Спосіб навантаження асинхронного двигуна при випробуваннях та пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до електротехніки, безпосередньо до електроприводу і систем навантаження електричних машин при післяремонтних або інших іспитах. Відомий спосіб навантаження асинхронного двигуна при іспитах по методу взаємного навантаження [Н.Ф. Котеленц, Н.Л. Кузнецов. Испытания и надежность электрических машин. М., Высшая школа, 1988, с.72]. Випробуваний двигун при цьому працює у руховому режимі, а навантажувальна машина у генераторному. Недоліками відомого способу є можливість застосування тільки при іспитах однотипних машин перемінного струму. Відомий також спосіб навантаження для іспитів асинхронних двигунів, що полягає у формуванні періодичного впливу на магнітний потік двигуна, вимірюванні струмового навантаження і контролі вібрацій, по методу живлення статору струмами різних частот [Павлов В.Н. и др. Применение ЭВМ для тепловых испытаний асинхронных двигателей машин по методу двойного питания. «Экспресс-информация», сер. «Электрические машины», 1985, №5]. Відомий спосіб полягає в тому, що статор двигуна підключають до двох послідовно включених джерел живлення з різними частотами (наприклад, 50Гц і 10Гц). При цьому, якщо напруга джерела живлення з частотою 50Гц більша за напругу низькочастотного джерела, то двигун буде працювати з частотою обертання близькою до синхронної частоти обертання при частоті напруги живлення 50Гц, а низькочастотна напруга створює гальмівний режим. При цьому є можливість створювати будь-яке теплове навантаження двигуна. Даний спосіб обрано за прототип. Проведемо аналіз процесу формування навантажувального режиму згаданим вище способом, який забезпечує нестаціонарність поля статора двигуна (періодично змінюється його миттєва швидкість), чим досягається нерівність нулю похідної від магнітної енергії цього поля й, таким чином, зміна моменту електродвигуна. При двочастотнім живленні амплітуда магніторушійної сили МРС поля визначається залежністю: Få ( t ) = FH × a 2 + b 2 + 2ab cos(w a - wb ) t де FH - значення номінальної МРС; a, b - коефіцієнти, що визначають відношення МРС, які створюються одним і другим джерелом, до номінальної МРС; wa , wb - частоти живлення джерел; t - час. Недоліками способу є наявність істотних втрат енергії (втрати у двох джерелах, при чому втрати залежать від різниці частот джерел), створення у пристроях подібного роду режиму струмового навантаження [Коварский К.М., Янко Ю.И-, Испытание электрических машин. Энергоиздат, 1990, с.79]. Через зазначені причини спосіб не знайшов широкого застосування у промисловості. Відомий пристрій навантаження асинхронного двигуна при іспитах по методу взаємного навантаження [Н.Ф. Котеленц, Н.Л. Кузнецов. Испытания и надежность электрических машин. М., Высшая школа, 1988, с.72]. Пристрій реалізується шляхом сполучення валів випробуваного двигуна і навантажувальної машини за допомогою шківів і редукторів. Недоліками відомого пристрою є неможливість зміни механічного навантаження при однакових або постійних діаметрах шківів випробуваної і навантажувальної машин, ускладнення навантажувальної системи через установку усіляких варіантів або регуляторів співвідношення швидкостей випробуваної і навантажувальної машин. Відомий пристрій навантаження асинхронних двигунів з можливістю створення струмового та електромеханічного навантаження з метою перевірки їх на термічну стійкість та вібрацію [Патент ГДР, GOIR 31/34, № 257691, Устройство для проверки асинхронных двигателей на вибрацию и нагрев]. Пристрій включає асинхронний двигун, підключений через блок датчиків напруги і струму та перетворювач до мережі живлення, у якості перетворювача використано перетворювач частоти, що періодично змінює частоту живлення, внаслідок чого двигун, обладнаний додатковим маховиком з метою збільшення електромеханічної постійної часу, періодично переходить з рушійного режиму в генераторний (гальмівний) і назад, чим створюється режим струмового та електромеханічного навантаження. Даний пристрій обрано за прототип. Вихідний сигнал при частотній модуляції визначається залежністю: ö æ w0 w0 Få ( t ) = FH × çI 0 (b) cos w0 t + I1(b ) cos(w0 + W) t - I1( b) cos(w 0 - W)t ÷ ÷ ç w0 - W w0 + W ø è I 0 (b ) - функція Бесселя нульового порядку; де I1 (b ) - функція Бесселя першого порядку; Dw 0 b= ; w0 W - кругова частота періодичної зміни частоти живлення; Dw 0 - відхилення частоти живлення при її періодичній зміні; w 0 - номінальна кругова частота обертання поля статора. Очевидно, що при зміні частоти, МРС машини включає три складові з частотами w0 , w 0 + W, w 0 - W. При двочастотному живленні маємо суму частот джерел живлення w0 + W та w0 - W. Недоліками відомого пристрою є необхідність перетворювача частоти на встановлену потужність випробуваного двигуна, високі вимоги до перетворювача частоти, що повинен допускати можливість споживання і рекуперації електричної енергії до мережі, складність визначення еквівалентного струмового навантаження як статора, так і ротора, через те, що в кривій струму міститься складний спектр струмів (як високих частот так і гранично низьких), необхідність установки додаткового маховика на вал, що ускладнює пристрій і його реалізацію та знижує продуктивність випробувального пристрою, тому що на кожний двигун потрібен власний маховик, наявність у спектрі отриманої напруги, при модуляції частоти живлення, нескінченної кількості гармонік, кратних сумі і різниці частоти мережі та частоти впливу, що обтяжує об'єктивну оцінку втрат у сталі двигуна і вібрацій. Загальні недоліки розглянутих способів і пристроїв - складність технічного здійснення, отримання недостатньо достовірної інформації для визначення параметрів навантажувального режиму. В основу винаходу поставлено завдання спрощення конструкції та збільшення вірогідності результатів навантаження. Завдання вирішується наступним чином. Спосіб навантаження асинхронного двигуна, що полягає у формуванні періодичного впливу на магнітний потік двигуна, вимірюванні струмового навантаження і контролі вібрацій, процес навантаження здійснюється шляхом модулювання по амплітуді напруги мережі живлення модулюючими для кожної фази напруги живлення гармонійними функціями з круговою частотою k -1 W = w0 , k+1 де k - відношення періодів напруг живлення з частотами w0 ± W, що вибирається, k повинно бути цілим числом, при чому необхідно дотримуватися умови 3 < k 3. При k=3 спостерігається нерівномірне завантаження фаз пристрою живлення і двигуна; при цьому нерівномірність носить стаціонарний характер. Для АД характерно те, що електромеханічна постійна часу досить невелика Т M