2. Системи і схеми випробувань

колекторних тягових електромашин

Розрізнюють дві можливі системи випробувань електричних машин:

• систему безпосереднього навантаження.

• систему взаємного навантаження.

Перша система добре відома. У цьому випадку двигун, який випробо­вується, одержує електроенергію потрібної якості від мережі, а його вал че­рез муфіу з’єднаний з генератором, що виробляє електроенері ію, яка гаси­ться в навантажувальному резисторі. Зміна режиму роботи двигуна здійснюється регулюванням значення опору навантажувального резистора, а також збудження генератора. Ця дуже проста система характеризується великими витратами електроенергії і в промислових умовах використо­вується тільки для випробування машин порівняно невеликої потужності.

Принцип роботи другої системи полягає в тому, що, як і при безпосе­редньому навантаженні, випробуваний двигун з’єднаний з іншою машиною генератором, електроенергія якої о надходить назад у двигун. Таким чином, відбувається взаємне навантаження двигуна генератором, а генератора - двигуном. Схемних рішень цієї системи дуже багато, але в практиці найбільше розповсюдження дістала система взаємного навантаження з вольтододатковою машиною (ВДМ) і лінійним генератором (ЛГ) (рис. 12.1). Доцільно, щоб обидві машини послідовного збудження МІ і M2 були однаковими, що суттєво спрощує одержання і обробку експери­ментальних даних. Компенсація електричних втрат у системі двигун (МІ) - генератор (M2) здійснюється ВДМ, а втрат холостого ходу - магнітних і ме­ханічних - ЛГ, які мають незалежне збудження з живленням від збуджу­вачів відповідно G4 і G3 і приводяться в рух асинхронними двигунами AD2 і AD1. Приводні асинхронні двигуни збуджувачів G4 і G3 на схемі не пока­зані. Збудження машин G4 і G3 регулюється за допомогою резисторів R1 і R2. Напруги ЛГ і ВДМ вимірюються вольтметрами PV1 і PV2. Струми ЛГ, ВДМ, випробуваного двигуна і шунтувального кола вимірюють ампермет­рами РА1, РА2, РАЗ і РА4 за допомогою шунтів RS. Обмотки збудження ма­шин МІ і M2 - відповідно МІ03 і М203

Рис. 12.1. Схема стенда взаємного навантаження

Режим ослабленого збудження здійснюється вмиканням контактора К1, коли обмотки збудження шунтуються резистором Я_ш.

Контактори 1,2, 3,4 змінюють режим роботи машин МІ і М2, а контак­тори 5, 6, 7, 8 використовуються для зміни напрямку струму в обмотках збудження МЮЗ і М203, що дозволяє реверсувати МІ і М2. Частота обертів вимірюється тахогенератором (ТГ).

Поряд з малим споживанням енергії система взаємного навантаження дозволяє одночасне випробування двох машин на одному стенді без пере­микань, забезпечує просте регулювання й виключає необхідність у наванта­жувальному пристрої. До недоліків цієї системи слід віднести порівняну складність схеми стенда, нестійку роботу в деяких перехідних режимах, значні витрати часу на підготовку до випробувань. Слід одразу відзначити, що сучасний стан напівпровідникової перетворювальної техніки дозволяє замінити електромеханічні перетворювачі статичними, причому не тільки машини 03 і 64, але і ЛГ і ВДМ. При цьому зникає необхідність і в привод­них асинхронних двигунах. Параметри статичних перетворювачів, які заміняють електромеханічні, повинні відповідати визначеним нижче пара- меграм останніх.

Оскільки генератор послідовного збудження М2 не може працювати па­ралельно з іншим генератором, його обмотку збудження М203 вмикають у коло струму /_д двигуна МІ послідовно з його обмоткою збудження МЮЗ.

Для того щоб одна з машин почала працювати в режимі двигуна, не­обхідно, щоб ЕРС другої машини (генератора) була більшою, ніж ЕРС дви­гуна. Найбільш зручно забезпечити генераторний режим другої машини шляхом підключення до неї послідовно спеціальної машин з незалежним збудженням ВДМ, причому ЕРС другої машини і ВДМ повинні мати одна­ковий напрямок.

