Стенд для нагружения синхронных машин при испытаниях

9) Я 5 1)6 0 ЕТЕ авторскому свидетельств СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ ССС(71) Кировский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР Ч 1556349, кл. 6 01 й 31/34, 1989.Авторское свидетельство СССР М 1635745, кл. 6 018 31/34, 1988.(54) СТЕНД ДПЯ КАГРУЖЕНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН ПРИ ИСПЫТАНИЯХ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при испытаниях электрических машин переменного тока Цель изобретения - увеличение надежности, снижение эксплуатационных расходов, повышение быстродействия и улучшение электрических показателей стенда. Стенд дпя нагружения синхронных машин, магнитные оси роторов которых совпадают, а трехфаэные статорные обмотки одинаково ориентированы в пространстве, содержит эпементы для крепления машин с блоком поворота статора одной из ник вал дпя соединения роторов машин, кпеммы для подключения статорных обмоток машин, клеммы для подключения обмоток возбуждения, блоки регулирования напряжения, блок управления, измеритель частоты вращения машин, блоки измерения фаэных токов, напряжений, мощностей, датчики реактивного тока испытываемых машин, датчики активного тока, контактор дпя включения машин на взаимную нагрузку, приводной двигатель, муфту для сое - динения вала приводного двигателя с валом для соединения роторов испытываемых машин, контактор, преобразователь частоты, контактор для подключения индуктивной нагрузки, выполненный на базе инвертора, ведомого сетью, со сглажи - вающим реактором и управляемого выпрямителя с токоограничивающим трехфаэным реактором, контактор дпя подключения индуктивной нагрузки к питающей сети. 4 ил.Изобретение относится к области алек- и трехфазную регулируемую индуктивнуютротехники и может быть использовано при нагрузку, снабжен блоком поворота статораиспытании электрических машин перемен- одной из испытываемых машин, управляю. ного тока на предприятиях, занимающихся щий вход которого соединен с четвертымпроизводством и ремонтом специальных 5 выходом блока управления, а регулируемаяэлектрических машин, индуктивная нагрузка выполнена статичеЦель изобретения - увеличение надеж- ского типа на базе тиристорного инвертора,ности, снижение эксплуатационных расхо- ведомого сетью, сглаживающего реактора,о повышение быстродействия и управляемого выпрямителя итокоограничи 1улучшение энергетических показателей 0 вающего трехфазного реактора, при этомвыход инвертора соединен через третийЦель достигается тем, что известный контактор с выходом первого контактора, астенд для нагружения сийхронных машин вход инвертора - через сглаживающий реприиспытаниях, содержащий элементы для актор с выходом управляемого выпрямитекреплениядвухсинхронныхмашин,магнит ля, вход которого подключен черезные оси ротора которых совпадают, а трех- токоограничивающий реактор и четвертыйфазные статорные обмотки одинаково контактор ктрехфазной питающей сети, аориентированы в пространстве, вал для со- управляющий вход выпрямителя - к пятомуединения, роторов машин, клеммы для под- выходу блока управления, первая и втораяключения статорной обмотки одной из 20 клеммы управляющего входа инвертора сомашин соединены через первый блок изме- единены соответственно с вторыми выходрения фазных токов, напряжений, мощно- нымиклеммамидатчиковактивноготока,стей, первый контактор и второй блок Применение,тиристорного инвертораизмерения фазных токов, напряжений, позволяет преобразовывать значительныемощностей с одноименными клеммами для 25 по величине токи и напряжения, при этомподключения статорной обмотки другой ма- йнвертор пбтребляет из сети реактивнуюшины, клеммы для подключения обмоток мощность. Потребляемая из сети реактиввозбуждения соединены свыходами источ- ная мощность будет тем больше, чем больника постоянного напряжения через соот- ше угол опережения инвертора, Поэтому вветствующие блоки регулирования З 0 обычных инверторах, предназначенных