RU2362982C1

RU2362982C1 - Test stand for chain gears with synchronous machines

Info

Publication number: RU2362982C1
Application number: RU2008109374/28A
Authority: RU
Inventors: Игорь Григорьевич Стрижков (RU); Игорь Григорьевич Стрижков; Рафаэль Рубенович Бегляров (RU); Рафаэль Рубенович Бегляров; Сергей Игоревич Стрижков (RU); Сергей Игоревич Стрижков; Александр Николаевич Трубин (RU); Александр Николаевич Трубин; Евгений Евгеньевич Хорьков (RU); Евгений Евгеньевич Хорьков; Евгений Николаевич Чеснюк (RU); Евгений Николаевич Чеснюк
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2009-07-27

Abstract

FIELD: electric engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electric equipment of test stands used for testing of roller chains or chain gears. Chain gear test stand includes drive motor and load generator, which stator windings are connected to output of voltage regulator and shafts are interfaced through chain gear containing roller chain under testing, driving and driven sprockets; thereat synchronous machines are used as motor and generator. Stand also contains exciter consisting of voltage transformer, rectifier, control devices in exciting circuits of motor and generator and switch devices. Moreover synchronous generator and primary winding of transformer is connected through switch devices to output of voltage regulator, secondary winding of transformer is connected to rectifier input; exciting circuits of motor and generator consisting of exciting winding and regulating devices, for example of resistors, are connected to rectifier output in parallel.

EFFECT: reduction of power costs for chain gear testing.

1 dwg

Description

Изобретение относится к электрооборудованию стендов для испытания роликовых цепей или цепных передач. В качестве приводного двигателя и нагрузочного генератора используются синхронные машины.The invention relates to electrical equipment for stands for testing roller chains or chain transmissions. Synchronous machines are used as a drive motor and load generator.

При производстве роликовых цепей для цепных передач требуется проведение их испытаний на надежность при нагрузке. Стенды для проведения таких испытаний содержат двигатели для приведения цепи в движение, а также тормозное устройство для ее механической нагрузки. Наиболее целесообразным признано использование электрических тормозных устройств, управление которыми позволяет проводить испытание при регулируемой нагрузке. В качестве тормозного устройства в таких стендах используется электрический генератор. Кинематическая схема стенда может содержать различные передаточные устройства, предназначенные для изменения скорости или натяжения цепи при испытании.In the production of roller chains for chain gears, their reliability tests under load are required. Stands for carrying out such tests contain engines for bringing the chain into motion, as well as a brake device for its mechanical load. The most appropriate use of electric brake devices is recognized, the control of which allows testing under controlled load. An electric generator is used as a brake device in such stands. The kinematic diagram of the stand may contain various transmission devices designed to change the speed or tension of the chain during the test.

Известен стенд для испытания деталей сельхозмашин [а.с. СССР 1490535, G01М, 13/00, 30.06.89. Бюл. №24], где в качестве привода и тормозного устройства применены машины постоянного тока. Недостатки такого стенда определяются известными недостатками машин постоянного тока, такими как высокая стоимость, большие габариты и сложность эксплуатации.A well-known stand for testing parts of agricultural machines [a.s. USSR 1490535, G01M, 13/00, 06/30/89. Bull. No. 24], where DC machines are used as a drive and a brake device. The disadvantages of this stand are determined by the known disadvantages of DC machines, such as high cost, large size and complexity of operation.

Наиболее близким к заявленному устройству является испытательный стенд по а.с. СССР №1596219 (А1, G01М, 13/00, 30.09.90 Бюл. №36), в котором использовано электрооборудование переменного тока. Стенд содержит асинхронный электродвигатель и асинхронный генератор, валы которых сопряжены через испытываемую цепную передачу, содержащую цепь, ведущую и ведомую звездочки, а также регулятор напряжения, подаваемого на асинхронные машины, приборы управления и защиты оборудования.Closest to the claimed device is a test bench for A. with. USSR No. 1596219 (A1, G01M, 13/00, 09/30/90, Bull. No. 36), in which AC electrical equipment was used. The stand contains an asynchronous electric motor and an asynchronous generator, the shafts of which are coupled through a test chain transmission containing a chain, a drive and a driven sprocket, as well as a voltage regulator supplied to asynchronous machines, equipment control and protection devices.

