RU2071608C1

RU2071608C1 - Gear to test collectorless a c electric machines

Info

Publication number: RU2071608C1
Authority: RU
Inventors: И.И. Талья
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1997-01-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: invention refers to testing of high-power collectorless A.C. electric machines and frequency-controlled drives on their base in testing stations of works manufacturing electric machines and in research institutions. Gear to test collectorless A.C. electric machines has two driving motors (direct current and asynchronous). First one is mechanically connected to second loading D.C. generator and second one is connected to A.C. network. Static frequency converter is connected to second loading generator via second connection unit and via first one - to tested machine which is coupled to first loading generator via connection unit. EFFECT: enhanced stability and expanded functional capabilities of gear. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области испытания мощных бесколлекторных электрических машин переменного тока асинхронных, синхронных, индукторных и др. а также частотно-регулируемых приводов на их основе и может быть использовано на испытательных станциях электромашиностроительных заводов и научно-исследовательских организаций. The invention relates to the field of testing powerful brushless AC electric machines of asynchronous, synchronous, inductor, etc., as well as variable frequency drives based on them and can be used at testing stations of electric machine-building plants and research organizations.

Известно устройство для испытаний асинхронного электродвигателя [1] в котором испытуемая машина механически соединяется с нагрузочной асинхронной машиной с фазным ротором, но с числом полюсов большим, чем у испытуемой машины. Таким образом, достигается генераторный режим работы нагрузочной машины, когда часть электрической энергии через статорную обмотку возвращается в сеть, а другая часть, снимаемая с колец скольжения, передается на вспомогательный агрегат значительно меньшей мощности, содержащей приводной асинхронный двигатель и асинхронный генератор с регулировочным сопротивлением, включенным в цепь фазного ротора. Схема позволяет возвращать в сеть до 75% мощности, потребляемой испытуемым двигателем, и проводить большое число экспериментов, требующих длительной работы машины. Основной недостаток схемы состоит в том, что испытания можно проводить на частотах вращения близких к номинальному, тогда как для тягового двигателя практически важным являются исследования режимов, близким к разгонным при частотах питающего напряжения, отличных от номинальной. Кроме того, трудно подобрать нагрузочную асинхронную машину с фазным ротором по параметрам тока, напряжения, частоты вращения и числа пар полюсов хорошо сопрягающуюся с испытуемым тяговым двигателем. Нагрузочная и испытуемая машины строго связаны по числу пар полюсов, чем существенно ограничиваются возможности схемы. A device for testing an induction motor [1] in which the test machine is mechanically connected to a load induction machine with a phase rotor, but with a greater number of poles than the tested machine. Thus, the generator mode of operation of the loading machine is achieved when part of the electric energy through the stator winding is returned to the network, and the other part, taken from the slip rings, is transferred to an auxiliary unit of much lower power, containing a drive induction motor and an asynchronous generator with adjustable resistance included into the phase rotor circuit. The scheme allows you to return to the network up to 75% of the power consumed by the test engine, and to conduct a large number of experiments that require long-term operation of the machine. The main drawback of the circuit is that the tests can be carried out at speeds close to the nominal, while for a traction motor it is practically important to study the modes close to accelerating at frequencies of the supply voltage that are different from the nominal. In addition, it is difficult to choose a load induction machine with a phase rotor according to the parameters of current, voltage, speed and the number of pole pairs that are well mated with the tested traction motor. The load and test machines are strictly related in terms of the number of pole pairs, which significantly limits the capabilities of the circuit.

