RU156902U1 - Стенд для исследования режимов работы трехфазных электрических машин переменного тока - Google Patents

Abstract

1. Стенд для исследования режимов работы трехфазных электрических машин переменного тока, состоящий из выпрямителя, получающего питание от трехфазной сети, двух однотипных управляемых инверторов, двух испытуемых электродвигателей, механически связанных между собой посредством муфты и получающих питание от управляемых инверторов, со стороны постоянного напряжения получающих питание от одного выпрямителя, отличающийся тем, что один из двух испытуемых электродвигателей является асинхронным, а второй - вентильным электродвигателем с постоянными магнитами и встроенным датчиком положения.2. Стенд для исследования режимов работы трехфазных электрических машин переменного тока по п. 1, отличающийся тем, что выпрямитель выполнен на активных полупроводниковых элементах с двусторонней проводимостью.3. Стенд для исследования режимов работы трехфазных электрических машин переменного тока по п.1 или 2, отличающийся тем, что асинхронный электродвигатель выполнен с двумя валами с возможностью подключения к свободному валу датчика скорости или момента.

Description

Техническое решение относится к электромеханическим системам и, в частности, к средствам автоматизации силового электропривода, и может быть использовано в учебном процессе в качестве учебного стенда по автоматизированному электроприводу для изучения электроприводов с частотным управлением на базе асинхронного электродвигателя и вентильного электродвигателя с постоянными магнитами.

Известен учебный стенд по автоматизированному электроприводу для изучения частотного регулируемого электропривода, построенного по принципу векторного управления [Патент на полезную модель №119502], предназначенный для изучения электропривода на базе асинхронного электродвигателя с частотным векторным управлением.

Недостатком данного стенда является возможность изучения лишь электропривода на базе асинхронного электродвигателя, он не предназначен для изучения других трехфазных электрических машин переменного тока. Управление электроприводом осуществляется через два отдельных преобразователя частоты, каждый из которых состоит из инвертора и неуправляемого выпрямителя, подключенного к питающей сети, то есть используется два инвертора и два выпрямителя, кроме того для плавного нагружения электропривода стенд кроме второго асинхронного электродвигателя, сочлененного с первым асинхронным электродвигателем, второго частотного преобразователя, дополнительно снабжен вторым аналогово-цифровым преобразователем, вторым регулируемым потенциометром и другой релейно-контакторной аппаратурой, т.е. недостатком является избыточность используемого оборудования.

Так как преобразователи частоты включены по независимой схеме (не соединены через звено постоянного напряжения), то это не позволяет исследовать электромагнитные процессы взаимодействия частотно-управляемого электропривода с питающей сетью в режиме взаимного нагружения.

Наиболее близким к предлагаемому является стенд для испытаний асинхронных электродвигателей [Патент на полезную модель №145998], в котором два асинхронных электродвигателя создают взаимную нагрузку, а инверторы питаются только от одного выпрямителя:

Схема испытания электродвигателей методом их взаимной нагрузки, состоящая из выпрямителя, получающего питание от трехфазной сети, двух однотипных управляемых инверторов, двух испытуемых электродвигателей, механически связанных между собой посредством муфты и получающих питание от управляемых инверторов, со стороны постоянного напряжения получающих питание от одного выпрямителя.

Недостатком данной схемы является то, что исследованию в таком случае подлежат две трехфазные электрические машины одного типа - асинхронные электродвигатели.

Другим недостатком данной схемы является невозможность исследования режимов работы электрической машины при двустороннем обмене электрической энергии с сетью с целью оценок параметров, характеризующих электромагнитную совместимость с питающей сетью (коэффициенты гармоник, коэффициент мощности и др.).

Кроме того, наличие неуправляемого выпрямителя не позволяет исследовать динамические режимы пуска электрической машины под заранее заданную нагрузку (определяемой заданной частотой и моментом электродвигателя, выступающего в качестве нагрузочного), режимов наброса (сброса) нагрузки испытуемого электродвигателя.

Задачей описываемого устройства является расширение функциональных возможностей и повышение эффективности использования стенда:

1. Возможность исследования на учебном стенде двух типов трехфазных электрических машин - асинхронных электродвигателей и вентильных электродвигателей с постоянными магнитами (синхронных машин с постоянными магнитами). Техническая задача решается тем, что один из двух испытуемых электродвигателей является асинхронным, а второй - вентильным электродвигателем с постоянными магнитами и встроенным датчиком положения.

2. Возможность исследования режимов работы трехфазных электрических машин переменного тока в электроприводах с активными выпрямителями, а также исследования электромагнитной совместимости работы этих электроприводов с питающей сетью. Техническая задача решается тем, что выпрямитель выполнен на активных полупроводниковых элементах с двусторонней проводимостью, т.е. активным, управляемым.

3. Возможность подключения к общему валу электродвигателей датчика скорости или момента с целью расширения исследований различных режимов работы электроприводов (в бездатчиковом режиме и с разными типами датчиков), либо подключения к общему валу электродвигателей дополнительного нагрузочного устройства с целью выполнения испытаний в режиме наброса (сброса) разных типов нагрузки испытуемого электродвигателя. Техническая задача решается тем, что асинхронный электродвигатель выполнен с двумя валами.

На фигуре 1 показана функциональная схема стенда для испытаний трехфазных электрических машин переменного тока.