Двигатель приводит испытываемую цепную передачу в движение. Испытываемая цепная передача передает механическую мощность на нагрузочный асинхронный генератор, который выполняет функции тормозного устройства и обеспечивает нагрузку испытываемой цепной передачи (передаваемую механическую мощность). Статорные обмотки двигателя и генератора присоединены к регулятору напряжения, который подключен к источнику питания (электрической сети). Частота вращения асинхронного генератора должна быть выше частоты вращения магнитного поля, а при одинаковом числе полюсов больше, чем у двигателя, поэтому передаточное отношение цепной передачи не равно 1. Параллельное включение обмоток двигателя и генератора обеспечивает замкнутый контур циркуляции мощности нагрузки цепной передачи при минимальном числе устройств в этом контуре.The engine drives the tested chain drive. The test chain gear transmits mechanical power to a load induction generator, which acts as a brake device and provides the load of the test chain gear (transmitted mechanical power). The stator windings of the motor and generator are connected to a voltage regulator, which is connected to a power source (electrical network). The frequency of rotation of the asynchronous generator must be higher than the frequency of rotation of the magnetic field, and with the same number of poles more than that of the motor, therefore the gear ratio of the chain drive is not 1. Parallel connection of the motor and generator windings provides a closed loop of the load power of the chain drive with a minimum number of devices in this circuit.

Недостатком прототипа являются относительно высокий расход электроэнергии на проведение испытания цепной передачи вследствие невысоких энергетических показателей асинхронных машин, а также относительно большая мощность регулятора напряжения. Генератор возвращает двигателю часть активной мощности, затраченной двигателем при работе, при этом и двигатель, и генератор потребляют из сети реактивную мощность, что требует большой полной мощности регулятора напряжения.The disadvantage of the prototype is the relatively high energy consumption for testing the chain transmission due to the low energy performance of asynchronous machines, as well as the relatively large power of the voltage regulator. The generator returns to the engine a part of the active power expended by the engine during operation, while both the engine and the generator consume reactive power from the network, which requires a large total power of the voltage regulator.

Принципиальная электрическая схема прототипа исключает применение в качестве приводного двигателя и нагрузочного генератора синхронных машин, поскольку не содержит устройств управления нагрузкой двигателя и генератора. Системы возбуждения серийных синхронных машин не предназначены для применения в условиях регулирования напряжения питания в широком диапазоне. При изменении напряжения на трехфазной обмотке происходит рассогласование этого напряжения и электродвижущей силы от магнитного потока возбуждения, что приводит к перевозбуждению или недовозбуждению машины и, как следствие, неоправданному увеличению тока в трехфазных обмотках и потерям в электрической цепи.Schematic diagram of the prototype eliminates the use of synchronous machines as a drive motor and load generator, since it does not contain load control devices for the engine and generator. Excitation systems of serial synchronous machines are not intended for use in a wide range of supply voltage regulation. When the voltage across the three-phase winding changes, this voltage and the electromotive force mismatch from the magnetic flux of the excitation, which leads to overexcitation or underexcitation of the machine and, as a result, an unjustified increase in current in the three-phase windings and losses in the electric circuit.

Технической задачей является снижение затрат электроэнергии на проведение испытаний цепной передачи путем замены в испытательном стенде асинхронных машин на синхронные и использования специального устройства возбуждения синхронных машин.The technical task is to reduce the cost of electricity for testing chain transmission by replacing asynchronous machines in the test bench with synchronous ones and using a special excitation device for synchronous machines.

Решение задачи достигается тем, что стенд для испытаний цепных передач включает приводной двигатель и нагрузочный генератор, статорные обмотки которых присоединены к выходу регулятора напряжения, а валы сопряжены через цепную передачу, содержащую роликовую цепь, ведущую и ведомую звездочки, в качестве двигателя и генератора использованы синхронные машины, содержит возбудитель, состоящий из трансформатора напряжения, выпрямителя, регулировочных устройств в цепях обмоток возбуждения двигателя и генератора, и коммутационные аппараты, при этом синхронный генератор и первичная обмотка трансформатора присоединены через коммутационные аппараты к выходу регулятора напряжения, вторичная обмотка трансформатора присоединена к входу выпрямителя, к выходу которого параллельно присоединены цепи возбуждения двигателя и генератора, состоящие из обмоток возбуждения и регулирующих устройств, например реостатов.The solution to the problem is achieved by the fact that the test bench for chain transmissions includes a drive motor and a load generator, the stator windings of which are connected to the output of the voltage regulator, and the shafts are interfaced through a chain transmission containing a roller chain, a drive and a driven sprocket, synchronous motors are used as machine, contains an exciter consisting of a voltage transformer, a rectifier, adjusting devices in the excitation winding circuits of the engine and generator, and switching devices, p In this case, the synchronous generator and the primary winding of the transformer are connected via switching devices to the output of the voltage regulator, the secondary winding of the transformer is connected to the input of the rectifier, the output of which is connected in parallel to the excitation circuits of the motor and generator, consisting of excitation windings and control devices, such as rheostats.

Основным положительным результатом изобретения является снижение затрат электроэнергии на проведение испытания цепных передач минимизацией потерь в электрооборудовании.The main positive result of the invention is to reduce the cost of electricity for testing chain transmissions by minimizing losses in electrical equipment.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена электрическая схема оборудования испытательного стенда.The invention is illustrated in the drawing, which shows an electrical diagram of the equipment of the test bench.