длянапряжения, управляющие входы которых передачи активной мощности от источникасоединены соответственно с первым и вто- постоянного тока в сеть переменного тока,рым выходами блока управления, а входы стремятся угол опережения ф сделать какрегулируемого напряжения - с клеммами можно меньше. В заявляемом стенде основстаторных обмоток соответствующих ма- ЗБ ное назначение инвертора - потребление изшин, измеритель частоты вращенйя, под- сети испытываемых машин реактивнойключенный к клеммам статорной обмотки мощности, Поэтому угол опережения Винодной из машин, датчики реактивного тока, вертора заявляемого стенда должен бытьтоковые входы которых. включены в одно- близок к максимальному значению, т.е, блиименные фазные силовые провода машин, а 40 эок к 90 О. При этом инвертор будет выполвходы напряжения подключены кдругимод- нять роль регулируемой индуктивнойноименным фазным проводам машин, пер- нагрузки,вые одноименные выходные клеммыкоторых соединены непосредственно, а вто- Второе назначение инвертора- передарые - через блоки регулирования напряже б ча из цепи постоянного тока индуктивнойния; датчики активного тока, токовые входы нагрузки в цепь переменного тока испытыкоторых включены в одноименные фазные ваемых машин небольшой активной мощносиловые провода машин, а входы напряже- сти для покрытия потерь в силовом контурения включены между фазным проводом, к машин. Только при этом условии обе испыкоторому подключен токовый вход датч ка, 50 тываемые машины будут работать при одии общим проводом, первыевыходные клем- наковых номинальных параметрах. Длямы соединены непосредственно, привод- этого угол опережения инвертора делаетсяной двигатель, вал которого посредством немного меньшим 90. При этом фазный токмуфты соединен с валом для соединения инвертора будетотскакиватьотфазного нароторов испытываемыхмашин, а статорные 5 пряжения испытываемых машин на угол, нвобмоткисоединенычерезвторойконтактор много больший 90, т,е. будет иметьс выходом регулируемого преобразователя значительную индуктивную составляющуючастоты, входы которого соединены с трех- и небольшую активную составляющую. Акфазной питающей сетью, а управляющий тивная составляющая сетевого тока инвервход- с третьим выходом блока управления,оВо1818984тора будет нести активную мощность всис- ную составляющую тока индуктивной натему стенда, грузки до тех пор, пока активные составляПереводинверторавуказанныйрежим ющие токов испытываемых машин неработы достигается путем подачи управля- выравниваются.ющих импульсов на тиристоры с углом опе Предложенная индуктивная нагрузка врежения соответствующего фазного указанной связи с элементами стенда и ввенапряжения, немного меньшим 90 О, Подачу денный блок поворота статара позволяютуправляющих импульсов в необходимый существенно уменьшить потери мощности в .момент времени обеспечивает система им- заявляемом статоре, Это достигается, вопульсно-фазового управления СИФУ) ин первых, отсутствием в силовой цепи испывертора. Поэтому СИФУ инвертора . тываемых машин трансформаторноговыполняется так, чтобы она обеспечивала фазорегулятора, через который в прототипеподачууправляющих импульсов натиристо- идет полный так нагрузки. Ва-вторых, КПДры с углом Опережения Р, немного меньшим . предложенной индуктивной нагрузки выше,90 О. 15 чем синхронного компенсатора, Он опредеСглаживающий реактора индуктивной ляется произведением КПД инвертора и вынагруэки предназначен для сглаживания прямителя и составляет в среднем ."