Более близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство [2] содержащее первый нагрузочный генератор, первый приводной двигатель, второй нагрузочный генератор, вольтодобавочный генератор, второй приводной двигатель, а также механический и электрический соединительные узлы, причем механический соединительный узел жестко закреплен на валу первого нагрузочного генератора, вал первого приводного двигателя механически соединен с валом второго нагрузочного генератора, первые выводы якорных обмоток вольтодобавочного генератора и первого приводного двигателя соединены с общей шиной, а вторые их выводы соединены с первым и вторым выводами якорной обмотки первого нагрузочного генератора, вал второго приводного двигателя механически соединен с валом вольтодобавочного генератора, а фазы статорной обмотки второго нагрузочного генератора соединены с соответствующими зажимами электрического соединительного узла. Closer in technical essence to the claimed technical solution is a device [2] comprising a first load generator, a first drive motor, a second load generator, a boost booster generator, a second drive motor, as well as mechanical and electrical connecting nodes, the mechanical connecting node being rigidly fixed to the shaft the first load generator, the shaft of the first drive motor is mechanically connected to the shaft of the second load generator, the first conclusions of the anchor windings in the auxiliary generator and the first drive motor are connected to a common bus, and their second conclusions are connected to the first and second outputs of the armature winding of the first load generator, the shaft of the second drive motor is mechanically connected to the shaft of the boost generator, and the phases of the stator winding of the second load generator are connected to the corresponding terminals of the electric connecting node.

Основным недостатком этого устройства является то, что оно предназначено для испытания электрических машин от синусоидального частотно-регулируемого напряжения и не позволяет проводить испытания от статического преобразователя частоты и напряжения с несинусоидальным выходным напряжением и привода в целом. Кроме того, устройство является очень чувствительным к регулированию, что затрудняет установку режима испытаний. Вольтодобавочный генератор необходимо подбирать по току якорной цепи первого нагрузочного генератора и первого приводного двигателя. The main disadvantage of this device is that it is designed to test electrical machines from a sinusoidal variable frequency voltage and does not allow testing from a static frequency and voltage converter with non-sinusoidal output voltage and the drive as a whole. In addition, the device is very sensitive to regulation, which makes it difficult to set the test mode. The booster generator must be selected according to the current of the anchor circuit of the first load generator and the first drive motor.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение устойчивости. The aim of the invention is to expand the functionality and increase stability.

Указанная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее первый нагрузочный генератор постоянного тока, на валу которого жестко закреплен механический соединительный узел, второй нагрузочный генератор, первый приводной двигатель постоянного тока, вал которого механически соединен с валом второго нагрузочного генератора, второй приводной асинхронный двигатель, обмотка которого подключена к промышленной сети переменного напряжения, первые выводы якорных обмоток первого нагрузочного генератора постоянного тока и первого приводного двигателя постоянного тока соединены между собой снабжено вторым электрическим соединительным узлом и статическим преобразователем частоты и напряжения, причем второй нагрузочный генератор выполнен в виде машины постоянного тока, вал второго приводного двигателя механически соединен с валом второго нагрузочного генератора, первый вывод якорной обмотки второго нагрузочного генератора и первый электрический ввод статического преобразователя частоты и напряжения соединены с соответствующими выводами второго электрического соединительного узла, второй вывод якорной обмотки первого нагрузочного генератора, первого приводного двигателя, второй вывод якорной обмотки второго нагрузочного генератора и второй электрический ввод статического преобразователя частоты и напряжения соединены с общей шиной, а выходные выводы статического преобразователя частоты и напряжения соединены с соответствующими выводами первого электрического соединительного узла. This goal is achieved by the fact that the known device comprising a first load DC generator, on the shaft of which a mechanical connecting unit is rigidly fixed, a second load generator, a first DC drive motor, the shaft of which is mechanically connected to the shaft of the second load generator, a second drive induction motor, the winding of which is connected to an industrial AC voltage network, the first conclusions of the anchor windings of the first load DC generator and the first the direct current drive motor is interconnected with a second electrical connecting unit and a static frequency and voltage converter, the second load generator being made in the form of a direct current machine, the shaft of the second drive motor is mechanically connected to the shaft of the second load generator, the first output of the armature winding of the second load generator and the first electrical input of the static frequency and voltage converter is connected to the corresponding terminals of the second electrical connection node, the second output of the armature winding of the first load generator, the first drive motor, the second output of the armature winding of the second load generator and the second electrical input of the static frequency and voltage converter are connected to the common bus, and the output terminals of the static frequency and voltage converter are connected to the corresponding terminals of the first electrical connection unit.

