Стенд для испытания электродвигателей постоянного и переменного тока

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для стендовых испытаний электродвигателей постоянного и переменного тока, в частности электродвигателей стрелочных переводов.

Известен «Комплекс диагностики стрелочных двигателей (КДСП)», (патент RU 113368 U1, МПК G01R 31/34, опубл. 10.02.2012), содержащий входное устройство, электрически соединенное с первичными (контролируемыми) цепями напряжения и тока двигателей переменного тока, осуществляющими управление стрелочными переводами, и выходное устройство, электрически соединенное со средствами отображения функций измерения во времени напряжений, токов, коэффициента мощности и активной мощности, и измерительное устройство, работающее в режиме реального времени и передающее на выходное устройство сигналы измеренных величин межфазных напряжений и фазных токов в цепи питания стрелочных приводов.

Комплекс предназначен для осуществления непрерывного контроля за приводами стрелочных переводов, автоматизированного выявления отказов в работе и предотказных состояний стрелочного перевода. Однако точность и достоверность измерения электрических параметров электродвигателей в таком комплексе невысока, так как используются протяженные линии связи. Устройства измерения параметров стрелочного электродвигателя во время его работы чувствительны к помехам в энергосистеме, генерируемыми другими устройствами, подключенными к той же сети питания, при этом возможны помехи и сбои в работе, приводящие к ошибочным результатам измерений. Кроме того, комплекс имеет ограниченные функциональные возможности, так как предназначен для диагностирования стрелочных электродвигателей только переменного тока. Он не обеспечивает условий для проверки стрелочных электродвигателей в соответствии со всеми технологическими требованиями, выполнение которых достигается только при стендовых испытаниях, позволяющих осуществлять оперативный доступ к их узлам и деталям для ремонта и регулировки.

Известен стенд для проверки и испытания стрелочных электродвигателей постоянного и переменного тока типа МСП и МСТ, (Информационный листок №Ш123(2134), Октябрьский центр научно-технической информации и библиотек, Санкт-Петербург, 28.06.2008). Стенд содержит раму, на которой монтируется нагрузочный электродвигатель, работающий в режиме генератора, батарея ламп накаливания для нагрузки этого генератора, приборы для измерения тока и напряжения, частотомер, осциллограф и трехпозиционные переключатели направления вращения вала электродвигателя. Испытуемый электродвигатель закрепляют на раме стенда и соединяют с нагрузочным электродвигателем при помощи двух муфт.

В описанном стенде в качестве механической нагрузки применен маломощный двигатель постоянного тока, который не обеспечивает необходимой величины нагрузки при проверке более мощных двигателей переменного тока. Кроме того, электрической нагрузкой данного двигателя являются лампы накаливания, сопротивление которых значительно меняется при нагреве, т.е. нагрузка является нестабильной. Питание осуществляется от трехфазной сети, напряжение трех фаз при этом измеряют одним вольтметром. Применены аналоговые измерительные приборы, не обладающие достаточной точностью. Отсутствует возможность проверки в режиме повышенных оборотов. Скорость вращения вала измеряется частотометром и требует вычислений.

Известен стенд для проверки стрелочных электродвигателей постоянного и переменного тока, содержащий стол для установки нагрузочного и проверяемого электродвигателей, а также шкаф управления с электрооборудованием (Информационный листок №3329(Ш-156), Свердловский центр научно-технической информации и библиотек, Екатеринбург, 11.06.2014). Электрооборудование включает измерительные приборы для контроля напряжения и тока, переключатель напряжения, подаваемого на электродвигатель в зависимости от его типа, и лампы для индикации режимов работы стенда. Выходной вал электродвигателя соединяют с нагрузочным электродвигателем и тахометром при помощи специально изготовленной резиновой муфты. Направление вращения электродвигателя задают стрелочным коммутатором.

Данный стенд имеет ограниченные функциональные возможности; требует трехфазной питающей сети; содержит большое количество аналоговых измерительных приборов, при этом трехфазное напряжение измеряют одним вольтметром. Стенд не измеряет величину механической нагрузки, которая меняется дискретно и не обеспечивает возможности проверки двигателей в режиме повышенных оборотов.

