Спосіб навантаження генераторів постійного струму незалежного збудження і пристрій для реалізації способу

1 Спосіб навантаження генератора постійного струму незалежного збудження, який полягає в тому, що якір електричної машини підключають до керованого силового перетворювача через датчик струму якоря і датчик напруги, обмотку збудження підключають до збудника через датчик струму збудження і напруги збудження, контролюють параметри режиму навантаження, струм якоря, струм збудження, напругу якоря, напругу збудження, швидкість обертання, який відрізняється тим, що задають закони зміни струму якоря і швидкості його обертання, формують керуючі напруги на силові перетворювачі, виміряють параметри навантажувального режиму, обчислюють енергетичні показники електричної машини, розраховують параметри схеми заміщення, визначають коефіцієнти втрат, прогнозують навантажувальну здатність машини 2 Пристрій, який реалізує спосіб, що включає перетворювач напруги, з'єднаний через датчик струму з якірним ланцюгом машини, напруга на якій контролюється датчиком, збудник, з'єднаний через датчик струму з обмоткою збудження, напруга на якій контролюється датчиком, датчик швидкості обертання, який відрізняється тим, що для збільшення інформативності пристрій додатково оснащений керованими комутуючими елементами силових ланцюгів перетворювачів, блоком узгодження і гальванічної розв'язки, причому вхід один контролює напругу якоря, вхід два - струм якоря, вхід три - швидкість обертання, вхід чотири - струм збудження, вхід п'ять -напруга збудження, вихід один зв'язаний із входом якірного перетворювача, вихід два - комутатором мережного ланцюга перетворювача, вихід три - із силовим збудником, вихід чотири з комутатором мережного ланцюга перетворювача, на шостому вході здійснюється керування станом блока гальванічної розв'язки й узгодження сигналом з виходу два ЕОМ, другий вхід ЕОМ з'єднаний з виходом п'ять блока гальванічної розв'язки й узгодження, вхід один ЕОМ зв'язаний з виходом блока введення інформації, вихід один ЕОМ з'єднаний із входом блока візуалізацм. Винахід відноситься до галузі електротехніки і може бути використаний при іспитах електричних машин, а так само на машинобудівних підприємствах Іспит електричних генераторів під навантаженням, як правило здійснюється при наявності двох електричних машин зв'язаних між собою механічно (за допомогою муфти, або редуктором безпосередньо) Такі системи виявляються малоефективними, в умовах масового виробництва, або проведення ремонту електричних машин різного типономшалу Як наслідок виконуються розробки оптимальних способів навантаження, що відрізняються тим, що струмове і механічне навантаження створюється шляхом формування законів зміни живлячих напруг, що провадить до виникнення певних процесів перерозподілу електричної і механічної енергій, у результаті чого якірний ланцюг генератора навантажується струмом, а конструкція піддається впливу механічних моментів і зусиль ВІДОМІ технічні рішення не мають, однак, широкого практичного застосування завдяки ряду властивих їм недоліків 00 49281 Відомий спосіб навантаження двигунів постійного струму динамічним навантаженням (пат ДДР GOIR 31/34 № 216331, Спосіб перевірки під навантаженням двигуна постійного струму), здійснюваний шляхом підключення двигуна незалежною збудження до перетворювача частоти, формування напруги низької частоти, виміру струму якоря і напруги живлення, визначення діагностичних ознак за допомогою прикладеної напруги Модифікація цього методу включає настанову моделі двигуна постійного струму аналогічного випробуваній конструкції, фіксування навантажувальних параметрів випробуваного двигуна і моделі, порівняння отриманих результатів при встановлених для іспиту допусках Недоліками способу є на якір машини подається напруга, а не струм якоря, що є найважливішою діагностичною ознакою, струм і швидкість - навантажувальні параметри, що залежать від напруги, але в процесі навантаження не можуть бути сформовані так, як необхідно для створення режиму роботи, з еквівалентними втратами близькими до номінальних Відомий спосіб і пристрій не дозволяють видавати параметри навантажувального режиму, у пристрої, що реалізує спосіб необхідна фізична модель двигуна, що не завжди можливо, тому що при широкій номенклатурі ремонтованих машин необхідний цілий парк таких моделей, при ЦИКЛІЧНІЙ ЗМІНІ напрямку обертання двигуна (із середнім значенням швидкості близьким до нуля) можливі такі частоти впливу, при яких колекторні пластини і якірні обмотки навантажуються струмом нерівномі рно Очевидно, що достовірної діагностики параметрів двигуна при цьому не буде Відомий так само пристрій контролю температури вузлів електричної машини постійного струму (АС №1229883 (51) МКИ Н 02 Н 5/04 Пристрій для контролю температури електроустановки постійного струму), у якому діагностика параметрів електричної машини здійснюється шляхом контролю температури струмоведучих частин машини, при и роботі під навантаженням за допомогою ВІДПОВІДНИХ датчиків