Способ автоматического испытания электрических машин и устройство для его реализации

Союз Советских Социалисткческкх РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 736277 1(23) Приоритет Н 02 К 15/00 Государственный комитет СССР но дедам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Э.13, Любимов и А,И, Судаков Пермский политехни еский институт(71) Заявитель 1 54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИСПЬГГАНИЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И УСТРОЙСТВО Л)18 ГГО 1 ЕАЛИЗАШИИзобретение относится к электротехнике, к области испытания электрических машин, а именно к автомати - ческим измерениям усредненных значений непрерывных электрич ских величин при исследованиях асинхронного режима синхронных машин с последующим построение.м зависимостей, характиризуюших исследуемый режим, в функции от величиныкольжения, Изобретение предназначено для испытания электрических машин на электрических станциях и при заводских стендовых исттытаниях головных образцов генераторов и двигателей, а также ис:пользования предлагаемого способа в составе комплексных автоматизированных системах испытаний,Извест н способ получения асинхронных характеристик электрических машин, основанный на осциллографировании измеряемых характеристик в асинхронном решении работы электрической машины,на обработке осциллограмм, вычислении по известным аналитическим выражениям величин асинхронного момента, тока, можности в функции скольжения .3 и построении указанных характеристик 11,Недостатки способа - трудоемкоттть,длительность, низкая произ водительность испытаний.Известны устройства г я измере -ния частоты (скольжения) активноймощности напряжения, токов, содержащие блоки измерения и запоминаниямаксимальных напряжений постоянно 10го тока, блоки выпрямления напряжений и токов блоки измерени я площадей с помошью операционных усилителеи, интеграторов,Недостаток известных устройствмалая точность получаемой информа 15 ции, трудоемкость ее обработки,В настоящее время сушествукт ав -томатизированные способы съема иобработки информации, получаемойв процессе испытаний электрических20 машин. Отличительной особенностьюэтих способов является то, что первичная информация получается путемвысокочастотного программногоопроса датчиков, регистрирующихмгновенные значения периодическиизменяющихся величин и непосредст -венно преобразует .я в код, а затемобрабатывается в эПВМ 2), Отмечаяпреимущество такого способа в сно 30 рости измерения и программного оп 736277роса датчиков в процессе проведения испытаний, следует отметить, что уже на стадии съема информации и поступления ее по каналам измерения в машину возможен высокий уровень помех, так как полоса пропускания каналов, предназначенных для передачи мгновенных значений, должна быть широкой, Это обстоятельство оказывает значительное влияние на результат измерения и резко отклоняет его от значения, экстраполированного по предыдущим значеиям, Вопрос помехозащищенкости таких способов обработк,к информации является узким местом, несмотря на принимаемые в алгоритмах меры для получения достоверности результатов, Разработк специальных алгоритмов по дополнительной обработке резуль - тата измерения,.имеющего признак недостоверности, лишь усложняет и без того сложное математическое обеспечение по обработке опытных данных в подобных системах испыта - ия и резко увеличивает объем памяти машины Нри иэмереии мговенных значений пер одически изменяющихся параметров (определение коэффициента искажеия кривой напряжения, измерения вибраций, скорости вращения ротора или Фазы других параметров относительно осей ротора и др) возникающие сбои и отказы существенно влияют на достоверность измеряемой информации, а отсутствие достоверных данных о начальной части переходного процесса с последующим выделением огибающих кривых (например при гроведении опыта внезапного трехфазного короткого замыкания) достаточно для объявления всего опыта еудачн,.п 1,Известен также способ автоматического испытания электрических машин, например синхронных, включающих измерение их характеристик автоматическое интегрирование и усреднение полученных характеристик,. например, в мини-ЭВМ (3) . Данный способ основан на регистрации мгновенных значений скорости, тока напряжения, электрической, механической мощности, крутящего момента и температуры с, помощью быстродействующих точных датчиков, с выхода которых сигналы поступают через нормирующие усилители и Фильтры (с быстродействием 25 мл 7(:), через быстродействующий коммутатор на аналого-цифровой преобразователь, Далее информация в цифровом коде поступает на индикацию и для обработ - ки в мини-ЭВМ, За счет специальных режимов работы нагрузочной системы н агрузочного двигателя (с поддержанием постоянства ускорения и тормокения) при обработке информации в мини-ЭВМ устраняется влиякие моментов инерции якоря и шкива на величину крутящего момента испытуемогодвигателя, а эа счет малой продолжительности (несколько с) всех испытакий влияние нагрева и вибрацийсчитается несущественкым Результаты обработки могут храниться наразлкчных носителях кнформации ивыводиться в виде графиков и таблиц.