12. Випробування тягових електричних машин

12. ВИПРОБУВАННЯ ТЯГОВИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН

12.1. Види і програми випробувань. Особливості віброміцнісних випробувань

Складні умови експлуатації, граничне виконання, вимоги до високої надійності для виконання умов безпеки руху і своєчасної доставки паса­жирів і вантажів, необхідна стабільність та ідентичність характеристик по­требують досканалої системи контролю якості й випробувань на всіх етапах створення тягових електричних машин. Правильність результатів випробу­вань і їх зіставлення досягається діючою державною системою метро­логічного забезпечення. Оскільки потужність сучасних тягових двигунів уже близька до 1000 кВт і навіть перевищує це значення, актуальним є по­шук схем і методів випробувань, які б дозволили скоротити втрати електро­енергії при проведенні випробувань.

Згідно з ГОСТ 2582-81 тягові електричні ма ши ни проходять такі види випробувань:

• Кваліфікаційні випробування. їх проводять при створенні електрич­них машин новил тинів, а також при освоєнні виробництва новим ви­робником. Ці випробування різноманітні й всебічні, дозволяють виз­начити абсолютно всі параметри і характеристики нової машиии, з’я­сувати стійкість її роботи в усталених і перехідних режимах.

• Приймально-здавальні випробування. Ці випробування проходить кожна електрична машина. У ході їх проведення з’ясовують, чи при­датна дана машина після виготовлення або ремонту для експлуатації, чи відповідають її параметри і характеристики паспортним даним.

• Періодичні випробування. їх проводять не рідше одного разу в два роки і, за деяким винятком, вини повторюють програму квалі­фікаційних випробувань. Вони призначені для підтвердження, що в процесі виробництва машина зберегла свої параметри і має потрібні якості.

• Типові випробування, які проводять за програмою кваліфікаційних випробувань, якщо в конструкцію машини або технологію її виготов­лення внесені зміни. Очевидно, з цієї програми можна виключити окремі пункти, якщо характер внесених змін не потребує виконання повної програми. Випробування на віброміпність виконують на одно­му зразку.

• Ресурсні випробування здійснюються з метою перевірки надійності та оцінки ресурсу працездатності машини. Випробування проводять на машинах встановлювальної серії, а також у випадках внесення змін у конструкцію, технологію і матеріалі., що впливають на ресурс. У ході цих випробувань визначається ресурс вузлів і деталей до їх відновного ремонту, а також оцінюється віброміцність машин.

Ьіброміцнісні випробування тягових електричних машин мають ряд специфічних особливостей, на яких слід окремо зупинитись. На вібростенді машини повинні встановлюватись і кріпитись так, як вони працюють в екс­плуатації. Якщо ж машини реально закріплюються на амортизаторах то випробувати їх слід без амортизаторів. Випробувальні вібростенди повинні забезпечити створення таких прискорень: не менш 120 м/с² (вертикальна складова) і 155 м/с² (сумарний вектор) - при випробуванні тягових дви­гунів; не менш 30 м/с² (сумарний вектор) - при монтажі на підресорених ча­стинах і в кузові. Випробування проводять при частоті 5.700 Гц при трива­лості 50 млн циклів для тягових двигунів і 25 млн циклів для інших елект­ричних машин. Поряд з випробуваннями на віброміцність машини підда­ють випробуванням на тепло-, волого- > холодостійкість у спеціальних клі­матичних камерах.

Аналогічним випробуванням на вібростендах у тому ж діапазоні частоти піддають і тягові трансформатори.

Програми всіх видів випробувань. їх склад і метоли проведення деталь­но викладені в ГОСТ 2582-81.

Однак у нашій країні до цього часу немає державного документа, якии би регламентував категорії випробувань, їх програму і методики для безко- лекторних тягових електродвигунів. У певній мірі ця прогалина запоь нюється стандартом МЕК349-2, але правовий бік користування ним пишається неясним. Цей стандарт поділяє випробування безколекторних тягових двигунів на типові, серійні та дослідні. Останні проводяться з ме гою уточнення уявлень про фізичні процеси, які відбуваються в машинах, перевірки нових і уточнення відомих методик, розрахунків; перевірки і уточнення моделей; оцінки ефективності нових конструкторських і техно­логічних рішень і т. ін

12.2. 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.

12.3. Визначення основних характеристик і ККД

Випробування тягових електричних машин і визначення їх основних ха­рактеристик слід здійснювати після нагрівання до робочої температури.

У ході кваліфікаційних і періодичних випробувань швидкісні характери­стики електродвигунів визначають при номінальній напрузі і на всіх робо­чих ступенях регулювання збудження. У реверсивних двигунів при но­мінальному струмі й номінальному збудженні перевіряють частоту обер­тання в один та інший боки. Виражене в процентах від середнього арифме­тичного обох частот обертання значення виміряної частоти обертання не повинно перевищувати величин, встановлених стандартом. Задану ступінь ослаблення збудження контролюють за коефіцієнтом р = /₃ //_я. Визначення характеристик виконують у діапазоні від максимально допустимої частоти обертання до максимально допустимого струму якоря.