Стенд для испытания цепных передач содержит приводной синхронный двигатель 1 с трехфазной обмоткой на статоре (внешний круг в позиции 1) и обмоткой возбуждения на роторе (внутренний круг в позиции 1), нагрузочный синхронный генератора 2 с аналогичными обмотками, валы которых сопряжены цепной передачей 3, состоящей из ведущей и ведомой звездочек (без отдельных позиционных обозначений), регулятор напряжения 4, систему возбуждения, состоящую из трансформатора напряжения 5, выпрямителя 6, регулировочных реостатов 7 и 8 в цепях обмоток возбуждения двигателя 1 и генератора 2 и коммутационные аппараты 9, 10 и 11 для управления и защиты оборудования от аварийных режимов. Статорная обмотка двигателя 1 присоединена к выходу регулятора напряжения 4, а статорная обмотка генератора 2 присоединяется к выходу регулятора 4 через коммутационный аппарат 11.The test bench for chain transmissions contains a synchronous drive motor 1 with a three-phase winding on the stator (outer circle at position 1) and an excitation winding on the rotor (inner circle at position 1), a synchronous load generator 2 with similar windings, the shafts of which are coupled by a chain gear 3, consisting of a driving and driven sprockets (without separate reference signs), voltage regulator 4, excitation system, consisting of voltage transformer 5, rectifier 6, adjusting rheostats 7 and 8 in the field winding circuits engine 1 and generator 2 and switching devices 9, 10 and 11 for control and protection of equipment from emergency conditions. The stator winding of the motor 1 is connected to the output of the voltage regulator 4, and the stator winding of the generator 2 is connected to the output of the regulator 4 through the switching device 11.

Вход регулятора напряжения 4 присоединяется к источнику питания (сети) через коммутационный аппарат 9. Все электрооборудование может иметь трехфазное исполнение или с другим числом фаз.The input of the voltage regulator 4 is connected to a power source (network) through a switching device 9. All electrical equipment can have a three-phase design or with a different number of phases.

Первичная обмотка трансформатора 5 возбудительного устройства через коммутационный аппарат 10 присоединена к выходу регулятора напряжения 4, вторичная обмотка этого трансформатора присоединена к входу выпрямителя 6, к выходу которого подключены параллельно цепи обмоток возбуждения двигателя 1 и генератора 2, состоящие из последовательно включенных собственно обмоток возбуждения и регулировочных реостатов 7 и 8.The primary winding of the transformer 5 of the exciter device through the switching device 10 is connected to the output of the voltage regulator 4, the secondary winding of this transformer is connected to the input of the rectifier 6, to the output of which are connected in parallel to the field winding circuits of the motor 1 and generator 2, consisting of the field windings themselves and the control windings rheostats 7 and 8.

Испытываемая цепная передача должна иметь передаточное отношение i, удовлетворяющее требованию i=р_д/р_г, где р_д и р_г - соответственно число пар полюсов двигателя и генератора. При этом частота вращения двигателя 1 и генератора 2 совпадает с частотой вращения их магнитных полей. При наладке оборудования цепь испытываемой цепной передачи 3 устанавливается так, чтобы положение валов двигателя 1 генератора 2 (или ведущей и ведомой звездочек цепной передачи 3) обеспечивало смещение осей роторов по отношению к осям вращающихся магнитных полей на заданный угол. При совпадении магнитных осей магнитных полей двигателя 1 и генератора 2 и длительном режиме работы оборудования это угол примерно равен номинальному углу нагрузки. При этом для двигателя 1 смещение оси ротора производится против направления вращения, а для генератора 2 - по направлению вращения. Суммарное смещение осей роторов составляет угол, равный сумме абсолютных значений заданных углов нагрузки двигателя 1 и генератора 2. В частности, при совпадении положения магнитных осей двигателя 1 и генератора 2 имеет место холостой ход, и нагрузка цепной передачи отсутствует; при наличии углового смещения осей у двигателя 1 и генератора 2 имеет место активный ток статора и соответствующая механическая мощность.The test chain gear should have a gear ratio i satisfying the requirement i = r _d / r _g , where r _d and r _g are the number of pole pairs of the engine and generator, respectively. In this case, the rotational speed of engine 1 and generator 2 coincides with the rotational speed of their magnetic fields. When setting up the equipment, the chain of the tested chain drive 3 is set so that the position of the shafts of the engine 1 of the generator 2 (or the driving and driven sprockets of the chain drive 3) provides a displacement of the axes of the rotors with respect to the axes of the rotating magnetic fields by a given angle. If the magnetic axes of the magnetic fields of engine 1 and generator 2 coincide and the equipment is in continuous operation, this angle is approximately equal to the nominal load angle. In this case, for the engine 1, the rotor axis is displaced against the direction of rotation, and for the generator 2, in the direction of rotation. The total displacement of the rotor axes is an angle equal to the sum of the absolute values of the specified load angles of the engine 1 and generator 2. In particular, when the positions of the magnetic axes of the engine 1 and generator 2 coincide, idling takes place and there is no chain drive load; in the presence of angular displacement of the axes of the engine 1 and generator 2, there is an active stator current and the corresponding mechanical power.