Известен стенд для проверки стрелочных электродвигателей (найдено в Интернет: scbist.com/xx3/4136-stend-dlya-proverki-strelochnyh-elektrodvigatelei.html) постоянного и переменного тока (МСП, МСТ, МСА). Стенд содержит механически соединяемый с испытываемым электродвигателями постоянного или переменного тока генератор, подключенное к трехфазной сети средство для формирования напряжения питания двигателей переменного тока, выполненное в виде первого, второго и третьего трансформаторов, к каждому из которых подключен соответствующий амперметр. Каждый из трех амперметров соединен с входами первого коммутатора, выходы которого электрически подключаются к испытываемому двигателю переменного тока. Амперметры соединены также с подключенным к вольтметру переключателем, посредством которого выполняется выбор фазы переменного тока. Кроме того, к питающей сети подключен автотрансформатор, предназначенный для выработки питающего напряжения для испытываемого электродвигателя постоянного тока. Этот автотрансформатор через выпрямитель соединен с вольтметром и четвертым амперметром. Последний соединен с входом второго коммутатора, электрически подключаемого к испытываемому двигателю постоянного тока. Для определения частоты вращения якоря стрелочного электродвигателя в стенд вмонтированы тахометр специальной конструкции с приставкой и частотомер.

Однако возможность применения описанного стенда ограничена тем, что его питание осуществляется от трехфазной электрической сети. Недостатками известного стенда являются его ограниченные функциональные возможности и невысокая точность измерения параметров. Для измерения трехфазных напряжений питания двигателей переменного тока используется один вольтметр, измеряющий напряжение одной фазы, и трехпозиционный переключатель, т.е. отсутствует одновременная индикация напряжений в каждой из трех фаз. Не реализуется возможность проверки двигателей переменного тока на повышенных оборотах, так как частота питающего напряжения не изменяется. Величина механической нагрузки на двигатель не градуирована и не измеряется в процессе испытаний. Кроме того, в стенде используются аналоговые измерительные приборы, не обладающие достаточной точностью. Еще одним недостатком стенда является то, что измерение частоты вращения вала осуществляется с помощью сложной, отдельно изготавливаемой приставки и частотомера. При этом, для получения значения частоты в об/мин, приходится производить операцию умножения на 60, что приводит к дополнительным трудозатратам.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является достижение возможности полной проверки электродвигателей постоянного и переменного тока, улучшение качества проверки и повышение производительности труда, сокращения влияния человеческого фактора на оценку результатов проверки за счет автоматического протоколирования результатов испытаний.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей стенда, повышении полноты и точности измерений.

Указанный технический результат достигается тем, что стенд для испытаний стрелочных электродвигателей постоянного и переменного тока содержит панель управления и индикации, генератор, механически соединяемый с валом испытываемого электродвигателя, тахометр, подключенный к электрической сети переменного тока первый автотрансформатор, вырабатывающий питающее напряжение для электродвигателей постоянного тока, соединенные через первый выпрямитель с выходом первого автотрансформатора первый амперметр, подключенный к первому коммутатору, и вольтметр, а также средство формирования трехфазного напряжения питания для электродвигателей переменного тока, соединенное со средством измерения электрических параметров трехфазного напряжения, подключенным ко второму коммутатору. В состав стенда дополнительно введены программируемый контроллер, персональный компьютер, стабилизатор напряжения, вторые автотрансформатор, выпрямитель и амперметр, причем вход и выход панели управления и индикации соединены с программируемым контроллером, выходы которого подключены к персональному компьютеру, другие выходы контроллера соединены с входами первого коммутатора, второго коммутатора и средством формирования трехфазного напряжения питания для электродвигателя переменного тока, первый и второй автотрансформаторы своими входами соединены с выходом подключенного к электрической сети стабилизатора напряжения, второй автотрансформатор через второй выпрямитель соединен со вторым амперметром, подключенным к генератору, выход первого коммутатора соединен с входом второго коммутатора, своим выходом подключаемого к испытываемому электродвигателю, при этом первый амперметр, второй амперметр, вольтметр, средство измерения электрических параметров трехфазного напряжения и тахометр электрически соединены с персональным компьютером.

Технический результат достигается также тем, что средство формирования трехфазного напряжения питания для электродвигателя переменного тока выполнено в виде инвертора.

Кроме того, средство измерения электрических параметров трехфазного напряжения выполнено в виде универсального измерителя.

