Способ испытания асинхронного электродвигателя

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU„„» ОВЗ71

А з(др G О1 R 31/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ. Я; юЮ,«,-!;«, ««г г- ««„«

Фиг. г (21) 3587519/24-07 (22) 03.05.83 (46) 15.08.84. Бюл. № 30 (72) Б.И.Рехтер, А.M.Øàðèïoâ и Ф.Ф.Шайнуров (71) Научно †исследовательск институт завода "Сибэлектротяжмаш" (53) 621.313(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 118107, кл. Н 02 К 15/00, G 01 M 15/00, 1956.

2. РЖ "Электротехника", 1973, № 6, реф. 6И-127.M., ВИНИТИ.

3. Электрические машины и аппараты.

Экспресс-информация, № 25, реф.121, 122. M. ВИНИТИ, 1976, с.1 — 10. (54)(57) 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 питания, устанавливают ток статора равным наперед заданному значению, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытаний за счет приближения условий испытания к эксплуатационным, в качестве источниг 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

O где — амплитуда изменения частоты; 9

Я вЂ” частота изменения частоты, — время, а для установления тока статора элек- тродвигателя наперед заданному значению увеличивают амплитуду изменения частоты тока возбуждения генератора и

Iaawl частоту ее изменения при этом peryЭ 7 ) лируя уровень тока возбуждения, устанавливают номинальное значение напряжения питания электродвигателя.

11083

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам испытания 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. 10

Известен способ Испытания 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).

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 величине.

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 испытываемых машинах до необходимой величины. При напряжении сети U--U и постоянном токе 3 = ном

=.1 06 Э ком создается режим, соответ45 ствующий номинальному (2g.

Недостатком этого способа, в котором двигатели питают одновременно переменным и постоянным токами, является то, что составляющие потерь в стаг

50 торе и роторе испытываемой машины не соответствуют номинальным из-за наличия постоянного поля в зазоре. Потери в роторах крупных машин, работающих с в ытеснением тока в роторных стержнях, ч- 55 в этом случае особенно велики. Отличны от номинальных и потери в торцовых частях статора. Вследствие этого и нагревы элементов машин не соответствуют номинал ым Кроме того требу ется 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 прн 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 заданному значению.

Указанный 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 испытываемом двигателе происходит биение амплитуды и частоты результирующего напряжения, колебание скорости вращения ротора, появление токов статора и ротора, появление потерь и нагревов (3 3, 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 разности основной и дополнительной частот. Для машин с вытеснением тока в

P оторе 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

11083 з одного из источников (основного или дополнительного) сеть нельзя, так как биения сказываются на других потребителях, питаемых от этой сети.

Целью изобретения является повышение точности испытаний за счет приближения условий испытания к эксплуатационным.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу испытаний асин- 10 хронного электродвигателя при имитации нагрузки, заключающемуся 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 питания, устанавлива- 20 ют ток статора ранным наперед заданному значению, в качестве источника питания используют генератор с многофазной симметричной обмоткой возбуждения на роторе, для модуляции на- 25 пряжения питания электродвигателя периодически изменяют частоту тока возбуждения ротора генератора по закону

51п Qk

30 где — амплитуда изменения частоты;

Я вЂ” частота изменения частоты, 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 зна- 40 чение напряжения питания электродвигателя.

Приводной двигатель выбирают с мягкой механической характеристикой.

Моменты инерции испытываемого двига- 4> теля и генератора, если они недостаточны, увеличивают путем присоединения к ним дополнительных масс, например маховиков.

Питание испытываемого двигателя генератором с многофазным роторм, возбуждаемым токами периодически изменяющейся частоты, приводит к колебаниям скорости вращения испытываемого двигателя, так как частота выходного напряжения такого генератора изменяется соответственно изменению частоты возбуждения, поскольку зависит от вращения ротора и частоты вра71 щения поля ротора относительно ротора.

Колебания скорости вращения приводят к появлени динамического момента, скольжения и тока нагрузки.

Динамический момент двигателя ра-. вен

M =3„

1 где 3„ — момент инерции ротора двигателя;

\и — угловая частота вращения ротора, с другой стороны, момент асинхронного двигателя в рабочей зоне по характеристике пропорционален скольжению н

М = H S н где Мн SÄ вЂ” номинальные значения момента и скольжения двигателя.