Отличительный признак сочленение второго приводного двигателя с генератором постоянного тока известно в литературе для схемы возвратной нагрузки машин постоянного тока [3] и предназначено для покрытия потерь мощности в схеме. В данном изобретении использование в качестве второго приводного двигателя асинхронной машины механически сочлененной с валом второго нагрузочного генератора повышает устойчивость работы устройства, исключается необходимость в дополнительном источнике постоянного тока, а электрическое соединение второго нагрузочного генератора постоянного тока и статического преобразователя частоты и напряжения через второй электрический соединительный узел позволяет проводить испытания бесколлекторных электрических машин переменного тока при различных значениях несинусоидального напряжения и нагрузках. A distinctive feature of the articulation of the second drive motor with a direct current generator is known in the literature for the circuit of the return load of DC machines [3] and is intended to cover power losses in the circuit. In the present invention, the use of an asynchronous machine as a second drive motor mechanically coupled to the shaft of the second load generator increases the stability of the device, eliminates the need for an additional DC source, and the electrical connection of the second load DC generator and a static frequency and voltage converter through a second electrical connection node allows testing of brushless electric AC machines At different values of non-sinusoidal voltage and loads.

Принципиальная схема устройства испытания представлена на чертеже. A schematic diagram of the test device is shown in the drawing.

Устройство состоит из первого приводного двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ-1) 1, вал которого механически соединен с валом второго нагрузочного генератора постоянного тока независимого возбуждения (ГПТ2) 2 и валом второго приводного асинхронного электродвигателя (АД) 3. Бесколлекторная электрическая машина переменного тока (ИД) 4 через механический соединительный узел 5 сочленена с валом первого нагрузочного генератора машины постоянного тока внезависимого возбуждения (ГПТ1) 6. Якорная обмотка испытуемой бесколлекторной электрической машины переменного тока 4 соединена с первым электрическим соединительным узлом 7. Первый вывод якорной обмотки второго нагрузочного генератора 2 соединен со вторым электрическим соединительным узлом 8. Якорная обмотка второго приводного двигателя 3 подключается к промышленной сети переменного напряжения. Первые выводы якорной обмотки первого нагрузочного генератора 6 и первого приводного двигателя 1, второй вывод якорной обмотки второго нагрузочного генератора 2 и второй ввод статического преобразователя частоты и напряжения 9 соединены с общей шиной. Вторые выводы якорной обмотки первого нагрузочного генератора 6 и первого приводного двигателя 1 соединены между собой. Первый ввод статического преобразователя частоты и напряжения 9 соединен со вторым электрическим соединительным узлом 8, а выходные выводы статического преобразователя частоты и напряжения 9 соединены с первым электрическим соединительным узлом 7. The device consists of a first independent excitation direct current drive motor (DPT-1) 1, the shaft of which is mechanically connected to the shaft of the second independent excitation direct current load generator (GPT2) 2 and the shaft of the second asynchronous electric drive motor (HELL) 3. AC brushless electric machine (ID) 4 through a mechanical connecting unit 5 connected to the shaft of the first load generator of a direct current machine of independent excitation (GPT1) 6. Anchor winding of the test without brush The electric AC alternating current machine 4 is connected to the first electrical connecting unit 7. The first output of the armature winding of the second load generator 2 is connected to the second electrical connecting unit 8. The armature winding of the second drive motor 3 is connected to an industrial AC network. The first conclusions of the armature winding of the first load generator 6 and the first drive motor 1, the second output of the armature winding of the second load generator 2 and the second input of the static frequency and voltage converter 9 are connected to a common bus. The second conclusions of the anchor winding of the first load generator 6 and the first drive motor 1 are interconnected. The first input of the static frequency and voltage converter 9 is connected to the second electrical connecting unit 8, and the output terminals of the static frequency and voltage converter 9 are connected to the first electric connecting unit 7.