Устройство для реализации известного способа содержит каналы кзмерения токов и напряжений статора иротора, акивной мощности электрической машины, каждый из каналоснабжен датчиками первкчной информации, подключенных через соответствующие операционные усилители квходам интеграторсв каналов, выходы которых соединены с входом электронной вычислительной машины,Недостатком известного способаи устройства для его реализации является ограниченная область применения.Специфичность асинхронного режима синхронной машины заключаетсяв том, чт" длительность его гротекания обусловл а периодом колебаний тока ротора, который при малыхскольжениях может составлятьнесколько секунд, поэтому общаядлительность испытаний определяется уровнем величины скольжения,В известном способе длительность.испытаний не зависит.от скольженияэлектри 1 еской машины, а следоватечь -но этот способ и устройство дляего реализации не могут быть использованы дгя измерения асинхронкыххарактеристик синхронной машины,Пель изобретения - расширениеобласти применения на исследованияасинхроных харак"еристик синхронных машин,Для реализации поставленной цели в известном способе измеряютскольжеие ротора электрическоймашины, а время интегрирования выбирают равнымт(- г -5где Т - период тока сети, с,скольжение ротора,п - целое число периодов колебаний тока ротора 1, 2, 3,.Для реализации той же цели вустройство введен канал измеренияскол ьжеия ротора с датчиком первичной информации операционнымусилителем и интегратором на выходе канала, компаратор с блоком уставки и блок отключения входов интеграторов каналов, выход каналаскольжения подключен к входу компа ратора, выход которого соединен сблоком отключения входов интеграторов,На Фиг, 1 показана упрощеннаязлок-схема полученкя асинхронныххарактеристик синхронных машин предложенным способом; на фиг, 2 - аналоговая схема получения интегральных значений величин; на фиг. 3 асинхронные характеристики двигателя СД/8, полученные расчетом на ЭВМ и графо-аналитическим методом из осциллограмм; на фиг. 4 - пример принципиальной схемы исследований одного из двигателей,Сущность способа получения асинхронных характеристик состоит в замене трудоемких ручных операций известного способа, таких как масштабирование, осциллографирование, обмер осциллограмм и вычисление площадей огибающих при определении интегральныХ параметров и величины скольжения, одной автоматической машинной операцией непрерывного, параллельного и одновременного интегрирования аналоговой первичной информации на первом этапе, а также автоматическое выполнение громоздких аналитических расчетов при вычислении координат асинхронных характеристик по усредненным интегральным параметрам по несложной программе на мини ЭВМ на втором этапе (этапы введены условно),Причем автоматическая машинная операция непрерывного, параллельного и одновременного интегрирования осуществляется за время, связанное с величиной скольжения зависимостью1=и - , (1)где Т - период тока в сети, с,5 - скольжение ротора,о - целое число периодов колебаний тока ротора 1, 23.Интегральные параметры и величина скольжения Т5= -Т;где Т; - период тока ротораопределяются за время, равное нескольким периодамколебаний тока ротора=11 Т;) с последующим усреднением интегральных параметров и скольжения за время, равное одному периоду. В результате чего величины интегральных параметров должны Функционально соответствовать определенной величине скольжения, Если изменяется величина скольжения, изменяется период колебаний тока ротора Т;, изменяются сами величины интегральных параметров, В предлагаемом способе это требование реализуется каналом скольжения специального аналогового устройства (работа которого приводится дальше) автоматически в зависимости от величины скольжения,. в соответствии с зависимостью (1), задающий интервал интегрирования СбО На втором этапе интегральные значения с выходов интеграторов аналоговой схемы, как исходные данные, вводятся через клавиатуру, перфоленту или непосредственно через внешние вводные устройства б в ЭВМ 7, в которой по программе введенная информация усредняется и обрабатывается с выдачей окончательных результатов вычислений в виде таблиц 20ЗО355055 Приведенная на фиг, 1 блок-схемаотражает материальную основу предпочагаемого способа.