Поэтому, чтобы получить среднее значение момента, соответствующего номинальному, например, при синусоидальных колебаниях момента достаточно иметь максимальное значение момента М = — М, что ниже его кри-

3 / макс cpi тического 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 выделения соответствуют эксплуатационным.

Из (1) следует, что при большей величине момента инерции испытываемого двигателя для получения необходимой нагрузки требуется меньшее значение ускорений Ыш„/dt, 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 соответствую1108371 щей мощностью с генератором. Средняя мощность двигателя (без учета потерь в нем} Ьпределяется выражением

Р4, = 2К„Э„и> с м (2) где и, — номинальное значение угловой частоты вращения двигателя

hue — величина изменения угловой частоты вращения; — частота колебаний скорости, коэффициент пропорциональности.

Чтобы эту мощность получить за счет кинетической энергии вращающихся масс ротора генератора и его привод- 15 ного двигателя, а не за счет питающей сети, механическая характеристика приводного двигателя должна быть более мягкой по сравнению с характеристикой испытываемого двигателя. В этом20 случае мощность генератора (без учета потерь) определяется выражением

P =23 К (лi с И Г =P, (3) где 32 — суммарный момент инерции роторов генератора и приводного двигателя, м2 — номинальное значение угловой частоты вращения генератора, hu3 — величина изменения угловой 30

2 частоты;

F2 — частота колебания частоты вращения;

K — коэффициент пропорциональ2 ности.

Из (3) следует, чем больше момент инерции роторов генератора и приводного двигателя (32), тем меньше колебания скорости и частота этих колебаний для получения необходимой мощ- 40 ности. Увеличение момента инерции Э2 путем присоединения дополнительной массы допускает снижение требований к мягкости характеристики приводного двигателя. 45

При мягкой характеристике приводного двигателя мощность его близка к мощности потерь в генераторе и испытываемом двигателе (примерно удвоенной мощности потерь испытываемого 50 двигателя), а мощности сети, питающей приводной двигатель, равна его мощности плюс мощность его потерь.

В конкретных случаях возможно при55 менение двигателя с более жесткои 5 характеристикой, это потребует соответственно 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 5-10Х больше удвоенных потерь в испытываемом двигателе. Это свидетельствует об экономичности предлагаемого способа.

На фйг.1 показан характер изменения частоты выходного напряжения генератора при возбуждении его ротора системой токов периодически изменяющейся низкой частоты (где 1 — частота, — время), на фиг.2 — схема установки, реализующей способ испытания асинхронных электродвигателей без механического сочленения с нагрузкой.

Установка содержит испытываемый двигатель 1, электрически соединенныР с генератором 2, имеющим многофазную обмотку возбуждения и вращаемым приводным двигателем 3, питаемым от сети. Генератор 2 возбуждают источнико (преобразователем) низкой частоты 4, допускакяцим 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 матора. 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 дополчительных сопротивлений в цепь якоря или ротора, либо выбирается асинхронный двигатель с повышенным скольжением. В качестве источника возбужцения 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

1108371

Сеть

Фиг.2

Составитель В.Никаноров

Редактор M.Бандура Техред Ж.Кастелевич

Корректор Л.АвРаменко

Заказ 5857/31 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4 тока возбуждения устанавливается номинальное напряжение на испьггуемом двигатеЛе

Затем регулируют частоту токов возбуждения, плавно увеличивая ампли- q туду изменения и частоту изменения до загрузки испытываемого двигателя

1 током, среднеквадратичное значение которого соответствует необходимому для испытания, например номинальному. 10

Измерение мощности потерь испытуемого двигателя может быть выполнено, например, с помощью счетчика активной энергии с измерением времени, а напряжения и токов — обычкыМи небыст- 15 родействующими приборами.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с базовым объектом-прототипом позволяет получить достоверные результаты испытаний под нагрузкой, 20 поскольку испытываемый 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 этог на заводе-изготовителе с нагрузкой техничес,ки и экономически черезвычайно трудно.