Стенд испытаний электродвигателей позволяет провести полную проверку электромеханических характеристик стрелочных электродвигателей типа МСП (постоянного тока) и типов МСТ, МСА (переменного тока). Стенд вырабатывает необходимые для проверки напряжения питания, контролирует потребляемые двигателями токи, создает механическую нагрузку на валу испытываемого двигателя, измеряет частоту вращения, позволяет проводить испытание двигателя на повышенную частоту вращения. Все проверки проводятся при вращении вала двигателя в обе стороны.

На чертеже фиг. 1 изображен общий вид стенда; на фиг. 2 - общий вид панели управления и индикации; на фиг. 3 - блок-схема стенда.

Стенд (фиг. 1) испытания электродвигателей постоянного тока (МСП) и переменного тока (МСТ, МСА) включает стол 1 с приставной тумбой 2. На столе 1 размещен персональный компьютер 3, а также шкаф управления 4 с панелью управления и индикации 5. Приставная тумба 2 предназначена для установки испытываемого электродвигателя 6, механически соединяемого с размещенным в тумбе нагружающим генератором 7.

Генератор 7 служит для создания механической нагрузки, т.е. противодействующего момента на валу испытываемого двигателя.

На панели управления и индикации 5 (фиг. 2) размещены элементы управления и индикации в виде кнопок и ламп, а также электроизмерительные приборы для контроля тока, напряжения и частоты вращения двигателя.

Выход панели управления и индикации 5 (фиг. 3) соединен со входом размещенного в шкафу управления 4 программируемого логического контроллера 9 (например, FX3U-32MR-ES фирмы «Mitsubishi»), управляющего работой стенда, выход которого соединен со входом панели управления и индикации 5.

Контроллер 9 другими своими выходами соединен с персональным компьютером 3, предназначенным для регистрации и протоколирования параметров испытываемых электродвигателей 6, а также с входами первого коммутатора 10, второго коммутатора 11 и средством формирования напряжения питания двигателя переменного тока, выполненного в виде инвертора 12 (например, ACS150-01E-06A7-2 фирмы «АВВ») электрически соединенного с измерителем универсальным 13 (например, DMTME-I-485-96 фирмы «АВВ»), измеряющим значения параметров трехфазного напряжения, тока и частоты.

Первый коммутатор 10 позволяет менять полярность напряжения, поступающего на испытываемый двигатель постоянного тока, выполняя функцию реверсора. Инвертор 12 предназначен для выработки трехфазного напряжения питания испытываемых двигателей переменного тока из однофазного входного напряжения.

С выхода первого коммутатора 10 напряжение поступает на первый вход второго коммутатора 11. На второй вход второго коммутатора 11 напряжение поступает с первого выхода измерителя универсального 13. Второй выход измерителя универсального 13 соединен с персональным компьютером 3, на который передаются измеренные параметры напряжения, тока и частоты вращения.

Выход второго коммутатора 11 предназначен для подключения к испытываемому электродвигателю 6, механически соединенному с генератором 7, к которому подключен тахометр 8, измеряющий частоту вращения вала генератора и передающий показания на персональный компьютер 3. В зависимости от типа проверяемого электродвигателя, второй коммутатор 11 может осуществлять выбор вида подаваемого на него напряжения: постоянное или переменное.

Для устранения влияния нестабильности питающего напряжения сети, в шкафу управления 4 смонтирован стабилизатор напряжения 14, своим выходом соединенный с входом первого автотрансформатора 15, предназначенного для регулировки напряжения на испытываемом двигателе постоянного тока, и входом второго автотрансформатора 16, регулирующего ток возбуждения генератора 7.

С выходом первого автотрансформатора 15 последовательно соединены первый выпрямитель 17, первый амперметр 18 и вольтметр 19. С выходом второго автотрансформатора 16 последовательно соединены второй выпрямитель 20 и второй амперметр 21. Кроме того, первый амперметр 18 подключен к первому коммутатору 10, а второй амперметр 21 - к генератору 7. Первый амперметр 18, второй амперметр 21 и вольтметр 19 подключены к персональному компьютеру 3 для фиксации результатов измерений. В данном примере выполнения стенда использованы амперметры марки MT4W-DA-48 фирмы «Autonics» и вольтметр марки MT4W-DV-48, «Autonics».

Работает стенд следующим образом.