Первичная информация: скольжение,потребляемая синхронной машиной 1активная мощность, линейное напря -жение и ток статорной обмотки, токи напряжение обмотки ротора в видеаналогрвых сигналов поступает отдатчиков 2 по каналам связи 3 насхему иэ аналоговых решающих элементов 4, Результаты интегральныхпараметров фиксируются в измерительном блоке 5,Таким образом, на данной частиблок-схемы отражена материальнаяоснова получения интегральных параметров за счет использования однойавтоматической операции непрерывного, параллельного и одновременногоинтегрирования,В предлагаемом способе не требуется перед каждым испьтта(ием проведение операции масштабирования, таккак она производится один раз в период наладки аналогового устройства и учитывается в программе дляЭВМ в ниде постоянных масштабныхкоэффициентов,Расширен объем испытаний и введен контроль за регистрацией первичной информации и получения интегральных параметров непосредстненнов ходе испытаний. Для этой цели приустановившихся скольжениях производятся параллельные эксперименты сусреднением по сериям значений. Количество параллельных опытов н серии может быть произвольное, В известном способе эта операция ограничена трудоемкостью и временем нахождения испытуемой машины на испытательном стенде,Поскольку в предлагаемом способе съем и обработка первичной ин. -формации происходят одновременно,то эти операции контролируются непосредственно в ходе испытаний,Обрыв любого датчика можно проконтролировать по групповому измерительному прибору, Случайные выбросы в значениях интегральных величинв сериях при установившемся уроннескольжения, также будут обнаруженыпри их фиксации, Указанные возможности способа повысили достоверность обработки результатов испытаний, или графиков асинхронных характерис"тик в выходном блоке 8 мин-ЗВт 7,.Второй этап полностью исключаетсубъективные ошибкк, сокращает время по определ ени ю коорди кат асин хронных характеристик, Реализацияпрограммы с учетом переменного числа опытов позволяет сравнителькспросто учесть новые условия проведения испытаний и произвести отбраковку неудавшихся опытов,устройстве для осуществленияспособа,Для осуществлекия способа бьлоразработано устройство из анало:овыхрешающих элементов, которые приведены на фиг, 2,Первичная информация от испытуеМОЙ СИНХРОННОЙ МсШИНЬ 1 1 В форМЕ аНВЛОговых сигналов поступает с датчикОВ 2 по каналам свЯэи 3 на вхО/тсхемы, в которой происходит се усиление, преобразование и интегрирование за и. период колебаний токаротора,Схема устройства состоит изсеми каналов количесво которыхопределяется числом получае;4 ьхасинхронных характеристик и можетв заВисРмости От метОдики и объемаиспытаний, изменяться.В каналах напряжения 9 и тока10 статора аналоговой схемы дня вычисления плошадей под 0 Рбаюи 4 Рвходные сигналы вначале преобразуются в схемах двухполупериодногсвыпрямления ка диодах 11, 12/ 1.14 и УсилителЯх 15/ 16, 17 и 8.затем осуществляется интегрированиеинтеграторами 19 и 20. Дя согласования источника первичной информации и входов как=-1 ов статорной цеи пО урОВню сигналОВ в ведеь Опе"рационкые усилитю:. 21 и 22,Назначение канала тока 23 . напряжения 24 роторной цепи - фик.:ация амплитудных 3 ачений, 5 я 31 ОЙцели в каждом канале имеются сх. -мы запоминания максимума, построен-.ные соответственно на интеграторах25 и 26, диодах 27, 28, 29 и 30,Усилители 31, 3 и 33 служат "ляусиления входкых сигналов,В канале мощности 34 представленном операционными усилителями35 и Зб сначала осуществляетсяусиление поступающего с преобразователя 37 сигнала, а затем интегрирование усилителем 38, После усиления, преобразования и интегрирования поступивших в схем, аналоговыхсигналов, иктеграторы 39, 38, (т20, 25, 26 и 40 автоматически ппреводятся в режим запоминания,на выходах которых запоминаются напряжения, пропорциональные интегральным значениям соответствующихвеличин,Время интегрирования всех интеграторов в соответствии с выражением, 11 т автоматически фиксируется каналом скольжения 41, состоящим из операционкых усилителей 42 и 43, компаратора 44 и интегратора 33 на вход которого подается усиленный сигнап с датчика 45 скольжения проГорцион ал ьный текущей велич кн с СКОтЬЖЕНИЯ ., такс 41 СОЛЬЖЕНтЯ косвенно моделирует выражение ( 1 ) Сигнат с выхода интегратсра 3(3 суммир/ется ка входе компаратора 44 ПОСТОЯННЫМ СипкаЛО., ПРИ РаВЕНС;тэЕ ОРгналов на входе компараора 44 ПОСЛДтИт ПЕР"ВОДР Ч(тЕ 3 ТОК О" Оючения входов Рн" е 1 ра Горов в( е и те Ректори 3 эсжР 4 а ин .