Навантажувальні характеристики двигунів визначають для струмів об­мотки збудження від 0,25 номінального значення до найбільшого.

ККД тягових електричних машин визначають непрямим методом, який називають також методом окремих втрат. При цьому електричні втрати в міді обмоток визначають за струмом і заміряним опором, віднесеним до температури 115 °С. Втрати в перехідних контактах шіток р_щ = Аи_щІ_я без шунтів визначають з розрахунку спаду напруги Д 1/_щ =3 В. У сучасних ма­шинах звичайно застосовують щітки з шунтами, для них Аи_щ = 2 В

Додаткові втрати р_дол для допоміжних машин приймають за ГОСТ 11828-86, а для тягових двигунів - за ГОСТ 2582-81.

Втрати в сталі (магнітні) р_с і механічні втрати р_их визначають дослідним шляхом при роботі машини на холостому ході, тому їх часто називають втратами холостого ходу р₀ = р_с + р_т. їх, як і в загальнопромислових ма­шинах, визначають при незалежному збудженні. Щоб виділити із знайденої суми втрат механічні, у машинах послідовного збудження проводять дослід при послідовному збудженні Потужність, яка споживається якорем при різних частотах обертання, іде на компенсацію механічних втрат, бо елект­ричні й магнітні втрати в якорі при цьому досліді дуже малі і ними можна знехтувати.

Щоб розділити втрати р_с і р_мх, користуються відомим способом, при якому припускають, що р_с~ІІ². Тому будують залежність р₀(Ц²). Це особливо при малих струмах збудження, майже пряма лінія, що відсікає на осі ординат відрізок, який у відповідному масштабі дорівнює механічним втратам. Практично при випробуванні машин на стенді взаємного наванта­ження (див. рис. 12.1) можна рекомендувати такий спосіб визначення ККД. Маючи сумарне значення втрат ]Г р_д при номінальній напрузі та різних струмах якоря /_я, можна визначити ККД

ті = 1—(12.8) и І

ном я

Сумарні втрати у двигуні МІ і генераторі М2

X Р_а + £ Рг = Роп + Рдод.я + П 0, +Гд.п +'•„) +

+Рщ. д ^+/дЧд +Ро, + Рдодг І] (г_я +^_в+г_кв) + р_щг+ І²_цг₃,, (12.9)

де всі величини з індексом «д» стосуються двигуна, а з «г» - генератора.

Оскільки машини М1 і М2 однакові, обертаються з однаковою кутовою швидкістю і мають загальний струм збудження /_д, можна вважати, що

Рол ~ Рот ’ Рдод.д ~ Рдод.г

Виходячи з прийнятої схеми взаємного навантаження, можна прирівня­ти ліву частину рівняння (12.9) до сумарної потужності ЛГ і ВДМ.

і/’,+Хр_г=^ж+ї'«Л- (^12л°)

У той же час різниця сумарних втрат!гідно з рівнянням (12.9) дорівнює

2>_д-5>_г =(і², -О О; +г„> (i2.il)

Розв’язавши сумісно (12.10) і (12.11), одержимо

^ -Л¹) (';+

2>, = ^ • (¹²¹²)

Після підстановки значень р_д, визначених за (12 12) для різних струмів і різних напруг, в (12.8) одержимо значення ККД у різних режимах роботи.

Вимірюючи одночасно частоту обертання п (хв"‘) і пам’я.аючи що на­пруга и_а випробуваного двигуна МІ - це напруга С/_лг, можна визначити ко­рисну потужність Р₂=и_дІ_дг\ у різних режимах і момент на валу М =9,55 Р₂/п (Н-м). Таким чином можуть бути побудовані електроме­ханічна М (/_д) і механічна п (М) характеристики.

Машини М1 і М2 на стенді взаємного навантаження можуть бути неод- нотипними, але тоді для проведення повного циклу випробувань машина М2 повинна бути заздалегідь протарована.

12.4. Дослідження і налагоджування комутації

Складність комутаційного процесу на дає можливості виконати з до­статньою точністю розрахунки комутації і додаткових полюсів. Тому під час кваліфікаційних випробувань виконують їх налагоджування, а під час приймально-здавальних - перевірку на постійному або пульсуючому стру­мі в залежності від типу машини. Комутацію перевіряють при номінально­му режимі, а також при найбільших значеннях частоти обертання, струму якоря, найменшому струмі збудження. До почагку випробувань щітки по­винні бути притертими. При реверсуванні машина повинна пропрацювати 5... 15 хв, щоб щітки притерлись в іншому напрямку і утворився кращий контакт між щіткою і колектором. Комутація вважається задовільною, якщо під час випробувань не виникло колового воі ню механічних ушко­джень колектора і щіткотримачів, залишкових деформацій і якщо машина придатна для подальшої роботи без очистки і будь-яких лагоджень.