На тумбе 1 (фиг. 1) устанавливают и закрепляют подлежащий испытанию электродвигатель 6, затем механически соединяют его с генератором 7 и включают питание шкафа управления 4.

С помощью кнопок, расположенных на панели управления и индикации 5 (фиг. 2), выбирают тип испытываемого электродвигателя 6 (МСТ или МСП), режим проверки, и задают параметры испытания двигателя: напряжение питания, направление вращения вала, а также ток возбуждения генератора, определяющий величину нагрузки двигателя.

Команды с панели управления и индикации 5 (фиг. 3) поступают в программируемый контроллер 9. С его выходов сигналы поступают на компьютер 3, первый коммутатор 10, второй коммутатор 11 и инвертор 12.

В соответствии с заданными параметрами, первый коммутатор 10 устанавливает полярность напряжения питания двигателей постоянного тока (типа МСП), осуществляя, при необходимости, их реверс. Второй коммутатор 11 устанавливает вид питающего напряжения (постоянное/переменное) в зависимости от типа проверяемого электродвигателя. С выхода второго коммутатора 11 напряжение поступает на клеммы испытываемого электродвигателя 6.

Поступающее из сети однофазное переменное напряжение 220В инвертором 12 преобразуется в трехфазное напряжение для питания испытываемых электродвигателей переменного тока (типа МСТ и МСА). Инвертор реализует функцию изменения фазы и частоты выходного напряжения, а также его величину, тем самым обеспечивая реверс и изменение скорости вращения подключенного электродвигателя. Параметры трехфазного напряжения, формируемого инвертором 12, а именно величины напряжения, потребляемого тока и частоты, фиксируются измерителем универсальным 13, затем передаются на вход второго коммутатора 11. С выхода второго коммутатора напряжение передается на испытываемый электродвигатель 6, механически соединенный с генератором 7. Частоту вращения электродвигателя, равную частоте вращения вала генератора, измеряют тахометром 8.

Из сети однофазное переменное напряжение 220В поступает также в стабилизатор 14, с помощью которого достигается стабильность напряжения питания двигателей постоянного тока (МСП) и тока возбуждения генератора 7 при отклонениях напряжения питающей сети. Далее напряжение поступает на входы первого автотрансформатора 15 и второго автотрансформатора 16.

Первым автотрансформатором 15 регулируют величину напряжения на испытуемом электродвигателе постоянного тока. С его выхода переменное напряжение поступает на первый выпрямитель 17, где оно преобразуется в постоянное. Контроль напряжения осуществляют по вольтметру 19, а ток потребления электродвигателей измеряют первым амперметром 18.

Вторым автотрансформатором 16 регулируют ток в обмотке возбуждения генератора 7, добиваясь требуемой нагрузки на валу испытываемого электродвигателя 6. С выхода второго автотрансформатора 16 переменное напряжение поступает на вход второго выпрямителя 20, где оно преобразуется в постоянное. Далее, постоянное напряжение проходит через второй амперметр 21, измеряющий ток возбуждения, и поступает на генератор 7, служащий механической нагрузкой испытываемого электродвигателя.

С помощью второго автотрансформатора 16 выставляют по второму амперметру 21 требуемое значение нагрузки для проверяемого вида электродвигателя. Далее запускают электродвигатель 6 в нужном направлении. Частоту вращения генератора 7 и соединенного с ним электродвигателя измеряют тахометром 8.

Во время испытаний контролируемые параметры, измеренные с помощью цифровых первого амперметра 18 второго амперметра 21, вольтметра 19, измерителя универсального 13 и тахометра 8, передаются на персональный компьютер 3, где происходит их сравнение с заданными величинами. При необходимости зафиксировать результаты проверки, нажимают соответствующую кнопку на панели управления 5, в результате показания приборов регистрируются и могут быть сохранены в виде протокола испытаний. По окончании проверки нажимают кнопку остановки электродвигателя.

При необходимости проверить электродвигатель в режиме «Повышенные обороты» или «Проверка коммутации», нажимают одноименную кнопку на панели управления и индикации 5. В данных режимах, согласно условиям технологического процесса, время проверки должно быть ограничено. Функцию фиксации времени проверки выполняет контроллер 9, отключая электродвигатель по истечении заданного времени. В остальном, алгоритм действий оператора при указанных проверках, аналогичен вышеописанному.