Способ испытания электрической машины

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Д1 (19) (11) (51)4 G 0 R 31 34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЬКЬЛИМ ЕКА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3765787/24-07 (22) 04.07.84 (46) 15.07.86. Бюл. ¹ 26 (71) Научно-исследовательский институт Завода "Сибэлектротяжмаш" (72) А.M.ØàðèíîB (53) 621.313(088.8) (56) Костенко M.Ï., Пиотровский Л.М.

Электрические машины. Л.: Энергия, 1973 ч. II с. 544 .

Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. Л.: Энергия, 1968, с. 345-353, 308, 476. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

МАШИНЫ (57) 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 1 с 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 вьппе, 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 ил.

1244605

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 должен соответствовать таковым при реальных условиях работы с механизмом в эксплуатации, 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 электродинамических, механических и термомеханических усилий в обмотках и элементах машин в функции времени и частоты вращения.

Цель изобретения — снижение массогабаритных 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.3 то же, при объединении вспомогательного двигателя и маховика в одну машину, например, с массивным 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 вспомогательным генератором 2, имеющим обмотку 3 возбуждения, и подключен к сети 4 номинального напряжения выключателем 5. Вспомогательный генератор 2 электрически наглухо соединен с вспомогательным 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 энер. гия, затрачиваемая на разгон инерционных масс, пропорциональна квадра25

50 ту частоты вращения, то повышение частоты вращения вспомогательного двигателя 6 и маховика 7 (электрическая мультипликация) позволяет уменьпить мсмент инерции инерционных масс в квадрате отношения номинальных частот вращения вспомогательного 6 и испытываемого i двигателей (квадрату передаточного отношения электрического мультипликатора), т.е, для машин с относительно невысокой частотой вращения в десятки раз. С этой же целью целесообразно некоторое повышение частоты вспомогательного генератора 2 против стандартной за счет использования вспомогательного генератсра 2 с несколько меньшей номи,нальной частотой вращения, Например, вспсмогательный генератор 2 на

500 об/мин, сопряженный с испытуемым двигателем 1 на 600 об/мин, позволяет допслнительно уменьшить момент инер:сии маховика на 447.. Позицией 8 обозначены обмотки возбуждения маховика, 9 - erne один вспомогательный двигатель,, à IÎ вЂ” регулируемый источник, 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 возбуждения; разгоняют испытуемьй двигатель 1 с вспомогательным генератором 2 прямьм пуском, а вспомогательный двигатель б с маховиком 7 частотным пуском до номинальной частоты вращения, отключают обмотку 3 возбуждения генератора 2 и оставляют вспомогательный двигатель 6 с маховиком 7 на выбеге; охлаждают включенный на caòü 4 двигатель 1 на холостом ходу, генератор 2 вращается при этом с отключенной обмоткой 3 возбуждения, отключают испытуемый двигатель 1 от сети 4 и подключают снова обмотку воэбукдения генератора 2; тормозят испытуемьп1 двигатель 1 вспомогательным генератором 2 на остановленный вспомогательный двигатель 6, сопряженньй с маховиком 7.

Далее процесс испытаний повторяют.

Частота вспомогательного генератора 2 при пуске испытуемого двигателя 1 плавно повышается от нуля до номинальной, поэтому пуск вспомогательного двигателя.б осуществляется з 124 частотным на рабочей части характеристики беэ пусковых токов, т.е. вспомогательные двигатели 6 и вспомо-, гательный 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 1О 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- 15 ля 1. Небольшой размер маховика 7 и применение стандартных вспомогательных генератора 2 и двигателя 6 позволяет снизить первоначальные затраты.

Снижаются также и энергозатраты на 2о испытания, так как сразу по достижении номинальной частоты вращения вспомогательного двигателя 6 с маховиком 7 снятием возбуждения с вспомогательного генератора 2, он пере- 25 водится в режим своьодного выбега, а для охлаждения продолжает вращаться на холостом ходу испытываемый двигатель 1 и вспомогательный генератор

2 в режиме болванки. Расчеты показы- зо вают, 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 механи35 ческих потерь: вентиляционных, трения в подшипниках. Это позволяет отказаться от специального торможения маховика 7 внешним магнитным полем, 1 40 специальной магнитной системы и, соответственно, снять проблему нагрева поверхности маховика 7 при интенсивном торможении. Если вспомогательный двигатель 6 с маховиком 7 не

45 успевают остановиться за время охлаждения испытуемого двигателя 1, то в них искусственно увеличивают потери, например вентиляционные.

После окончания охлаждения испытуемого двигателя 1 вспомогательный генератор 2 снова возбуждается, и торможение испытуемого двигателя 1 и вспомогательного генератора 2 производится потерями короткого замыка- 55 ния в неподвижном вспомогательном двигателе 6 и потерями в вспомогательном генераторе 2. Величина тормозно4605 го момента и соответственно пускового момента вспомогательного двигателя 6 в процессе всего торможения выбираются такими, чтобы последний был меньше момента сопротивления трогания 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 значи- тельным запасом.

