Способ испытания электрической машины

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 111) 34 51)4 С 0 РЖИ-ч13, ЬКЫИт)Е НИ тания обмотку генератогатель 1 в режиммотку возбуждениключают к сети,ереводят двиго хода. Обтора 2 подя эл. тормои олост генер оизв и ге жение двигател Способ позволя ратора 2.ть энергоемприменениявания. 2 з,п ньши ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОЛИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины, Л.: Энергия, 1973, ч. 11, с. 544.Жерве Г.К. Промышленные испы 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 квспомогательному двигателю 6, сопряженному с маховиком 7, разгон до номинальной частоты вращения, переводв режим холостого хода и торможениепри отключении от сети. Частоту вращения двигателя 6 выбирают вьппе, чемдвигателя 1. На обмотку возбуждениягенератора 2 подают форсированноенапряжение, разгоняют двигатель 6,после достижения двигателем 1 номинальной частоты вращения отключают кость испытании за счет одного и того же оборуф-.лы, 5 ил.Изобретение относится к электро- машиностроению, 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 массо- габаритных 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 б и маховика 7 выбирают более высокой, чем номинальная частота вращения испытываемого двигателя 1. Так как энер гия, затрачиваемая на разгон инерционных масс, пропорциональна квадра 25 ЗО 35 40 45 50 ту частоты вращения, то повышениечастоты вращения вспомогательногодвигателя 6 и маховика 7 (электрическая мультипликация) позволяет уменьвить мсмент инерции инерционных массв квадрате отношения номинальныхчастот вращения вспомогательного 6 ииспытываемого 1 двигателей (квадратупередаточного отношения электрического мультипликатора), т.е, для машин с относительно невысокой частотойвращения в десятки раз. С этой жецелью целесообразно некоторое повышение частоты вспомогательного генератора 2 против стандартной за счетиспользования вспомогательного генератсра 2 с несколько меньшей номи,нальной частотой вращения, Например,вспсмогательный генератор 2 на500 об/мин, сопряженный с испытуемымдвигателем 1 на 600 об/мин, позволяет допслнительно уменьшить моментинерции маховика на 447 Позицией 8обозначены обмотки возбуждения маховика, 9 - еще один вспомогательныйдвигатель а 10 - регулируемый источник,Ресурсные испытания двигателя 1производятся следующим образом: включают испытуемый двигатель 1 выключателем 5 на сеть 4; на обмотку 3 возбуждения вспомогательного генератора2 подключают Форсированное напряжениевозбуждения; разгоняют испытуемьйдвигатель 1 с вспомогательным генератором 2 прямьв пуском, а вспомогательный двигатель 6 с маховикомчастотным пуском до номинальной частоты вращения, отключают обмотку 3возбуждения генератора 2 и оставляютвспомогательный двигатель 6 с маховиком 7 на выбеге; охлаждают включенныйна сеть 4 двигатель 1 на холостомходу, генератор 2 вращается при этомс отключенной обмоткой 3 возбуждения;отключают испытуемый двигатель 1 отсети 4 и подключают снова обмоткувоэбукдения генератора 2; тормозятиспытуемьп 1 двигатель 1 вспомогательным генератором 2 на остановленныйвспомогательный двигатель 6, сопряженньй с маховиком Далее процесс испытаний повторяют. Ча.тота вспомогательного генератора 2 при пуске испытуемого двигателя 1 плавно повышается от нуля до номинальной, поэтому пуск вспомогательного двигателя.6 осуществляетсяз 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 1 О 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 ля 1. Небольшой размер маховика 7 и применение стандартных вспомогательных генератора 2 и двигателя 6 позволяет снизить первоначальные затраты, Снижаются также и энергозатраты на 2 О испытания, так как сразу по достижении номинальной частоты вращения вспомогательного двигателя 6 с маховиком 7 снятием возбуждения с вспомогательного генератора 2, он пере 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- ЗОвают, что время охлаждения для КЭМ (испытуемый двигатепь 1) с тяжелыми условиями пуска оказывается достаточным, чтобы вспомогательный двигатель 6 с маховиком 7 успели остановиться при свободном выбеге за счет механи 35 ческих потерь: вентиляционных, трения в подшипниках. Это позволяет отказаться от специального торможения маховика 7 внешним магнитным полем,40 специальной магнитной системы и, соответственно, снять проблему нагрева поверхности маховика 7 при интенсивном торможении. Если вспомогательный двигатель 6 с маховиком 7 не45 успевают остановиться за время охлаждения испытуемого двигателя 1, то в них искусственно увеличивают потери, например вентиляционные.