Стенд состоит из выпрямителя 1, получающего питание от трехфазной сети, звена постоянного тока 2 (например, блока конденсаторов с параллельно подключенным тормозным резистором), двух однотипных управляемых инверторов 3, вентильного электродвигателя с постоянными магнитами 4 со встроенным датчиком положения, асинхронного электродвигателя 5, муфты 6, которая механически связывает между собой валы электродвигателей 4 и 5, позволяя их роторам вращаться с одинаковой угловой скоростью вокруг общей оси вращения.

Выход выпрямителя 1 подсоединен к входу звена постоянного тока 2, выход звена постоянного тока 2 подсоединен к входам двух однотипных управляемых инверторов 3, выход одного однотипного управляемого инвертора 3 подсоединен к обмотке статора вентильного электродвигателя с постоянными магнитами 4 со встроенным датчиком положения, выход другого однотипного управляемого инвертора 3 подсоединен к обмотке статора асинхронного электродвигателя 5. Валы вентильного электродвигателя с постоянными магнитами 4 со встроенным датчиком положения и асинхронного электродвигателя (трехфазных электрических машин переменного тока) механически связаны между собой посредством муфты 6.

Выпрямитель 1 может быть неуправляемым или активным: выполненным на активных полупроводниковых элементах с двусторонней проводимостью.

Асинхронный электродвигатель 5 может быть выполнен с двумя валами. На фигуре 2 показана часть функциональной схемы для испытаний, иллюстрирующая различие при выполнении асинхронного двигателя с двумя валами. При таком варианте исполнения один выходной вал асинхронного электродвигателя 5 механически соединен с муфтой 6, другой выходной вал асинхронного электродвигателя 5 механически соединен с элементом 7 (датчик скорости или момента, дополнительное нагрузочное устройство).

Схема работает следующим образом. Подведенное трехфазное напряжение поступает на вход выпрямителя 1, где оно преобразуется в постоянное напряжение. Постоянное напряжение с выхода выпрямителя 1 передается на вход звена постоянного тока 2. Постоянное напряжение с выхода звена постоянного тока 2 подается на вход управляемых инверторов 3, где оно преобразуется в переменное напряжение требуемой формы и частоты. Инвертор 3, управляющий вентильным электродвигателем с постоянными магнитами, настраивается на работу в режиме датчикового (сигнал встроенного датчика положения вентильного электродвигателя поступает на систему управления инвертором 3) или бездатчикового управления.

Инвертированное напряжение одного однотипного управляемого инвертора 3 далее подается на обмотку статора вентильного электродвигателя с постоянными магнитами 4, инвертированное напряжение другого однотипного управляемого инвертора 3 подается на обмотку статора асинхронного электродвигателя 5.

Валы электродвигателей имеют механическую связь 6, за счет чего в статическом (установившемся) режиме вращаются с одинаковой угловой частотой. При исполнении асинхронного электродвигателя с двумя валами с этой же угловой частотой вращается связанный со вторым выходным валом асинхронного электродвигателя элемент 7 (датчик скорости или момента, дополнительное нагрузочное устройство, например, вентилятор). При этом сигнал, например, подключаемого датчика поступает на систему управления инвертором 3 (может поступать как на инвертор 3 для вентильного электродвигателя с постоянными магнитами, так и на инвертор 3 для асинхронного электродвигателя с постоянными магнитами).

В случае работы выпрямителя 1 как неуправляемого выпрямителя электрическая энергия, вырабатываемая машиной, работающей в генераторном режиме, поступает через звено постоянного тока 2 для питания машины, работающей в режиме двигателя. При этом из сети потребляется электрическая энергия на компенсацию потерь в схеме.

В случае работы выпрямителя 1 как управляемого выпрямителя электрическая энергия, вырабатываемая машиной, работающей в генераторном режиме, возвращается обратно в питающую сеть, что дает возможность снятия энергетических характеристик испытуемых электродвигателей, например при использовании двунаправленных счетчиков электрической энергии и анализаторов ее качества, а также исследования других режимов работы трехфазных электрических машин переменного тока в электроприводах с активными выпрямителями.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей снятия статических и динамических характеристик электроприводов переменного тока и повышения эффективности использования стенда, снятия характеристик асинхронного электродвигателя при нагружении его вентильным электродвигателем с постоянными магнитами и снятия характеристик вентильного электродвигателя с постоянными магнитами при нагружении его асинхронным электродвигателем при отсутствии избыточности используемого оборудования.

Claims (3)

1. Стенд для исследования режимов работы трехфазных электрических машин переменного тока, состоящий из выпрямителя, получающего питание от трехфазной сети, двух однотипных управляемых инверторов, двух испытуемых электродвигателей, механически связанных между собой посредством муфты и получающих питание от управляемых инверторов, со стороны постоянного напряжения получающих питание от одного выпрямителя, отличающийся тем, что один из двух испытуемых электродвигателей является асинхронным, а второй - вентильным электродвигателем с постоянными магнитами и встроенным датчиком положения.

2. Стенд для исследования режимов работы трехфазных электрических машин переменного тока по п. 1, отличающийся тем, что выпрямитель выполнен на активных полупроводниковых элементах с двусторонней проводимостью.

3. Стенд для исследования режимов работы трехфазных электрических машин переменного тока по п.1 или 2, отличающийся тем, что асинхронный электродвигатель выполнен с двумя валами с возможностью подключения к свободному валу датчика скорости или момента.

Images