Способ испытания асинхронного электродвигателя

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 11 О 837 з(5 ц С О 1 В. 31/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фф" ггпу: деФиг.г ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ АСИНХРОННОГОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИ ИМИТАЦИИ НАГРУЗКИ, заключающийся в том,что электродвигатель запускают от источника питания на холостом ходу при номинальном напряжении основной частоты, модулируют низкой частотой напряжениепитания, измеряют ток, потребляемыйэлектродвигателем, и, регулируя глубину и частоту модуляции напряжения пи-. тания, устанавливают ток статораравным наперед заданному значению,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности испытанийза счет приближения условий испытаник эксплуатационным, в качестве источнига питания используют генераторс многофазной симметричной обмоткойвозбуждения на роторе, для модуляциинапряжения питания электродвигателяпериодически изменяют частоту токавозбуждения ротора генератора по закону г о - амплитуда изменения частотьЯ - частота изменения частоты,- время,а для установления тока статора эле тродвигателя наперед заданному знач нию увеличивают амплитуду изменения частоты тока возбуждения генератора частоту ее изменения, при этом, регу лируя уровень тока возбуждения, устанавливают номинальное значение на пряжения питания электродвигателя.11083 1Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам испытанияпод нагрузкой электрических двигателей, в частности асинхронных, без механического их соединения с нагрузочным устройством, и может быть использовано для испытания электрическихмашин на заводах-изготовителях двигателей, а также на предприятиях, осуществляющих их ремонт, 1 ОИзвестен способ Испытания асинхронных двигателей, при котором двигатель запускают на холостой ход отсети, после чего отключают одну изего фаз и замыкают ее на регулируемое сопротивление (активное или реактивное). Регулируя величину сопротивления, регулируют ток в статорнойобмотке 11.Недостатком данного способа является несоответствие потерь и нагревовэлементов машины потерям и нагревамв номинальном режиме нагрузки. Крометого, потери в статоре неравномерныпо фазам, а потери в роторе из-заналичия поля обратной последовательности очень далеки от номинальныхкак по составу, так и по величине.Известен способ, заключающийсяв том, что два одинаковых двигателявключаются началами фаз в сеть, концы двух фаз одного двигателя подсоединяют к одному концу фазы другогодвигателя, конец третьей фазы подключают к двум концам второго двигателя.35Между этими точками включают машинупостоянного тока. Испытываемые двигатели запускают от сети на холостомходу, запускают и возбуждают машинупостоянного тока и, регулируя возбуждение машины постоянного тока, регулируют ток в испытываемых машинах донеобходимой величины. При напряжениисети 0=0 и постоянном токе Э =ном=1 06 Эком создается режим, соответ 45ствующий номинальному 21,Недостатком этого способа, в котором двигатели питают одновременно переменным и постоянным токами, является то, что составляющие потерь в стаг50торе и роторе испытываемой машины несоответствуют номинальным из-за наличия постоянного поля в зазоре, Потерив роторах крупных машин, работающих св ытеснением тока в роторных стержнях,ч. 55в этом случае особенно велики. Отлич.ны от номинальных и потери в торцовыхчастях статора. Вследствие этого инагревы элементов машин не соответствуют номинальным. Кроме того, требуется наличие шести выводных концов идублирующей машины, что накладываетопределенные ограничения на применение способа.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является способ испытания асинхронного электродвигателяпри имитации нагрузки, заключающийсяв том, что электродвигатель запускаютна холостом ходу прн номинальном напряжении основной частоты, модулируют низкой частотой напряжение питания, измеряют ток, потребляемый электродвигателем, и, регулируя глубинуи частоту модуляции напряжения питания, устанавливают ток статора равным наперед заданному значению,Указанный способ испытания асинхронного двигателя без механическогосочленения его с нагрузкой производят путем питания его одновременноот двух источников напряжения разнойчастоты, например 50 и 60 Гц, или 50и 40 Гц (метод двух частот), что достигается последовательным соединением этих источников с испытываемойнагрузкой. Для осуществления нагрузки по методу двух частот испытываемыйдвигатель запускают от источника основной частоты при номинальном напряжении, и затем возбуждают источникдополнительной частоты до загрузкидвигателя номинальным током, При этомв испытываемом двигателе происходитбиение амплитуды и частоты результирующего напряжения, колебание скорости вращения ротора, появление токовстатора и ротора, появление потерь инагревов 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 Р 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 качестве11083зодного из источников (основного илидополнительного) сеть нельзя, таккак 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 асинхронного электродвигателя при имитации нагрузки, заключающемуся в том,что электродвигатель запускают от источника питания на холостом ходу