Известно множество методов испытаний, позволяющих добиться экономии электрической энергии при испытании электродвигателей, которые принято называть схемами возвратной работы. Их разновидностью являются схемы, обеспечивающие испытание электродвигателей методом взаимной нагрузки. Данный метод успешно применяется при испытании тяговых двигателей постоянного тока и имеет известные преимущества. В настоящее время известно несколько схем, позволяющих обеспечить испытание асинхронных двигателей по методу их взаимной нагрузки. Каждая них имеет свои достоинства и недостатки. К таким схемам можно отнести классическую схему испытаний двигателей постоянного тока при реализации метода взаимной нагрузки (рисунок 1) и схему, представленную на рисунке 2, которая по алгоритму работы и своей функциональной направленности аналогична классической схеме, отличие в элементной базе [1].

Рис. 1. Классическая схема реализации метода взаимной нагрузки двигателей постоянного тока: ЛП, ВДП — линейный и вольтодобавочный преобразователи; ДПТ1, ДПТ2 — двигатели постоянного тока

Рис. 2. Предлагаемая схема реализации метода взаимной нагрузки двигателей постоянного тока: В — неуправляемый выпрямитель; ЗПТ — звено постоянного тока; Инв — управляемый инвертор; ПЧ — преобразователь частоты; TV — трансформатор; ОВ1, ОВ2 — обмотки возбуждения двигателей постоянного тока; ДПТ1, ДПТ2 — двигатели постоянного тока

Для проведения экспериментальных исследований собраны две схемы испытаний, общий вид экспериментальной установки приведен на рисунке 3

Рис. 3. Общий вид экспериментальной установка для реализации классической схемы испытаний

Испытуемые двигатели типа П-21 представлены на рисунке 4. Линейный преобразователь выполнен в виде однофазного лабораторного автотрансформатора с подключенным к нему однофазным диодным мостом (рисунок 5, а). Вольтодобавочный преобразователь выполнен в виде нулевой управляемой схемы, выполненной на тиристорах с блоком фазового управления и собранном в одном корпусе (рисунок 5, б).

Рис. 4. Общий вид испытуемых двигателей

Рис. 5. Общий вид линейного преобразователя (а), вольтодобавочного преобразователя (б)

В процессе испытаний были проведены измерения, которые условно разделили на четыре режима. В таблице 1 приведены основные результаты при реализации указанных режимов для классической схемы испытаний.

Таблица 1

Результаты исследования классической схемы испытаний

Помимо фиксирования результатов нагрузочных испытаний с использованием электроизмерительных приборов, авторами выполнено осциллографирование формы напряжения на выходе основных элементов схемы испытаний: линейный преобразователь ЛП, вольтодобавочный преобразователь ВДП, испытуемый двигатель (рисунок 6).

Рис. 6. Результаты осциллографирования формы напряжения при испытании двигателей постоянного тока по классической схеме (первый режим нагрузки): а — форма кривой напряжения ЛП, б — форма кривой напряжения ВДП; в — форма кривой напряжения двигателя

Авторами были проведены попытки реализации предлагаемой схемы испытаний, представленной на рисунке 2, однако из-за проблем с совместимостью высоковольтного источника ЛП и преобразователя частоты, работающего по ШИМ алгоритму (рисунок 7), нагрузочные испытания реализовать не удалось.

Рис. 7. Сигнал на выходе преобразователя частоты: а — частота питания — 10 Гц; б — частота питания 20 Гц

Проверка совместимости преобразователя частоты и выпрямительного моста при работе на активную и активно-индуктивную нагрузку представлены на рисунках 8 и 9.

Результаты, представленные на рисунках 8 и 9, показывают, что при активной нагрузке преобразователь частоты и выпрямитель устойчиво работают до реализации 20 Гц питающего напряжения; при активно-индуктивной нагрузке — до реализации 10 Гц. Таким образом, реализация схемы (рисунок 2), возможно лишь при детальной проработке совместимости преобразователя частоты и выпрямителя.

Рис. 8. Сигнал на выходе выпрямителя, работающего от преобразователя частоты, при активной нагрузке: а — частота питания — 10 Гц; б — частота питания 20 Гц

Рис. 9. Сигнал на выходе выпрямителя, работающего от преобразователя частоты, при активно-индуктивной нагрузке: а — частота питания 2 Гц; б — частота питания 10 Гц

Таким образом, выполненные экспериментальные исследования, позволили оценить форму сигналов напряжений на выходе преобразователей и напряжения питания двигателя, которые благодаря наличию полупроводниковых приборов резко отличаются от формы постоянного или пульсирующего напряжения. Применение схемы испытаний с таким составом оборудования и без специальных фильтрующих элементов, что может снизить энергетическую эффективность установки.

Литература:

1. Литвинов А.В. Совершенствование технологии испытаний асинхронных тяговых двигателей локомотивов: дис. канд. технических наук. Омский гос. университет путей сообщения, Омск, 2014.