Устройство для испытания машины постоянного тока

Изобретение относится к электромашиностроению. Устройство содержит реверсивный преобразователь в цепи обмотки якоря, реверсивный преобразователь в цепи обмотки возбуждения, регулятор скорости, регулятор тока возбуждения, датчик тока возбуждения, задатчик номинального тока возбуждения, задатчик скорости и датчик тока якоря. Устройство дополнительно содержит датчик напряжения якоря, датчик электродвижущей силы, функциональный преобразователь, аналоговый делитель, пропорциональный усилитель, блок ограничения величины выходного напряжения регулятора скорости, регулятор тока якоря и задатчик тока возбуждения. Это позволяет расширить функциональные возможности устройства. 2 ил.

 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано для испытания электрических машин (двигателей, генераторов) после ремонта, а также при наладке вновь поступившего оборудования.

Известно устройство для испытания машины постоянного тока, содержащее регулятор якорного тока, первый вход которого соединен с элементом задания якорного тока, а второй вход соединен с выходом датчика тока якоря, первый вывод которого соединен с первым выходом источника якорного питания, второй выход которого соединен с первой клеммой якоря, который механически соединен с якорем нагрузочного генератора и тахогенератора, элемент задания частоты вращения испытываемой машины постоянного тока, соединенный с первым входом регулятора частоты вращения, регулятор тока возбуждения нагрузочного генератора, первый вход которого соединен с выходом датчика тока возбуждения нагрузочного генератора, первый вывод которого через обмотку возбуждения нагрузочного генератора, а второй вывод непосредственно соединены с соответствующими выходами источника питания обмотки возбуждения нагрузочного генератора, вход которого соединен с выходом регулятора тока возбуждения нагрузочного генератора, регулятор тока возбуждения, первый вход которого соединен с элементом задания тока возбуждения, выход соединен с входом источника питания обмотки возбуждения, а второй вход соединен с выходом датчика тока возбуждения, первый вывод которого через обмотку возбуждения, а второй вывод непосредственно соединены с соответствующими выходами источника питания обмотки возбуждения, пропорциональный усилитель и выпрямитель, причем второй вход регулятора тока возбуждения соединен с входом пропорционального усилителя, выход которого соединен со вторым входом регулятора тока возбуждения нагрузочного генератора, третий вход которого соединен с выходом регулятора частоты вращения, второй вход которого через выпрямитель соединен с якорем тахогенератора, а вторая клемма якоря испытываемой машины через первую и вторую клеммы якоря нагрузочного генератора соединена со вторым выводом датчика тока якоря, а выход регулятора якорного тока соединен с входом источника якорного питания (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №924637, МПК G 01 R 31/34, публикация 30.04.1982 г.).

Недостатком известного устройства является необходимость механического агрегатирования испытываемой машины со вспомогательными нагрузочными машинами, что вызывает повышенный расход электроэнергии, а также ограниченные функциональные возможности.

Известно устройство для испытания машины постоянного тока, содержащее реверсивный преобразователь в цепи обмотки возбуждения, регулятор скорости, вход обратной связи, по скорости которого соединен с датчиком скорости, регулятор тока возбуждения, вход обратной связи которого соединен сдатчиком тока возбуждения, задатчик номинального тока возбуждения, задатчик скорости, узел регулируемой токовой отсечки с задатчиком тока отсечки, датчик тока якоря, включенный в цепь якоря, выход которого соединен с входом узла регулируемой токовой отсечки, который через ключи задатчика тока отсечки соединен с входом обратной связи по току якоря регулятора скорости, выход задатчика тока якоря соединен с входом задания тока возбуждения регулятора тока возбуждения и дополнительным входом регулятора скорости, выход задатчика скорости соединен с входом задания скорости регулятора скорости, выход задатчика номинального тока возбуждения соединен с дополнительным входом регулятора тока возбуждения (см. описание изобретения к патенту РФ №2133044, МПК G 01 R 31/34, публикация 10.07.1999 г.).

Недостатком этого известного устройства, принятого за прототип, является необходимость механического агрегатирования испытываемой машины с тахогенератором, который может использоваться в качестве датчика скорости, что влечет за собой усложнение монтажных работ, а также ограниченные функциональные возможности.

Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для испытания машины постоянного тока, содержащее реверсивный преобразователь в цепи обмотки якоря, реверсивный преобразователь в цепи обмотки возбуждения, регулятор скорости, регулятор тока возбуждения, вход обратной связи которого соединен с датчиком тока возбуждения, задатчик номинального тока возбуждения, выход которого соединен с дополнительным входом регулятора тока возбуждения, задатчик скорости, выход которого соединен с входом задания скорости регулятора скорости, и датчик тока якоря, включенный в цепь обмотки якоря, дополнительно содержит блок ограничения величины выходного напряжения регулятора скорости, регулятор тока якоря, установленный в цепи между регулятором скорости и реверсивным преобразователем в цепи обмотки якоря, задатчик тока возбуждения, который своим выходом соединен с дополнительным входом регулятора тока возбуждения, включенные в цепь между выводами обмотки якоря и дополнительным входом регулятора скорости, соединенные между собой последовательно датчик напряжения якоря, датчик электродвижущей силы, аналоговый делитель и пропорциональный усилитель, а также функциональный преобразователь, который установлен в цепи между датчиком тока возбуждения и другим входом аналогового делителя. При этом выход датчика тока якоря подключен к другому входу датчика электродвижущей силы и к дополнительному входу регулятора тока якоря. Это позволяет расширить функциональные возможности устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 показана блочная функциональная схема устройства для испытания машины постоянного тока;

на фиг.2 - тоже, принципиальная схема.

Устройство для испытания машины постоянного тока содержит следующие блоки, показанные на фиг.1 и 2:

- задатчик 1 скорости, который выполняет функцию формирования сигнала задания скорости U_з.с на выходе регулятора скорости, состоит сельсинного командоаппарата (СКА), блок генератора прямоугольного напряжения (ячейка №703 стандартного тиристорного преобразователя) и фазовыпрямительного устройства (ячейка №207), и позволяет изменять напряжение U_з.c по величине и знаку, тем самым регулировать скорость вращения вала машины постоянного тока от нудя до номинальной скорости в любом направлении;

- регулятор 2 скорости, который выполняет функцию регулирования скорости с заданной точностью, и функцию задатчика тока якоря с совмещенным с ним блоком 3 ограничения, реализован на много функциональной ячейке №209 с усилителем А5;

- блок 3 ограничения величины выходного напряжения регулятора 2 скорости, который выполняет функцию регулируемого ограничения и содержит транзисторы V8 и V9 и регулируемые резисторы R44 и R45, с помощью которых устанавливается ток отсечки;

- регулятор 4 тока якоря, который выполняет функцию регулирования и поддержания тока якоря и реализован на ячейке №210 с усилителями A3 и А4;

- реверсивный тиристорный преобразователь 5 в цепи обмотки якоря, выполняющий функцию источника питания якорной цепи испытываемой машины постоянного тока путем преобразования переменного напряжения в регулируемое постоянное напряжение и включающий систему импульсно-фазового управления (СИФУ);

- датчик 6 тока якоря, выполняющий функцию усиления и преобразования тока якоря в пропорциональное ему напряжение U_от обратной связи по току, подаваемое на вход регулятора 4 тока якоря, выполнен на ячейке гальванической развязки №406, состоящей из усилителя, модулятора, трансформатора и демодулятора;

- пропорциональный усилитель 7, который выполняет функцию согласования выходного напряжения аналогового усилителя с входом регулятора 2 скорости;

- датчик 8 напряжения якоря, выполняющий функцию преобразования напряжения якоря в сигнал обратной связи по напряжению U_я, реализован на ячейке гальванической развязки №404, принцип действия которой аналогичен действию ячейки №406;

- датчик 9 электродвижущей силы, который выполняет функцию формирования сигнала электродвижущей силы испытываемой машины постоянного тока путем вычитания из сигнала по напряжению U_я сигнала U_от, выполнен на ячейке №205 с усилителем A3;

- аналоговый делитель 10, выполняющий функцию деления сигнала U_э на сигнал кФ, пропорциональный магнитному потоку испытываемой машины постоянного тока, в результате чего формируется сигнал, пропорциональный скорости вращения якоря, выполнен на ячейке множительно-делительного устройства типа МДУ - АИ;

- якорь 11 испытываемой машины постоянного тока;

- обмотка 12 испытываемой машины постоянного тока;

- датчик 13 тока возбуждения, который выполняет функцию преобразования тока возбуждения в сигнал напряжения U_отв, реализован на ячейке №406;

- функциональный преобразователь 14, выполняющий функцию формирования кривой намагничивания испытываемой машины постоянного тока, выполнен на ячейке ПФ2 - АИ, которая с помощью усилителя и диодно-резистивной матрицы аппроксимирует кривую намагничивания;

- реверсивный тиристорный преобразователь 15 в цепи обмотки 12 возбуждения, который выполняет функцию регулируемого источника питания обмотки 12 возбуждения путем преобразования переменного напряжения в регулируемое постоянное напряжение и включает систему импульсно-фазового управления (СИФУ);

- регулятор 16 тока возбуждения, выполняющий функцию регулирования тока возбуждения, выполнен на ячейке №209, включающей усилитель А4 и потенциометр R21;

- задатчик 17 номинального тока возбуждения, который выполняет функцию задания номинального тока возбуждения;

- задатчик 18 тока возбуждения, выполняющий функцию снижения тока возбуждения в процессе нагружения испытываемой машины постоянного тока для создания безопасных условий эксплуатации заявляемого устройства.