- выпрямленного тока, а токоограничиваю- = 0,95 х 0,95=0,9, Синхронный кампенсаторщийреактор - дляуменьшениябросковтока имеет КПД д = 0,8, Канал поступления акпри коммутации тиристорав, 20 тивнай мощности из питающей сети в стендВведенный в стенд блок на базе веда- для покрытия электрических потерь коротмого инвертора и управляемого выпрямите- кий и состоит лишь из индуктивной нагрузкиля выполняет функции регулируемой с ур=0,9,индуктивной нагрузки и подпитывающегоустройства,д ающего Заявляемый стенд повышает каэффи ид ающего - ициент мощности питающей сети. Это достигашины предназначен для увеличения углаР щего углауправления выпрямителя индуктивной намежду осями магнитных полей статара иротора. В стенде под будет опережать напряжение питающей сестенде подвижная часть лакаповорота статора жестко связывается со 30 ти, Это значит, чта индуктивная наг зкастатором одной из испытываемых машин, Ва я ирезультатепри воздействии на упраол характер, Если учесть, что в аб ем сл чаегулираваться угол нагр зки В обеих машин,т.е, будет регулироваться их активная мо - 35 щ н л чшить кю, чта ммож маючая трансфорив а мощ стенда с щественна л чшить кмощности сети и даст значительный экономаторный фазорегулятор из силового мический э фект, особенно и и испытании.мощных генераторов.снизить потери,мощности в данном конту.ре.На фиг,1 изображена принципиальная40 электрическая схема стенда; на иг.2 -Индуктивная нагрузка имеет меньшиепринципиальная электрическая схема силаэкСплуатационные расходы при обсл живаь и о служива- вай части индуктивной ег ли емой нании, что абьясняется отсутствием щеточна- ф е а ные игрузки; на фиг,З и 4 - векта ные ицактйых и подшипниковых узлов, а .окав и натакже имеет большее быстродействие па 45зл. в а временные диаграммы фазных токов и насравнению с синхронным компенсатаром спрлжений соответственно инве та а и выблоком поворота статора. Эта позволяет в р д спь,танияпрямителя индуктивной наг зки,сочетании с указанным соединением датчиСтенд предназначен для испйтаниякав активного така с СИФУ инвертора на 1 2и . р ратарао которыхсовпадают а трехфазные. быстродействие системы автоматического аы од ор 1 е,тироУоеличить статарные обмотки а инакова о ивоны о иОастранстое. Стенд содержит эле-тавллющеи то- л 1 енты лл кд л крепления йсыгываемыхмэшинываемьх машин. При уве- (на че тежо не покаыоа (на чертеже не показаны) с блоком паоаратактивной составляющей токанагрузки генератора относительно актив , л пастотаро 3 одной из них, оал 4 лл сае иненил ратарао мавин, клеммы 5 и 6 лл панаи составляющей тока двигателя появляет-, . анключеИл стэтарных обмоток машинся разностный ситнал на выходе датчиков л, да акаазклемм., 7 и 8 длл подключения обмотокаазактионага така, который путем воздействияна вход СИФУ иМртора поднимает актив- о ,буждеил, блоки регулираоания нап лженил 9; 10, блок управлел 11, изл",еритйльчастоты вращения 12 машин, блоки измере- преобразователя устанавливают необходиния фазнцх токов, напряжений, мощностей мую частоту вращения испытываемых мз и 14, датчики реактивного тока 15 и 16 шин, которую контролируют измерителем испытываемых машин, датчики активного частоты вращения 12. При этом блоки регутока 17 и 18, контактор для включения ма лирования напряжения 9 и.10 устанавливашин на взаимную нагрузку 19, приводной ют возбуждение машин таким, чтобы их двигатель 20, муфту 21 для соединения вала напряжение было номинальным. Это напряприводного двигателя с взлом для соедине-: жение контролируется с помощью блоков ния роторов испытываемых машин, контак- фазных токов, напряжений, мощностей 13 и тор 22, преобразователь частоты с 10 14 ипринеобходимостиможетбытьподкоррегулируемой частотой 23, контактор 24 для ректировано с пульта управления 11 путем подключения индуктивной регулируемой воздействия на управляющие входы блоков нагрузки 25, выполненный на базе тири- регулирования напряжейия. Блоком пово" сторного инверторз, ведомого сетью 26, со рота стзтора 3 устанавливают примерно нусгяаживэющимреэктором 27 иуправляемо левое значение угла: нагрузкиго выпрямителя 28 с трехфазным ограничи- . В испытываемых машин, Контактором 19 телем тока 29, контактор 30 для . включаютмашинынавзаимнуюработу.уве подключения индуктивной нагрузки к пита- личивая блоком йоворота статорз 3 угол нэющей сети, . , . груэки О, нагружают испытываемыеСпецифической особенностью индук машины активным током. При этом обе мативной регулируемой нагрузки стенда.