приноминальном напряжении основной частоты, модулируют низкой частотой напряжение питания, измеряют ток, потребляемый электродвигателем, и,регулируя глубину и частоту модуляции напряжения питания, устанавливают ток статора ранным наперед заданному значению, в качестве источникапитания используют генератор с многофазной симметричной обмоткой возбуждения на роторе, для модуляции напряжения питания электродвигателя периодически изменяют частоту тока возбуждения ротора генератора по закону 51 Р Я 130где- амплитуда изменения частоты;Я - частота изменения частоты,время,а для установления тока статора электродвигателя наперед заданному значению увеличивают амплитуду изменения частоты тока возбуждения генератора и частоту ее изменения, приэтом, регулируя уровень тока возбуждения, устанавливают номинальное значение напряжения питания электродвигателя.Приводной двигатель выбирают смягкой механической характеристикой.Моменты инерции испытываемого двигателя и генератора, если они недостаточны, увеличивают путем присоединения к ним дополнительных масс, например маховиков,Питание испытываемого двигателягенератором с многофазным роторм,возбуждаемым токами периодически изменяющейся частоты, приводит к колебаниям скорости вращения испытываемого двигателя, так как частота выходного напряжения такого генератора изменяется соответственно изменениючастоты возбуждения, поскольку зависит от вращения ротора и частоты вращения поля ротора относительно ротора.Колебания скорости вращения приводят к появленидинамического момента, скольжения и тока нагрузки.Динамический момент двигателя ра- вен где 3 - момент инерции ротора двигателя;и - угловая частота вращенияротора,с другой стороны, момент асинхронно. го двигателя в рабочей зоне по характеристике пропорционален скольжению1 нМ = и 55 нгде Мн5 - 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 = - Щ , что ниже его кри-макссртического значения, которое в двигателях всегда больше двойного номи-нального. При этом среднему номинальному значению момента будет соответствовать среднеквадратичное значениетока, соответствующее номинальному,Таким образом, среднее значениемомента и среднеквадратичный ток,соответствующий номинальному значению для испытываемого двигателя,достигается при значении скольженияниже критического (в рабочей зоне характеристики). Следовательно, потерипо характеру и месту их выделения соответствуют эксплуатационным.Из (1) следует, что при большейвеличине момента инерции испытываемого двигателя для получения необходимой нагрузки требуется меньшее значение ускорений Ыщ/Ю , т,е. меньшаячастота качаний скорости и соотвЕтственно меньший диапазон регулирования частоты возбуждения. Поэтому дляоблегчения регулирования момент инерции испытываемого двигателя (особенно малоинерционного) полезно увеличить путем присоединения к нему дополнительной массы, например маховика.При качании скорости испытываемыйдвигатель обменивается соответствую 1108371щей мощностью с генератором, Средняямощность двигателя (без учета потерьв нем) Ьпределяется выражением Р= 2 КЭи дм2) где и, - номинальное значение угловойчастоты вращения двигателябы, - величина изменения угловойчастоты вращения;- частота колебаний скорости,коэффициент пропорциональности.Чтобы эту мощность получить за счет кинетической энергии вращающихся масс ротора генератора и его привод ного двигателя, а не за счет питающей сети, механическая характеристика приводного двигателя должна быть более мягкой по сравнению с характеристикой испытываемого двигателя. В этом 70 случае мощность генератора (без учета потерь) определяется выражением Р =23 К ц дщ Г =Р, (3) где Э 7 - суммарный момент инерциироторов генератора и приводного двигателя,м 7 - номинальное значение угловойчастоты вращения генератора,Йщ - величина изменения угловой 307частоты;Г 7 - частота колебания частотывращения;К - коэффициент пропорциональ 7ности.35Из (3) следует, чем больше момент инерции роторов генератора и приводного двигателя (Э 7), тем меньше колебания скорости и частота этих колебаний для получения необходимой мощ ности. Увеличение момента инерции 37 путем присоединения дополнительной массы допускает снижение требований к мягкостихарактеристики приводного двигателя. 45При 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 прин55 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 5-107. 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, 1 - время)ф, 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 величиныЗака з 5857/31 Тираж 71 Подписи ВНИИ вен го ко ета СССР мит ПИ Государстделам изобреМосква, Жнии и ткрьггиикая наб.,/5 Филиал ППП "Патент", г,ужго ул,Проектная, 4 тока возбуждения устанавливается номинальное напряжение наиспьггуемом двигатеЛеЗатем регулируют частоту токов возбуждения, плавно увеличивая ампли туду изменения и частоту изменения до загрузки испытываемого двигателя 1 током, среднеквадратичное значение которого соответствует необходимому для испытания, например номинальному. 10Измерение мощности потерь испытуемого двигателя может быть выполнено, например, с помощью счетчика активной энергии с измерением времени, а напряжения и токов - обычными небыст 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 чрезвычайно трудно.