е Ри 0а и т ." Г .тика Нияяу т ем Г а 3 м.как и я ( -.ОМОью реле в(0 - дов т "е (:,н Г;гратороя, 1 Я регист рации зре 4 ени интегрирования Г тужитинтегратор 40,Б ре(Р 40 запоминаниянапряж(ния на вых да ( ;аждОч инте р"0 ра (.Нитываятс с ПО 40(ью групГово; О измерительного 1 РРбора или передаЮТ:.Я т/Я аВТОМатииас(ОГО ПРЕОбразования ь кол и ос/еду(ей обрабОтВВ,4 . "р 4 К-.МЕ(Е ИР: 3 да: с-Нийизмерительым прибором 5, реэульта- Ы эаНОС":.Я В СООТВСТСТтУЮШ"Й фОРт, - Ляр,В КОНК 3(; ;-ОР СХЕМЕ ИСПтаки.тфит 4 позНей 46 Обо" ткачет РУ".От:,ЫЙ тВР ат(т,О(т ОЯННО", 0 ка. 47 в :-енератор сстоянного тока 48 - асинхронный двит атель с фаз - асин(ронны Вигат(льР:4 ен(-НИ, Эт 1 ан 1 ттВОСХ:Ы УСТ - рой Тка цтЯ токВар Е 1 ЬН;)тСа т-:,Отктя .(;Яи;:.-Й инф; - .с:,аКи цтелесот 1 ОРа от (: Рт Рт/ЕТ Р НЕ г ЕИИ вр с 40 н нымн с:. и ал ам.,т" я зыч и с - /Е-:4 Я ;,чо 1 дсй И ОГ бах:ИХ Исттолъ 0 я а " -" 0 я-"/ тт а д 0 т Р р)".: я и н т с " г у 1 л - ванин пс временному арг/мен-:у Выс , к 3 - бы с т р С Це й с т в И е тт и а ) а те т ь - нс .ть рабохы ре аю:Гих элементов устройства Обеспечиает ГО;1/ченяе результатов Обработки по Всем кана" лам одновременно с ходом пров дения процесса испытаний, Примененке ТЕ.-РО "ан.я искл(ттает фит(саЦИт и измерение множества мнгновенных знаЧЕКИЙ И ПОСЛЕД/КЩИХ ОПЕ:аЦИЙ ИХ С т. "Ъ РрОВа 1 Ия Н ЕП 10 СРЕЦс Т ВСККО В .-В 4, еньшая точнссть результатовт 1,;ЧИ;.Ений ат;атОГОВЫМИ рЕШаЮщими злемектами по сравнению с реалиэа:ей данРых операв(й на 3814 здесь с изоытком компенсируется ГростымиффЕКТИ В НЫМИ г т 0 Глба Р ОСТ" РОЙи От помех и фоновых составляющих пуТЕМ / ВО" ПЕРВЫХ3 а, СЧ СТ ПРИМЕНЕт ИЯ интеграторов, имеющих узкую полосу736277 Формула изобретения иг пропускания, и, во-вторых, за счетшунтирования соответствующих опе.рационных усилителей схемы емкостями, Это повышает надежность и достоверность как первичной обработки,так и всего способа в целом,Предлагаеьвй способ и устройство в сравнении с известным позволяет в результате испытания измерятьасинхронные характеристики синхронных машин; обеспечивает конструкторские и технологические подразделения завода-изготовителя необходимыми данными для оперативного внесения изменений при проектированиисерий новых машин, разработке и исследовании более экономичных режимов и схем запуска; повышают производительность испытаний; дают возможность тиражирования за счет применения недорогостоящей серийнойотечественной аппаратуры: дают возможность полной автоматизации рассматриваемого режима испытаний ипроцесса обработки результатов испытаний в составе комплексных авто"матизированных системах испытанийна заводских, испытательных стендах,1, Способ автоматического испытания электрических машин, например синхронных, включающий измерение их характеристик, автоматическое интегрирование и усреднение характеристик в мини-ЭВМ, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применеция на ис" следования асинхронных характеристик синхронных машин, измеряют скольжение ротора электрической машины, а время интегрирования выбирают равным.1 =пвЬ где Т - период тока сети, с,ь - скольжение ротора,5 и - целое число периодов колебаний тока ротора 1,2,32. Устройство для реализации способа по и, 1, содержащее каналыизмерения токов и напряжений статоО ра и ротора, активной мощностиэлектрической машины, каждый иэ каналов снабжен датчиками первичнойинформации, подключенных через соответствующие операционные усилители квходам интеграторов каналов,выходы которых соединены с входомэлектронной вычислительной машины,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,введен канал измерения скольженияротора с датчиком первичной информации, операционным усилителем иинтегратором на выходе канала, ком"паратор с блоком уставки и блокотключения входов интеграторов каналов, выход канала скольжения под 25 ключен к входу компаратора, выходкоторого соединен с блоком отключения входов интеграторов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизеЗО 1 Ж. Электроникаф, Р 10,1972, с. 12-13.2, Зубков Ю,С, и др, Обработканедостоверных измерений в автоматизированной системе испытаний элект 35 рических машин. Известия АН Латвийской ССР, 1974, 9 6, с, 101,3, Ь ье.й,йчьип,йооаИ В. Кооор.Автоматическое испытание двигателейс использованием миникомпьютера,40 "ЗЕВЕ Ъчььь, Лоа,Арф 1976,94, 12, с.349-359./10 Тираж 783 БНИИПИ Государствен по делам изобРете 113035, Москва, ЖПодписого комитета СССРий и открытийРаушская наб., д,