В установившемся режиме стенд работает следующим образом. На двигатель 1 и генератор 2 подается трехфазное напряжение регулятора напряжения 4 и ток возбуждения по электрической цепи из элементов 10, 5, 6, 7 и 8. Двигатель 1 приводит испытываемую цепную передачу 3 в движение; генератор 2 обеспечивает нагрузку испытываемой цепной передачи. Величина нагрузки, передаваемой цепной передачей 3, определяется взаимным угловым положением роторов двигателя 1 и генератора 2 и величиной напряжения регулятора 4. Возбудительное устройство создает возбуждение двигателя 1 и генератора 2. С помощью реостатов 7 и 8 обеспечивается заданная величина токов возбуждения этих машин. Целесообразным является режим возбуждения на минимум тока статора.In steady state, the stand works as follows. The three-phase voltage of the voltage regulator 4 and the excitation current along the electric circuit from the elements 10, 5, 6, 7 and 8 are supplied to the motor 1 and generator 2; the motor 1 drives the tested chain gear 3; generator 2 provides the load of the tested chain drive. The magnitude of the load transmitted by the chain drive 3 is determined by the relative angular position of the rotors of the engine 1 and generator 2 and the magnitude of the voltage of the regulator 4. The excitation device creates the excitation of the engine 1 and generator 2. Using rheostats 7 and 8, a given value of the excitation currents of these machines is provided. It is advisable to excite the minimum current of the stator.

Регулирование передаваемой цепной передачей мощности осуществляется изменением напряжения регулятора 4. При уменьшении напряжения происходит снижение этой мощности. При этом пропорционально уменьшается ток возбуждения двигателя 1 и генератора 2, что обеспечивает сохранение соотношения между подаваемым на обмотку статора напряжением и ЭДС возбуждения в этих машинах и сохранение режима возбуждения на минимум тока статора.The power transmitted by a chain transmission of power is carried out by changing the voltage of the regulator 4. When the voltage decreases, this power decreases. In this case, the excitation current of the motor 1 and generator 2 is proportionally reduced, which ensures that the ratio between the voltage supplied to the stator winding and the excitation EMF in these machines is maintained and the excitation mode is kept to a minimum of the stator current.

Включение в работу оборудования осуществляется в следующей последовательности. После установки цепи цепной передачи 3 на испытательном стенде с учетом требований, указанных выше, при разомкнутых коммутационных аппаратах 10 и 11 включается коммутационный аппарат 9 и двигатель 1 в режиме асинхронного пуска обеспечивает разгон цепной передачи и генератора 2. По достижении двигателем 1 подсинхронной скорости включается коммутационный аппарат 10 и двигатель 1 втягивается в синхронизм. Далее включается коммутационный аппарат 11 и генератора 2 входит в синхронный режим. Затем реостатами 7 и 8 при необходимости устанавливается заданный режим возбуждения, а регулятором напряжения 4 устанавливается требуемая нагрузка цепи.The inclusion of the equipment is carried out in the following sequence. After installing the chain of transmission 3 on the test bench, taking into account the requirements indicated above, when the switching devices 10 and 11 are open, the switching device 9 is turned on and the engine 1 in the asynchronous start mode provides acceleration of the chain transmission and generator 2. When the engine 1 reaches the sub-synchronous speed, the switching apparatus 10 and engine 1 is pulled into synchronism. Next, the switching device 11 is turned on and the generator 2 enters the synchronous mode. Then, with rheostats 7 and 8, if necessary, the specified excitation mode is set, and voltage regulator 4 sets the required circuit load.

Claims

A test bench for chain transmissions, including a drive motor and a load generator, the stator windings of which are connected to the output of the voltage regulator, and the shafts are interfaced through a chain transmission containing a roller chain, a drive and a driven sprocket, characterized in that synchronous machines are used as the engine and generator contains an exciter consisting of a voltage transformer, a rectifier, adjusting devices in the excitation winding circuits of the engine and generator, and switching devices, while ronny generator and the transformer primary winding is connected via switching devices to the output of the voltage regulator, the secondary winding of the transformer is connected to the input of the rectifier to the output of which is connected parallel to the motor drive circuit and the generator, consisting of field windings and control devices, such as rheostats.