Устройство работает следующим образом:

1. Исходное состояние.

2. Включение системы возбуждения двигателя.

3. Подача напряжения преобразователя на силовую цепь якоря двигателя.

4. Запуск двигателя вхолостую.

5. Нагружение двигателя.

6. Снятие нагрузки.

7. Останов.

Этап 1. Исходное состояние

В исходном состоянии напряжение на устройстве отсутствует, и ни один элемент схемы не находится под напряжением. Испытуемый двигатель крепится на фундаменте и подсоединяется якорь 11 двигателя к силовой части преобразователя 5, обмотка 12 возбуждения - к преобразователю 15.

Этап 2. Включение системы возбуждения двигателя

Включается автоматический выключатель собственных нужд преобразователя 15, затем включается его автомат. Плавно изменяя положение движка потенциометра R21, установить величину тока возбуждения до номинальной величины, при этом контроль тока возбуждения осуществляется по амперметру тиристорного преобразователя 15. Напряжение блока 17 U_знт подается на вход регулятора тока возбуждения (блок 16). Напряжение блока 18 U_зтв при этом должно быть равно нулю. На этом этапе в работе находится только контур регулирования тока возбуждения, в который входят блоки 13, 15, 16, 17. При плавном изменении U_знт увеличивается выходное напряжение регулятора тока возбуждения U_ув, которое открывает преобразователь 15, увеличивается ток возбуждения, увеличивается выходное напряжение датчика тока возбуждения U_отв (блок 13). При этом U_знт и U_отв будут равными, поскольку регулятор тока возбуждения имеет пропорционально-интегральную структуру. Кроме этого параллельно будет формироваться сигнал на входе функционального преобразователя (блок 14) и на его выходе установится напряжение кФ, соответствующее номинальному току возбуждения.

Этап 3. Подача напряжения преобразователя 5 на силовую цепь якоря двигателя.

Предварительно проверяется величина выходного напряжения задатчика скорости U_зс (блок 1). U_зс должно быть равно нулю, т.е. сельсинный командоаппарат СКА должен находится в нулевом положении. Подается напряжение питания в схему регуляторов силовой цепи. Затем подается напряжение силовой цепи преобразователя. При этом преобразователь закрыт, и напряжение на якоре двигателя равно нулю. Вал двигателя не вращается. Система готова к запуску.

Этап 4. 3апуск двигателя вхолостую

Для запуска двигателя вхолостую на любую заданную скорость достаточно изменить положение СКА вперед или назад. При изменении положения СКА на его выходе будет сформировано скачком напряжение и на вход регулятора скорости будет подано напряжение U_зс, которое будет усилено регулятором скорости (блок 2) и подано как сигнал U_зт на вход регулятора тока якоря (блок 4). Выход регулятора тока якоря своим напряжением U_у откроет преобразователь и на якорь двигателя будет подано напряжение, вызывающее увеличение тока якоря двигателя. Пока ток не достиг величины, соответствующей току холостого хода, вал двигателя вращаться не будет, а значит, напряжение с выхода блока 7 будет равно нулю. Регулятор скорости довольно быстро перейдет в режим ограничения и будет задавать на вход регулятора тока U_зт, соответствующее максимально допустимому току якоря. При пуске, пока скорость двигателя не достигла заданной величины, выход регулятора скорости будет неизменной, разгон будет формироваться контуром регулирования тока якоря. При достижении скорости вращения вала двигателя, близкой к заданной, выход регулятора скорости за счет увеличивающегося напряжения U_oc выход регулятора скорости U_зт начнет уменьшаться, а следовательно, на вход регулятора тока якоря будет подаваться меньшее напряжение, которое будет отрабатываться регулятором тока якоря. Ток якоря начнет снижаться и по окончании разгона ток автоматически выйдет на величину тока холостого хода. При разгоне двигателя будет увеличиваться напряжение на двигателе, что приведет к увеличению напряжения с выхода датчика напряжения U_я (блок 8), это приведет к увеличению выхода напряжения на датчике Э.Д.С. Uэ (блок 9). Очевидно, что выход блока 10 также увеличится, а значит и возрастет сигнал U_oc. Последний, вычитаясь из U_зс, будет снижать выход регулятора скорости.

Этап 5. Нагружение двигателя.