После окончания охлаждения испы туемого двигателя 1 вспомогательный генератор 2 снова возбуждается, и торможение испытуемого двигателя 1 и вспомогательного генератора 2 производится потерями короткого замыка ния в неподвижном вспомогательном двигателе 6 и потерями в вспомогательном генераторе 2, Величина тормозно 4605го 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 маховикарегулирования 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 махови 3 1244 ка 7 пропорциональна величине этого "изъятого" момента инерции,Нестационарныйнагрев поверхности маховика 7 и минимальная величина (провалы) вращающего момента истыпуемого двигателя 1 являются пределом уменьшения размеров маховика 7, Реально достижимо уменьшение момента инерции маховика 7 этим способом в два-три раза. 10 Изменяя величину тока обмотки 8 возбуждения, можно менять время пуска испытуемого двигателя или использовать вспомогательный двигатель 6 и маховик 7 для испытаний других КЭМ 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 воэбуждением 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 объединен 35 ный вспомогательный двигатель 6, например, с массивнымротором, 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 маши 45 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 стандартно 605 Ьго 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 регулируемого источника 10 с регулируемым напряжением или регулируемым частотой и напряжением, в котором,для более экономичной имитации инерционных свойств и момента сопротивления приводимого объекта все изложенные выше споссбы применяют для машин, работающих 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, работающихв переменных режимах. В этом случаеинерционное устройство и создаваемыйим момент сопротивления (магнитнойсистемой маховика) используется непрерывно при разгонах и торможениях,реверсах и установившемся режиме работы, если последний кратковременен иэкономически оправдан (без возвратаэнергии), Все управление режимамиосуществляется напряжением (и частотой) регулируемого источника 10, авозбуждение вспомогательного генератора 2 постоянно. Возбуждение магнитной системы маховика 7 может менятьсяпо требуемому закону изменения момента сопротивления,Предлагаемый способ был проведен при пусковых испытаниях электродвигателя АДО 3150/1000 У 1, мощностью 3150 кВт, 1000 об/мин, для которого было необходимо инерционное устройство с эквивалентным моментом инерции10500 кгм при моменте инерции двигателя 750 кгм . В качестве вспомогательнэго генератора 2 использовалась синхронная машина ДС 1812-8,2200 кВт, 750 об/мин с моментом инерции 1070 кгм 2разрешающая дпительную работу при 1000 сб/мин, Вспомогательный двигатель 6 типа АЗС, 3200 кВт, 3000 об/мин с моментом инерции 129 кгм бып сопряжен с машиной ФАЗМ 4000, использованной в качестве маховика 7 с моментом инерции 235 кгм 2 .Обе машины разрешают работу при 4000 аб/мин, При работе по схемефиг, 1 был получен суммарный эквива 7 12446 лентный момент инерции 1 =7644 кгм и время пускаи = 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 АТМФ, 2500 кВт, 3000 об/мин с моментом инерции 161 кгм, тогда суммар ный эквивалентный момент инерции 1 = 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: й и = 6,6; 15,6; 27 и 35,8 с, позволивших определить нелинейную зависимость исследуемых пара метров от времени пуска, Последовательность операций при испытаниях соответствовала вышеописанной методикеИзобретение по сравнению с известным способом позволяет уменьшить первоначальные затраты на организацию ресурсных испытаний, которые для ма-. шин с тяжелыми условиями пуска и частотой, вращения ниже 10 1/с быпи Зо 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 изобретения1. Способ испытания электрической 4 О машины по методу нагрузки на систему генератор - двигатель, включающий механическое сопряжение испытуемого двигателя со вспомогательным генератором, подключение последнего к 45 вспомогательному двигателю, сопряженному с маховиком, путем подключения4 05испытуемого 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 вьпде, 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 частотывращения 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 испытуемого двигателя и вспомогательного генератора на вспомогательный двигатель, остановившийся после свободного выбега. 2. Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, на маховике размещают внешнюю магнитную систему с обмоткой возбуждения маховика, подключают ее во время пуска испытуемого двигателя и, изменяя ток возбужде. ния 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 щ и й с я тем, что вспомогательным генератором соединяют несколько вспомогательных двигателей.