струму При цьому ІНШІ параметри електричної машини не контролюються Таким чином, недоліком пристрою, є недостовірність процесу контролю температури, тому що температура машини визначається не тільки втратами енергії на омічному опорі струмоведучих частин машини Відомий спосіб навантаження двигунів постійного струму незалежного збудження, при якому в процесі навантаження задаються ПОСТІЙНІ значення напруг якоря і струму збудження Для створення навантажувального режиму напруга збудження задається з деякою змінною складовою Динамічна складова струму якоря, при цьому, утвориться як частка перемінної складової напруги живлення двигуна і комплексного опору ланцюга якоря (Спосіб навантаження двигунів постійного струму і пристрій для його здійснення АС СРСР, 1563410 G01R 31/34) Розглянутому способу притаманні недоліки - частота періодичного впливу задається, а реакція двигуна на цей вплив визначається в ході експерименту, - необхідне значення струму і швидкості підбираються в процесі навантаження шляхом зміни частоти й амплітуди періодичної складової напруги, - залежності струму якоря і швидкості його обертання зв'язані один з одним, по цьому немає можливості створення таких навантажувальних режимів, при яких амплітуди, частоти і фази згаданих параметрів можна змінити друг щодо Друга, при використанні відомого способу необхідно підбирати частоту впливу, що при визначеному сполученні з частотою обертання може викликати нерівномірне завантаження колекторних пластин і секцій обмоток якоря Таким чином, відоме технічне рішення має недоліки - недостовірність процесу навантаження і діагностики параметрів електричної машини, що навантажується Зазначений спосіб приймається авторами як прототип, у силу того, що він має з заявленим способом загальні операції й ознаки - машину підключають до регульованого перетворювача напруги, - потік машини задають у формі двох складових - постійної і періодичної, - вимірюють струм якоря, і шляхом зміни амплітуди і частоти періодичного впливу домагаються навантаження машини заданим ефективним струмом якоря, визначають кінцеві параметри навантажувального режиму, по яких судять про якість електричної машини В основу винаходу поставлено задачу формування способу іспиту генератора постійного струму незалежного збудження, шляхом формування періодичних впливів по ланцюгах якоря і збудження, і виміру енергетичних параметрів електричної машини, забезпечити підвищення достовірності процесу іспиту електричної генератора постійного струму Поставлена задача вирішується таким чином - у ВІДПОВІДНОСТІ з вихідними паспортними даними машини формуються тестові сигнали по напрузі якоря і напрузі збудження, у результаті визначаються поточні параметри якірного ланцюга і ланцюга збудження машини, у ВІДПОВІДНОСТІ з обмірюваними параметрами напруги, струму, швидкості обертання якоря, а також напруги і потоку збудження, обчислюються параметри електричної машини опір якірного ланцюга (Rfl), індуктивність якірного ланцюга (І_я), момент інерції електричної машини (J), коефіцієнт механічних втрат (а), коефіцієнт магнітних втрат ( а ) , опір ланцюга збудження (R3), індуктивність ланцюга збудження (І_з), - задаються закони зміни струму якоря і швидкості обертання, що включають як ПОСТІЙНІ складові, так і періодичні складові, 49281 - визначається розрахункова залежність моменту машини, при якому реалізується необхідний закон зміни швидкості, - визначається залежність потоку машини, при якому реалізується залежність моменту в часі, при заданому значенні струму якоря, - визначається розрахункова напруга на затисках джерела живлення якоря, при якому машина має задані параметри навантажувального режиму ( Ю Я (І), ія (t)), - на силові перетворювачі задаються сигнали пропорційні розрахунковим значенням напруги якоря і струму збудження, - здійснюється вимір миттєвих значень струму якоря -iqft), напруги якоря - ия(ї), швидкості обертання - WF,(t), і коефіцієнта потоку машини k(t) = a .2, (18) і при такому визначаються, як способі (20) навантаження 49281 Рмех = а • (ш с + © v • sin(O № t + ф)) Закон зміни магнітних вираженням, виду г втрат (21) 10 Втрати в МІДІ елеісгричної машини обумовлюються розсіюванням енергії на омічному опорі струмоведучих частин описується (24) (22) при цьому закон зміни ЕРС має складний характер через те, що швидкість змінюється у ВІДПОВІДНОСТІ з вираженням (8), а потік представляється рівнянням (16), то ЕРС у загальному виді може бути представлена (23) у системі динамічного навантаження, за умови зміни струму якоря (7) електричні втрати (25) отже, сумарні втрати динамічному навантаженні потужності при (26) середнє значення втрат за період навантаження (27) Формовані, у такий спосіб сумарні втрати потужності обумовлюють нагрівання електричної машини, що і є одним з основних показників якості Зміну температури електричної машини, у загальному випадку можна представити залежністю виду t !(!)=:Т п +(Т у ~Т п ).