуемой мащи:НЫ 3. Роторные цепи мащия / и 2 питаются от полупроводниковых преобразователей частоты 7 и 8 трехфазными токамИ, регулируемыми по частоте, фазе и величине. Такая схема стенда позволяет осуществлять принцип двухзонного регулирования частоты. Машина 1, подключенная к питающей сети 6, выполняет функции дзигателя и обеспечивает первую зону регулироБаН(Ия частоты путем изменения скорости .вращения вала. Машина 2 выполняет функции генератора Ч1 расширяет нер.вую зону вверх ц вниз путем изменения частоты вращения поля ротора генератора относительно ротора .испытуемой машины 3. Чередование фаз задается таким, чтобы поле в роторе двигателя (мащины /) вращалось в одном направлении с полем статора, а поле в роторе генератора (машины) 2 - противоположно вращению ротора Испытуемой мащины 5. Тогда при частоте напряжения преобразователей 7 и 8, равной половине частоты питающей сети 6, получается нулевая частота на статоре генератора 2. Снижая синхронно частоту преобразователей 7 .и 8 до нулевого значения, на статоре генератора 2 получают иапряжение с частотой сети. Изменяя чередование фаз на обратное и увеличивая частоту токов в роторах ге-нератора 2 и двигателя (мащины) / до половинного значения частоты сети, получают на статоре генератора 2 напряжение с удвоенной сетевой частотой.

Несмотря на то, что устройство составлено из мощных асинхронных машин 1,2с. фазным ротором, его схема позволяет осуществлять облегченный пуск с ограниченными пусковыми токами, для чего статор генератора 2 соединяют со статором испытуемой машины 3 или закорачивают, а в ротор подают ток возбуждения от полупроводникового преобразователя частоты 7 с таким чередованием фаз, чтобы генератор 2 в режиме обращенного двигателя вращался .в направлении, соответствующем нормальному направлению вращения двигателя /. В ротор двнгателя 1 задают ток возбуждения от преобразователя 8 с чередованием фаз, обеспечивающим вращение поля в нем в направлении вращения вала. Так как двигатель 1 отключен от питающей сети 6, то на его обмотках статора назодится напряжение с частотой, равной сумме частот враще ;1я вала и вращения поля в его роторе. Синхронно увеличивают частоту токов в роторах двигателя / и генератора 2 до половинного значения сетевой частоты, при этом на статоре двигателя 7

чаподится напряжение с частотой, близкой к частоте напряжения питающей сети 6. Двигатель / синхронизируют с питающей сетью 6 и подключают его статор к шинам распределительного блока питающей сети 6. После чего статор генератора 2 раскорачивают. С помощью предложенного устройства обеспечивается облегченный пуск испытуемых мащин 3, для чего после запуска устройства, не отключая статор генератора 2 от статора испытуемой мащины 3, уменьщают синхронно чаСтоту токов возбуждения генератора 2 и двигателя /. Прн л улевом значении частоты токов возбуждения двигатель /, генератор 2 и испытуемая мащина 3 будут вращаться с синхронной скоростью. Величина напряжения на статоре испытуемой машины 3 должна быть равна величине напряжения сети 6, после чего напряжение на статоре испытуемой машины 3 синхронизируют с напряжением сети 6 и подключают машину 3 совместно с генератором 2 на шины распределительного устройства питающей сети 6.

Для увеличения пусковой мощности сети маш;шы / и 2 могут подключаться к ней в качестве синхронных компенсаторов для разгрузки от реактивных токов при пуске мощных двигателей.

Предложенное устройство обеспечивает передачу мощности из одной сети .в другую и ИСпытан 1е под нагрузкой статических электрических машин переменного тока - трансформаторов. В этом случае достаточно испытуемый трансформатор включить при помощи первичной обмотки на сеть 6, а при помощи вторичной обмотки подключить к статору генератора 2. Задавая определенный сдвиг фаз между напряжением вторичНОЙ обмоткн трансформатора и напряжением генератора 2, устанавливают необходимый ток нагрузки.

Предложенное устройство можно также использовать, как комплектующее звено. Комплектование испытательных станций подобными звеньями позволяет избежать разнотипности оборудования :И схем, при этом исчезает необходимость содержания развитых вспомогательных систем шин (высоковольтных коммутаторов), пусковых систем шин, автотрансформаторов, потенциал-регуляторов, пусковых трансформаторов, источников постоянного тока и т. д. Структура построения -стройства позволяет сократить до минимума использование производственных площадей под вспомогательное оборудование. Пропускная способность испытательных станций -ввиду лучших возможностей организации опытО:В возрастает. Схема устройства экономична, так как в ней используется мини aльнoe число элел ентов. а проведение нагрузочных режть мо.в испытуемых двигателей обеспечивается только методом взаимной нагрузки. Кроме того, при такой схеме устройства поддерживается высокий коэффициент мощности.

Формула изобретения

Устройство для испытания электрических машии переменного тока, содержащее две механически сопряженные валами электрические машины переменного тока, одна из которых снабжена симметричным трехфазным ротором, блок иодключения с клеммами для присоединения испытуемой машины к сети, основной преобр|азователь частоты с задающим генер.атороим, нричем статориые обмотки электрических машин соединены с блоком подключения, вход преобразователя частоты - с Сетью, а выход - -с трехфазным симметричным ротором, отличаюш,ееся тем, что, с целью повышения к. п. д., снижения стоимости и расширения функциональных возможностей, устройство снабжено дололнительным преобразователем частоты с непосредственной связью, который подключен к задаюш,ему генератору основного преобразователя частоты € «епосредственной связью, а вход дополнительного преобразователя частоты включен на сеть, причем вторая электрическая .машина вынолнена асинхронной с фазным ротором и ее обмотка соединена с выходом дополнительного -преобразователя частоты.