Устройство работает следующим образом. Второй приводной асинхронный электродвигатель 3 подключается к промышленной сети переменного напряжения и приводится во вращение. Через механические соединительные узлы приходят во вращение роторы второго нагрузочного генератора 2 и первого приводного двигателя 1. Ввиду того, что у второго приводного двигателя 3 нагрузка мала, частота вращения близка к синхронной. Подается напряжение на обмотку возбуждения второго нагрузочного генератора 2 и регулировкой его задают величину напряжения на входе статического преобразователя частоты (СПЧ) 9. Устройством управления СПЧ на выходе его формируется переменное напряжение требуемой частоты и амплитуды, которое через электрический соединительный узел 7 подается на якорную обмотку испытуемой бесколлекторной электрической машины 4. Если испытуемая электрическая машина является асинхронной или реактивной синхронной, она приходит во вращение. В случае, когда испытуемая машина является синхронной обычного исполнения либо индукторной, она приводится во вращение включением возбуждения. Через механический соединительный узел 5 приводится во вращение якорь первого нагрузочного генератора 6. Частота вращения трехмоторного агрегата первый приводной двигатель 1, второй нагрузочный генератор 2, второй приводной двигатель 3 несколько падает. Последовательно подается возбуждение на первый приводной двигатель 1 и первый нагрузочный генератор 6. При этом создается нагрузочный момент на бесколлекторной машине испытуемого привода и момент вращения на первом приводном двигателе 1. Трехмоторный агрегат начинает разгоняться и с увеличением частоты вращения падает скольжение и момент вращения второго приводного асинхронного двигателя 3. Регулировками возбуждений первого 6 и второго нагрузочных генераторов 2, первого приводного двигателя 1 и устройством управления СПЧ 9 устанавливается требуемый режим испытаний. Устойчивость работы устройства обеспечивается тем, что частота вращения трехмоторного агрегата не может быть выше синхронной второго приводного двигателя 3, так как при приближении к синхронной частоте вращения мощность, потребляемая из сети и расходуемая на покрытие потерь в устройстве, падает практически до нуля, вызывает уменьшение момента вращения первого 1 и второго приводных 3 двигателей, снижение частоты вращения трехмоторного агрегата, увеличение скольжения, мощности, потребляемой из сети, и возврат к установленному режиму. Ввиду того, что механическая характеристика асинхронного двигателя является жесткой, частота вращения трехмоторного агрегата изменяется незначительно и напряжение на входе СПЧ регулируется и поддерживается постоянным возбуждением второго нагрузочного генератора 2, что позволяет производить испытания при различных постоянных значениях напряжения на входе СПЧ 9 и имитировать колебания напряжения сети. The device operates as follows. The second drive induction motor 3 is connected to an industrial AC network and is driven into rotation. Through mechanical connecting nodes, the rotors of the second load generator 2 and the first drive motor 1 come into rotation. Due to the fact that the load of the second drive motor 3 is small, the rotational speed is close to synchronous. The voltage is applied to the excitation winding of the second load generator 2 and, by adjusting it, the voltage value at the input of the static frequency converter (HFC) is set 9. The HFC control device generates an alternating voltage of the required frequency and amplitude at its output, which is supplied through the electrical connection unit 7 to the armature winding of the test person brushless electric machine 4. If the test electric machine is asynchronous or reactive synchronous, it comes into rotation. In the case when the test machine is synchronous conventional performance or induction, it is driven into rotation by switching on the excitation. Through the mechanical connecting unit 5, the armature of the first load generator 6 is rotated. The rotational speed of the three-engine assembly is the first drive motor 1, the second load generator 2, and the second drive motor 3 slightly drops. The excitation is sequentially supplied to the first drive motor 1 and the first load generator 6. This creates a load moment on the brushless machine of the drive under test and a torque on the first drive motor 1. The three-motor unit starts to accelerate and the slip decreases and the rotation moment of the second asynchronous drive decreases with increasing speed engine 3. By adjusting the excitations of the first 6 and second load generators 2, the first drive motor 1 and the control unit 9, setting The required test mode is given. The stability of the device is ensured by the fact that the speed of the three-engine assembly cannot be higher than the synchronous second drive motor 3, since when approaching the synchronous speed, the power consumed from the network and spent on covering losses in the device drops to almost zero, causing a decrease in torque rotation of the first 1 and second driving 3 engines, reducing the rotational speed of the three-engine assembly, increasing the slip, power consumed from the network, and returning to the set mode. Due to the fact that the mechanical characteristic of the induction motor is rigid, the rotational speed of the three-motor unit changes insignificantly and the voltage at the input of the frequency converter is regulated and supported by constant excitation of the second load generator 2, which allows testing at various constant voltage values at the input of the frequency converter 9 and simulate voltage fluctuations .