явля- шины нагружаются почти одинаковой зктивется ее двойное назначение. Во-первых, она ной мощностью, пропорциональной з 1 п д.предназначена для йзгружейия испытывае- Для нагружения машин реактивной мощномых машин индуктивным током. Во-вто- стыоконтактором 24 подключзютиндуктиврых, индуктивная нагрузка должна 25 ную нагрузку 25 с углом опережения выполнять роль подпитывающего устройст- ф =Рвах% и углом управления а = а" ва стенда для покрытия электрическйх по к силовой цепи испытываемых машин.терь мощности в испытываемых машинах, Контзктором 30 подключают индуктивную индуктивной, нагрузке и соединительных . нагрузку к питающей сети.Уменьшая уголпроводах, Беэ подпитки мэшинз, испытыва; 30 управления а выпрямителя нагрузки путем емэя в режиме генератора, будет нагру- воздействия на его управляющий вход, жаться больаей мощностью на. величину плавно увеличивают индуктивный ток науказанных потерь, При атом невозможно ус- грузки, при этом будет плавно Возрастать тановить с большой тОчностью равенство ток подпитки.параметров испытываемых машан. В ре- Зб Равенство индуктивных токов нагрузки зультзте при испйтании специальных ма- испытываемых машин.обеспечивается спо.. шин, например авиационных генераторов, мощью датчика реактивного тока 16 и 16.вынуждены испытыватьлишь Одну машину Раэностнцй. выходной сигнал датчиков воза вторая является технологической, что сни-действует на выравнивающие органы бложает производительность стенда. Поэтому, 40 ков регулирования напряжения с целью снижения потерь мощности в стен- испытываемых машин, При этом возбуждеде и, следовательно, выравнивания актив- . ние менее нагруженной реактивным током ной мощности испытываемых машин в машины увеличивается, а более нагружен- заявляемом стенде, угол нагрузки дсозда- ной снижается, При наступлении равенства ется не трансформаторнымфз 46 индуктивных токов машин выходной разно-, зорегулятором, а блоком поворота статора стный сигнал датчиков становится равным Одной иэ машин. нулю и корректировка возбуждения прекрз. Стенд работает следующим образом, щается.Испытываемые синхронные машины 1 и Равенство активных составляющих то 2 нагружаются активной мощностью по ме ков нагрузки машин обеспечивается с по тодувзаимнойнагрузкипутемповоротаоси мощью датчиков активного тока 17 и 18.магйитного поля статора относительно оси Рззностный выходной сигнал датчиков возполя ротора на угол нагрузки Ос помощью действует на СИФУ инвертора 26 с целью блока поворота стзтора, а реактивной мощ- корректировки угла ф. Если .активная соностью - путем подключения индуктивной 56 стааляющая тока генератора превышает акнагрузки.Дляэтоговнзчалеконтактором 22 тивнуа составляющую тока двигателя, то подключают приводной двигатель 20 к пре-, разностнцй сигнал датчиков уменьшает обраэователю частоты 23. Путем увеличе- угол ф и ток подпитки 1 и возрастает, Прй ния частоты выходного напряжения этом активная составляющая тока генерато- о. Ра снижается. При равенстве активных со- ходами, т,к, выполнена статического полуставляющих токов испытываемых машин . правадникавага типа без щетачных и падкорректировка угла ф прекращается,шипникавых узлов, Это же объясняетВ процессе испытания система энтама- значительно большее быстродействиетическога регулирования на базе блоков ре предлагаемой нагрузки по сравнению с син- .гулирования напряжения с датчиками хранным комйенсаторам прототипа. Приреактивнаготокаиуправляющего инверто-: .этом увеличивается быстродействие САРра с датчиками активного тока поддержива стенда в целом,ет активные и реактивные токииспытываемых машин равными, При этом 10. Потери активной мощности в предлагаобе машины будуг иметь с высокой сте-, . емом стенде меньше, чем в прототипе. Этопенью точности одинаковые нагрузочные; объясняется отсутстаием в силовом контурепараметры: ток нагрузки, коэффициенттрансформаторного фазорегулятара, более. мощности нагрузки, ток возбуждения и т.