После запуска двигателя и выхода его на установившуюся скорость переходят к нагружению двигателя, т.е. к процессу увеличения тока якоря двигателя. Для этого с помощью блока 18 (внешний потенциометр в регуляторе тока возбуждения) увеличивают напряжение U_зтв. Поскольку этот сигнал вычитается из U_знт, то результирующий сигнал на входе регулятора тока возбуждения (блок 16) будет снижаться, напряжение выхода регулятора тока возбуждения также будет снижаться, что приведет к закрыванию тиристорного преобразователя (блок 15) и к снижению тока возбуждения. Контур регулирования тока возбуждения, состоящий из блоков 13, 15, 16 будет поддерживать ток возбуждения на постоянном заданном уровне, определяемым разностью напряжений U_знт-U_зтв=U_отв=const. Снижение тока возбуждения приведет к увеличению тока якоря двигателя, поскольку двигатель, преодолевая момент холостого хода М_хх=кФI=const, при снижении магнитного потока будет увеличивать ток якоря. Одновременно при снижении тока возбуждения уменьшится сигнал выхода датчика тока возбуждения U_отв (блок 13), что в свою очередь приведет к снижению выхода функционального преобразователя кФ (блок 14). Снижение тока возбуждения приведет к снижению Э.Д.С. двигателя (Е=кФω), а следовательно, к увеличению тока якоря, напряжение U_я также снизится, соответственно и снизится и U_э (выход блока 9). В блоке 10 частное U_oc от деления U_э/кФ также снизится. На входе регулятора скорости (блок 2) разность U_зс-U_oc увеличится за счет снижения U_oc и на выходе регулятора скорости увеличится сигнал U_зт. Контур регулирования тока якоря отработает новое увеличенное значение U_зт и ток в якоре двигателя возрастет. В установившемся режиме U_зт будет равно U_от. Если вновь уменьшить ток возбуждения, то процесс автоматически повторится и установится новое большее значение тока якоря двигателя.

Этап 6. Снятие нагрузки.

Процесс снижения тока якоря до полной разгрузки происходит в обратной последовательности. Для этого необходимо увеличивать ток возбуждения. С помощью блока 18 уменьшают величину напряжения U_зтв. Это приведет к увеличению результирующего напряжения на входе регулятора тока возбуждения. Система автоматического регулирования подобно тому, как это происходило при ослаблении магнитного потока, отработает увеличение магнитного потока, тем самым снизит ток якоря двигателя. При номинальном магнитном потоке ток якоря достигнет тока холостого хода.

Этап 7. Останов.

Для остановки двигателя необходимо снизить с помощью блока 1 напряжение U_зс до нуля. Система автоматического регулирования отработает снижающийся входной сигнал, как это было при запуске, и остановит вал двигателя по истечении переходного процесса. Заявленное изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства.

Дополнительные возможности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом 2133044 следующие:

- в системе не применяется датчик скорости, который необходимо механически соединить с испытуемым двигателем;

- исключаются операции агрегирования датчика скорости с валом двигателя;

- снижаются затраты на изготовление муфты для сочленения тахогенератора с двигателем;

- сокращается время на подготовку устройства к послеремонтным испытаниям;

- устройство позволяет производить послеремонтные испытания ряда двигателей меньшей мощности от одного тиристорного преобразователя без каких-либо дополнительных затрат;

- малая потребляемая мощность цепей управления позволяет облегчить сопряжение устройства с контроллером, а автоматизировать процесс послеремонтных испытаний.

Устройство для испытания машины постоянного тока, содержащее реверсивный преобразователь в цепи обмотки якоря, реверсивный преобразователь в цепи обмотки возбуждения, регулятор скорости, регулятор тока возбуждения, вход обратной связи которого соединен с датчиком тока возбуждения, задатчик номинального тока возбуждения, выход которого соединен с дополнительным входом регулятора тока возбуждения, задатчик скорости, выход которого соединен с входом задания скорости регулятора скорости, и датчик тока якоря, включенный в цепь обмотки якоря, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок ограничения величины выходного напряжения регулятора скорости, включенный параллельно регулятору скорости, регулятор тока якоря, установленный в цепи между регулятором скорости и реверсивным преобразователем в цепи обмотки якоря, задатчик тока возбуждения, который своим выходом соединен с дополнительным входом регулятора тока возбуждения, включенные в цепи между выводами обмотки якоря и дополнительным входом регулятора скорости соединенные между собой последовательно датчик напряжения якоря, датчик электродвижущей силы, аналоговый делитель и пропорциональный усилитель, а также функциональный преобразователь, который установлен в цепи между датчиком тока возбуждения и другим входом аналогового делителя, при этом выход датчика тока якоря подключен к другому входу датчика электродвижущей силы и к дополнительному входу регулятора тока якоря.