(1-е (28) де Тп - початкове значення температури машини, Тс - стале значення температури машини, т н - постійна нагрівання машини Температуру електричної машини можна оцінити непрямим чином, грунтуючись на явищі зміни активного опору при ЗМІНІ температури навколишнього середовища (29) -f R-AT де [3 -температурний коефіцієнт, ДТ - збільшення температури, щодо початкової, Ro - величина активного опору при температурі Тп Виходячи з виражень (28) і (29) величину опору у визначений момент часу, при навантаженні, можна представити R0+P-(Ty-TH)-(l-e ..) (30 ) Роблячи виміри через рівні проміжки часу At у ВІДПОВІДНІСТЬ з рівністю (ЗО) складається система рівнянь R.-RO+P-ATV-(1(31) Рішення системи дає величину сталої температури електричної машини в режимі динамічного навантаження, при заданих параметрах струму і швидкості Пристрій, що реалізує спосіб представлений на фігурі 3 Електрична машина постійного струму 1 якірним ланцюгом за допомогою датчика струму 2 підключена до силового перетворювача 3 Паралельно перетворювачу включений датчик напруги 4 Як силовий перетворювач, може бути використаний промисловий тиристорний чи транзисторний перетворювач Живлення перетворювача здійснюється від мережі змінного струму за допомогою трансформатора 5 і керованого комутаційного блоку 6 Обмотка збудження електричної машини підключена через датчик струму збудження 7 до керованого збудника 8 Паралельно обмотці збудження включений датчик напруги 9 Керований збудник за допомогою трансформатора 10 і керованого комутаційного блоку 11 підключений до мережі змінного струму Сигнали з датчиків струму якоря 2, напруги якоря 4, струму збудження 7, напруги збудження 9, швидкості обертання 12 надходять на входи 1 -5 блоку гальванічної розв'язки й узгодження 13 За допомогою цього ж блоку здійснюється керування силовими перетворювачами і комутаційними блоками ланцюгів збудження і якоря Інформація про стан датчиків із блоку гальванічної розв'язки й узгодження надходить на вхід 2 електронної обчислювальної машини (ЕОМ) 14 ЕОМ здійснює програмну обробку даних і вивід 49281 12 11 результатів на блок візуалізацм 15 Уведення виходу 2 блоку 9 на вхід 2 блоку цифроданих відбувається за допомогою блоку аналогового перетворення 11, надходить введення 16, сигнал з виходу блоку введення цифровий сигнал керування силовими надходить на ЕОМ, де обробляється по елементами, на вхід 1 з виходу 3 блоку 9 ВІДПОВІДНІЙ програмі, коректується в залежності надходить сигнал керування станом блоку 11, від стану датчиків і надходить на вхід 6 блоку вихід 1 якого несе інформацію про поточний стан гальванічної розв'язки й узгодження ВІДПОВІДНО блоку 11 і зв'язаний із входом 4 блоку 7 до цього сигналу формуються сигнали керування Аналоговий сигнал з виходу 2 блоку 11 силовими перетворювачами виходи 1 і 3 блоку надходить на вхід 2 блоку аналогового 12 демультиплексора 10, керування станом якого здійснюється по входу 1 з виходу 2 блоку 7, Блок-схема блоку гальванічної розв'язки й інформація про поточний стан блоку 10 узгодження представлена на фігурі 4 Сигнали з надходить з виходу 1 на вхід 5 блоку 7 У датчиків надходять на входи блоків 1-5 залежності від стану блоку 10 сигнал з його входу гальванічної розв'язки, побудованих за 2 надходить на один з виходів 2-5, і ВІДПОВІДНО на структурою модулятор - гальванічна розв'язка блок гальванічної розв'язки 12-15 Сигнал з демодулятор - фільтр - підсилювач Сигнали з виходу блоку гальванічної розв'язки надходить на виходу блоків гальванічної розв'язки надходять ВІДПОВІДНИЙ силовий елемент системи на входи 1-5 аналогового мультиплексора 6, навантаження керування яким здійснюється по входу 6 сигналом з виходу 1 мікроконтролера7, вхід 1, Принцип роботи системи можна пояснити по якого, одержує інформацію про стан діаграмі (Фіг 5), на якій приведені криві зміни в мультиплексора 6 Сигнал з виходу 2 часі основних електричних величин машини, що мультиплексора 6 надходить на вхід 1 аналоговонавантажується, а також варіант збору цифрового перетворювача 8, керування яким інформації на проміжку часу 1 1,2с Як зразок відбувається по входу 2 вихідним сигналом 5 була використана машина постійного струму мікроконтролера 7, що одержує інформацію на незалежного збудження типу П31М с вхід 2 про стан блоку 8 Сигнал з виходу 2 блоку параметрами 8 надходить на вхід 2 блоку адаптера Рн=1,4 кВт, UH=220 В, пн=1500об/хв, ІН=8,7А, внутрішньої шини 9 На вхід 1 блоку 9 надходить П=91% сигнал з виходу 4 блоку 7, що характеризує стан В результаті експерименту отримані криві блоку гальванічної розв'язки й узгодження, а зміни струму та напруги якорю, а також швидкості також стан датчиків Перетворені і розподілені в та потоку збудження Данні експерименту часі сигнали з виходу 3 блоку 9 надходять на свідчать про можливість здійснення ЕОМ Сигнали керування від ЕОМ надходять на навантаження електричної машини в системі вхід 3 блоку 9 На вхід 3 блоку 7 з виходу 1 блоку динамічного навантаження 9 передаються сигнали зміни стану блоку 7 З 13 49281 14 15 49281 16 17 49281 18 19 49281 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 20