д. высоким КПД индуктивной статической наЗто обеспечивает одновременное испыта груэки и коротким каналом поступления акниеобейх машин. " тивной мощности их питающей сети вТаким образом, предлагаемая е заявля- систему стенда, имеющим КПД 0,9,емом стенде индуктивная нагрузка выпал- .Применение управляемого выпрямитеняет обе предназначенные ей функции; лясопережающимугломуправленияпозвонагружает испытываемыемашины реактив ляет создать индуктивную. нагрузкуной мощностью и осуществляетподпитку испытываемыхмашмнсемкостнымхарактестенда активной мощности с целью покры- Рам по отношениюх питающей сети. Поэтотия потерь электрической мощности в сис- му. подключение заявляемого стенда ктеме. При этом индуктивная нагрузка . питающей сети может существенно улуч;,. характериэуетсяповышеннойнадежностью 25 шить ее коэффициент мощности, что дасти минимальными эксплуатационными рас- значительный экономический эффект,Формула изобретенияний подключены к другим. одноименнымСТЕНД дЛя НАГРуЖЕНИя СИНХ- фазным проводам машин, . первые одноРОННЫХ МАШИН При ИСПЫТАНИЯХ, 30 именные выходы которых соединены. содержащий элементы для крепления непосредственно. а вторые - через блодвух сийхронных мавин, магнитные оси ки Регулирования нэпРяжения, датчики .роторов которых совпадают, а трехфаэ- . активного тока, токовые входы которых;ные статорные обмотки одинаково ори- З включены. в:одноименные фазные сило 35,: ентированы в пространстве, вал для: со- вые яров(ща машин, в входы напряжеединения роторов испытываемых . ния включены между фазным проводам,машин,. клеммы для подключения ста-к . котОрому подхлючен таковьй входторной обмотки одной из машин саеди- датчика, и общим проводам, первыенены через первый блок измерейия щ 0 выходные клеммы соединены непасредфазных токов, напряжений, мощностей, ственна, приводной двигатель, вал котопервый кантактар и второй блок изме-: Рога посредством муфты соединен с варения фазных таков, напряжений, мощ- ломдля соединения роторая роторовастеи с одноименными клеммами для .-испытываемых машин, а статарные абподключения статарнай обмотки другой 45 мотки. соединены через второй кантак-машины, клеммы для подключения об- тор с выходам Регулируемого преабрамоток возбуждения соединены с выхо- завателя частоты, входы которого соедами источника постоянного найряже-. дийены с грехфазнай питающей сетью,ния . через соответствующие блоки а управляющий вход - с третьим выхбрегулиравания напряжения, управляю дом блока управления, а также трехщие входы которых соединены саатвет- фаэную регулируемую индуктивную наственно с вторым и третьим выходами грузку, Отличающийся тем, чта, сблока управления, а входы - с клемма- целью увеличения надежности, снижеми статарных обмоток соответствующих ния эксплуатационных расходов,. повымашин, измеритель частоты вращения, 55 шения быстродействия и улучшенияподключенный к клеммам статарнай аб- энергетических показателей, в него ввемотки одной из машин, датчики реак- ден блок поворота статора одной иэтинного тока, токовые входы которых испытываемыхмашинин, управляющийвключены в одноименные фазные сидо- вход которогО саедиинен с четвертымвые провода машин, а входы напряже- - выходом блока управления, э трехфаз11 1818984 8 Ч ная регулируемая индуктивная нагрузка выполнена в виде инвертора, сглаживающего фильтра, управляемого выпрямителя с токоограничителем, при этом выход инвертора соединен через третий контактор с выходом первого конгактора, а вход инвертпра - через сглаживающий фильтр с выходом управляемого 12выпрямителя, вход которого подключен через токоограничитель и четвертый контактор к трехфазной питающей сети, а управляющий вход выпрямителя - к 5 пятому входу блока управления, управляющий вход инвертора соединен соответственно с вторыми выходами датчиков активного тока.1818984 Составитель В,ГоловянкинТехред М,Моргентал Коррект Милюкова едакт ляда аз 693 Тираж . Подписное НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж-ЗВ, Раушская наб., 4/б Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101