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

Порядок проведения испытаний такой же, как описан выше, 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 махови5 1244 ка 7 пропорциональна величине этого изъятого момента инерции °

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

Изменяя величину тока обмотки 8 возбуждения, можно менять время пуска испытуемого двигателя или использовать вспомогательный двигатель 6 и маховик 7 для испытаний других К3М с другим эквивалентным моментом инерции. Если же за время охлаждения испытуемого двигателя 1 вспомогательный двигатель 6 с маховиком 7 не успеет остановиться и останется на ползучей скорости, можно дотормаживать их предварительным возбуждением обмотки 8 возбуждения. При этом в маховике 7 выделится малое количество 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.

На фиг. 3 приведена схема при объединении вспомогательного двигателя 6 и маховика 7 в один объединен35 ный вспомогательный двигатель 6, например., с массивным ротором. В этом случае целесообразно применение повышенной частоты (100-200 Гц) вспомо. гательного генератора 2 и повышенной 4" частоты вращения вспомогательного двигателя 6(100-200 Гц). Тогда уменьшение требуемого момента инерции может быть достигнуто в сотни раз.

Кратковременность работы такой маши45 ны при наибольших частотах вращения, малый 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 не- сколько вспомогательных двигателей

6, 9 и т.д. с уменьшенным моментом инерции, что расширяет возможности применения наличного или стандартно605 Ь го оборудования, а также ступенчатое регулирование времени пуска испытуемого двигателя 1. Операции при ресурсных испытаниях аналогичны вышеприведенным.

На фиг. 5 изображена схема для ресурсных испытаний машин от регулируемсго источника 10 с регулируемым напряжением или регулируемым частотой и нагряжением, в котором,для более экономичной имитации инерционных свойс.тв и момента сопротивления приводимого объекта все изложенные выше споссбы применяют для машин, работаю щих в переменных по частоте и направлению вращения разгонных и тормозных режимах, в том числе для машин постоянного тока. Такие испытания могут применяться, например, для тяговых или прокатных машин, работающих в переменных режимах. В этом 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) регулируемого источника 10, а возбуждение вспомогательного генератора 2 постоянно. Возбуждение магнитной системы маховика 7 может меняться по требуемому закону изменения момента сопротивления.

Предлагаемый способ был проведен при пусковых испытаниях электродвигателя АДО 3150/1000 У1, мощностью

3150 кВт, 1000 об/мин, для которого было необходимо инерционное устройство с эквивалентным моментом инерции

10500 кгм при моменте инерции двигателя 750 кгм . В качестве вспомогательнэго генератора 2 использовалась синхронная машина ДС1812-8,2200 кВт, 750 об/мин с моментом инерции 1070 кгм2 разрешающая длительную работу при

1000 сб/мин. Вспомогательный двигатель 6 типа АЗС-3200, 3200 кВт, 3000 об/мин с моментом инерции

129 кгм был сопряжен с машиной ФАЗМ4000, использованной в качестве маховика 7 с моментом инерции 235 кгм2.

Обе машины разрешают работу при

4000 o6/мин. При работе по схеме фиг. 1 был получен суммарный эквива7 12446 лентный момент инерции Ig <=7644 кгм и время пуска t и = 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 АТМФ2500, 2500 кВт, 3000 об/мин с моментом инерции 161 кгм, тогда суммар- 10 ный эквивалентный момент инерции

? = 10220 кгм и время пуска сп

= 35,8 с.

Комбинацией различных сочетаний указанных вспомогательных двигателей 15

6 и 9 было получено четыре значения эквивалентного момента инерции и времени пуска: t A = 6,6; 15,6; 27 и

35,8 с, позволивших определить нелинейную зависимость исследуемых пара- 20 метров от времени пуска. Последовательность операций при испытаниях соответствовала вышеописанной методике °

Изобретение по сравнению с иэвест-25 ным способом позволяет уменьшить первоначальные затраты на организацию ресурсных испытаний, которые для ма-шин с тяжелыми условиями пуска и частотой, вращения ниже 10 1/с были практически неосуществимы и для ко! торых 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 40 машины по методу нагрузки на систему генератор — двигатель, включающий механическое сопряжение испытуемого двигателя со вспомогательным генератором, подключение последнего к 4> вспомогательному двигателю, сопряженному с маховиком, путем подключения

05 испытуемого двигателя к сети, разгона до номинальной частоты вращения, перевода в режим холостого ход;., электрического торможения при отключении от сети, о т л и ч а ю щ и й. с я тем, что, с целью снижения массогабаритных характеристик испытательного оборудования и уменьшения потерь энергии при испытаниях, выбирают номинальную частоту вращения вспомогательного двигателя выше, чем испытуемого, одновременно с подключением испытуемого двигателя к сети подают форсированное напряжение на обмотку возбуждения вспомогательного генератора и производят частотный разгон вспомогательного двигателя с маховиком, после достижения испытуемым двигателем номинальной частоты вращения отключают обмотку возбуждения .вспомогательного генератора и переводят испытуемый двигатель в режим холостого хода, далее одновремен но с отключением испытуемого двигателя от сети подключают обмотку возбуждения вспомогательного генератора, производя электрическое торможение испытуемо о двигателя и вспомогательного генератора на вспомогательный двигатель, остановившийся после свободного выбега.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся 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 по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что вспомогательным генератором соединяют несколько вспомогательных двигателей.

ГЛ

Составитель В.Никаноров

Техред И.Попович Корректор М Лемчик

Редактор Н.Слободяник

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3911/49

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