Примером конкретного исполнения может служить устройство для испытания асинхронного тягового двигателя НБ-607 номинальной мощности 900 кВт при частоте питающего напряжения 45 Гц. Первым нагрузочным генератором, первым приводным двигателем и вторым нагрузочным генератором могут служить тяговые машины постоянного тока НБ-514. В качестве второго приводного двигателя может быть использована асинхронная машина общепромышленного назначения с частотой вращения 1000 об/мин мощностью 250 300 кВт. Статический преобразователь частоты и напряжения соответственно мощностью до 1200 кВА. An example of a specific implementation is a device for testing the NB-607 asynchronous traction motor with a rated power of 900 kW at a supply voltage frequency of 45 Hz. The first load generator, the first drive motor, and the second load generator can serve as direct current traction machines NB-514. As a second drive motor, an asynchronous machine of general industrial use with a speed of 1000 rpm with a power of 250,300 kW can be used. Static frequency and voltage converters, respectively, with power up to 1200 kVA.

Технико-экономическая эффективность изобретения состоит в повышении устойчивости режима испытаний и экономии электроэнергии на снижении времени по установке режима испытаний. Устройство обеспечивает испытание под нагрузкой бесколлекторных электрических машин переменного тока с потреблением из сети не более 40% мощности нагрузки. Регулирование напряжения на входе СПЧ позволяет проводить последовательную отладку также элементов привода, начиная с минимального напряжения и последующим выходом до максимального, что обеспечивает экономию затрат на комплектующие и исследования. The technical and economic efficiency of the invention consists in increasing the stability of the test mode and saving energy by reducing the time for setting the test mode. The device provides a load test of brushless AC electric machines with a network consumption of not more than 40% of the load power. Regulation of the voltage at the input of the HF allows for sequential debugging of drive elements as well, starting from the minimum voltage and subsequent output to the maximum, which saves costs on components and research.

Claims

A device for testing brushless electric alternating current machines, comprising a first load DC generator, on the shaft of which a mechanical connection unit is rigidly fixed, a second load generator, a first electrical connection unit, a first DC drive motor, the shaft of which is mechanically connected to the shaft of the second load generator, the second drive motor, the winding of which is connected to the terminal for connecting to an industrial AC network, the first conclusions are The windings of the first load DC generator and the first drive DC motor are interconnected, characterized in that the device is equipped with a second electrical connection unit and a static frequency and voltage converter, the second load generator being made as a DC machine, the shaft of the second drive motor is mechanically connected to the shaft of the second load generator, the first output of the anchor winding of the second load generator and the first electrical input st frequency and voltage converters are connected to the corresponding terminals of the second electrical connecting node, the second conclusions of the armature windings of the first load generator and the first drive motor, the second output of the armature windings of the second load generator and the second electrical input of the static frequency and voltage converter are connected to a common bus, and the output terminals static frequency and voltage converters are connected to the corresponding terminals of the first electrical connector th node.