Пуск стенда починається з пуску асинхронних привідних двигунів ЛГ і ВДМ, після чого збільшується напруга ЛГ - машини незалежного збуджен­ня. Потім вмикається контактор ВДМ і повільно збуджується ВДМ; її на­пруга в залежності від полярності додається до напруги ЛГ або віднімається від неї, визначаючи, яка з випробуваної пари машини МІ і М2 буде працю­вати в режимі двигуна і яка в режимі генератора. Регулюючи збудження ЛГ і ВДМ, встановлюють потрібний режим випробувань. Якщо при розімкну- тому контакторі К2 підвищувати напругу на затискачах ВДМ, то це викличе появу струму в колі випробуваних машин, обмотки збудження яких ввімкнуті так, щоб їх електромагнітні моменти були направлені зустрічно Після того як струм у колі машин МІ і М2 досягне певного значення, вми­кається контактор К2 і струм ЛГ І_лг потече по колу двигуна разом з струмом генератора І _г, оскільки ЕРС машини МІ Е_Х<Е₂+ Е_вт, де Е₂ і £_вдм - ЕРС ма­шини М2 і ВДМ відповідно. При цьому струм двигуна /_д = /_г +/_лг. При од­накових магнітних потоках машин МІ і М2 (їх струми збудження рівні І_д) обертаючий момент двигуна МІ буде більшим за момент генератора М2 і система почне обертатись.

Параметри В ДМ по струму, напрузі й потужносіі можуть бути визначені такими способом Рівняння балансу напруг для кіл двигуна МІ і генератора М2 відповідно мають вигляд

^лг = ^ЕХ + (^Гя ^+2гз + '■„ п + Г_к.о ), (12.1)

^иш =Е₂+Е_вт-І_г (?; + г_{д п} + г_ко + г_явдм ), (12.2)

де г_я,г₃, г_дп, г_ко - опори обмоток якоря, збудження, додаткових полюсів і компенсаційної обмотки випробуваних машин відповідно, а г_{я вдм} - опір об­мотки якоря ВДМ

Оскільки машини МІ і М2 однакові, обертаються з однаковою кутовою швидкістю, то для рішення поставленої задачі в першому наближенні мож­на прийняти Е_х=Е_г. Тоді, прирівнявши праві частини рівнянь (12.1) і (12.2), одержимо

^£.дм - ^/^„..дм =І_л (г_я + 2г₃ + г_{д п} + г_{к о} ) + /_г (г_я + г_дп + г_{к о} ) (12.3)

Ліва частина рівнянні (12.3) - це напруга ВДМ

=£_вд„ -/_Гг_явдм, (12.4)

отже, вона за напругою повинна бути розрахована на компенсацію спадів напруги в якірних колах випробуваних машин. З рівнянь (12.3) і (12.4) витікає, що, регулюючи за допомогию збуджувача 04 струм збудження ВДМ, змінюючи її ЕРС і напругу, забезпечуємо регулювання струму І дви­гуна МІ.

Потужність ВДМ можна визначити, вважаючи, що в першому набли­женні струми машин МІ і М2 рівні, тобто/_д =І_Г = І. Підставивши цю вели­чину в праву частину (12.3) з урахуванням (12.4), одержимо

^дм =²¹ (Ч +К.+ г_дп + г_ко ) (12.5)

Помноживши обидві частини (12.5) на /, визначимо потуж «сть ВДМ

^р*_т =^и*_т! =^2/2 (»*. + г_я + г_дп + г_ко ). (12.6)

Напругу лінійного генератора, визначену за (12.1), можна регулювати, змінюючи за допомогою збуджувача 03 струм збудження ЛГ.

Таким чином, усі втрати потужності в системі випробуваних машин МІ і М2-(2>_д + X р,) компенсуються потужністю ВДМ і ЛГ. Потужність останнього дорівнює

Рпг =Тр_я + ІА -Р^ =и_шІ_т. (12.7)

З рівняння (12.7) визначаємо струм І_пт. Встановлюючи параметри всього устаткування стенда взаємного навантаження, включаючи ЛГ і ВДМ, слід враховувати передбачені ГОСТ 2582-81 режими перевантажень за стру­мом і напругою, а також можливість дослідження перехідних процесів.

Рис. 12.2

Випробування двигунів пульсуючого струму можна також проводити, використовуючи систему взаємного навантаження, яка повинна забезпечи­ти такі ж пульсації струму, як і при експлуатації на електрорухомому складі. Для цього послідовно з двигуном МІ (рис. 12.1) вмикають перетворюваль­ну установку (ПУ), яка містить трансформа­тор (Т) з регульованою напругою на вторин­ному боці випрямляча (В). Схема ПУ наве­дена на рис. 12.2. ПУ повинна бути розрахо­вана на проходження по діодах і обмотці трансформатора як постійної, так і пульсую­чої складової струму. ВДМ і ЛГ повинні до- ііускат и роботу на пульсуючому сірумі. Для зниження амплітуди пульсацій струму в якірне коло лінійного генератора вмикають індуктивність L. Коефіцієнт пульсацій стру­му в колі МІ визначають за осцилограмами.

Обмотки збудження МІ 03 і М203, як і в ре­альних умовах на електрорухомому складі, шунтують резисторами (див. рис. 4.1 ).

Для замірів електричних величин на стенді взаємного навантаження повинні використовуватись прилади магнітоелектричної системи з класом точності не нижче 0.5.