Оцінювання комутації за іскрінням на колекторі виконується візуально зпдно з ГОСТ 183-74 за п’ятибальною шкалою, причому ступінь іскріння не повинен перевищувати 1 бала. Ступінь іскріння доцільно відмічати

при різних струмах якоря, коли визначаються швидкісні характеристики при повному і ослабленому збудженні.

У ході кваліфікаційних і періодичних випробувань визначають зону най­кращої комутації (тільки на постійному струмі) шляхом зміни струму в об­мотці додаткових полюсів. Ця зона дозволяє оцінити комутаційні власти­вості машини і настроїти додаткові полюси шляхом зміни числа витків їх обмотки або розмірів повітряних проміжків. При цьому змінюється індукція в зоні комутації В_к і комутаційна ЕРС, що дозволяє максимально наблизитись до умови безіскрової комутації е_к = —е_р (див. підрозд. 2.3). З цією метою паралельно обмотці додаткових полюсів двигуна МІ (рис. 12.1) вмикають допоміжний генератор (ДГ), ЕРС якого плавно регу­люють резистором у колі його обмотки збудження. Схема повинна забезпе­чити можливість зміни напрямку ЕРС ДГ; усе це дозволяє одержати в об­мотці додаткових полюсів МІ струм, більший або менший, ніж струм /_я в обмотці якоря на величину ±ЛІ, який називають струмом підживлення. Отже, через обмотку додаткових полюсів проходить струм (/_я ± А/), що до­зволяє визначити залежності +АІ (/_я) і -АІ (/_я) - криві підживлення у ме­жах навантажень від холостого ходу до номінального і вище, при яких ко­мутація відповідає ступеню іскріння 1 (можна визначити криві підживлен­ня при будь-яких балах іскріння: 1^/, 1^/ і 2).

Дослід починають з режиму холостого ходу, коли /_я =0 і відповідно згідно з (2.5) е_р =0. Підживлюючи додаткові полюси спочатку в одному, а потім в іншому напрямку, визначають значення струмів +АІ і -АІ, при яких починається перше помітне іскріння. Причиною цього іскріння є струм у короткозамкненій секції, викликаний комутаційною ЕРС є_к, яка утво­рюється індукцією В_к, тобто струмами підживлення. У правильно спроек­тованій та ідеально виготовленій машині значення струмів ч АІ і -АІ рівні. Потім машину навантажують деякими струмами /_я і знову визначають струми підживлення, які призводять до іскріння.

Якби машина була ідеальною і завжди виконувалась умова е_к = -е_р, то при будь-яких струмах /_я струми підживлення, які викликають іскріння, за­лишались би незмінними і криві підживлення мали б вигляд двох прямих, паралельних осі абсцис, які знаходились би від неї на однакових відстанях, визначених значеннями +ДІ і -АІ, одержаними при /_я =0. Однак при будь-якому струмі /_я >0 у комутованій секції наявна нерівність між е_р і е_к, тобто існує деяка небалансна ЕРС Ае (див. підрозд. 2.3), причому вона збільшується з ростом струму /_я або частоти обертання п. Тому при зрос­танні струму 1 _я значення +ДІ і -А/, які викликають перше іскріння, зменшу­ються, і криві підживлення утворюють область безіскрової роботи, яка зву­жується симетрично до осі абсцис (рис 12.3, а).

а б в

Рис. 12.3 Криві підживлення додаткових полюсів

Якщо в машині додаткові полюси слабкі (|е_к|< |е_р|, комутація сповільне­на), то для одержання області безіскрової роботи в усьому діапазоні наван­тажень доводиться підживлювати додаткові полюси струмами +АІ. При цьому середня лінія області лежить вище осі абсцис (рис. 12.3, б). При силь­них додаткових полюсах (|е_к | > |е_р |, комутація прискорена, струм підживлен­ня -ЛІ) середня лінія області безіскрової роботи відхилиться вниз (рис. 12.3, в).

Так, як правило, визначають зони найкращої комутації при незалежному збудженні машини і незмінній частоті обертання. Повторення досліду при збільшеній частоті обертання дозволяє одержати криві підживлення, які утворюють більш вузьку область безіскрової роботи.

Під час проведення досліду з двигунами послідовного збудження слід врахувати ту обставину, що із збільшенням струму /_я знижується частота обертання п і зони безіскрової роботи можуть мати складний характер: вони спочатку звужуються, а при значному зменшенні величини п можуть навіть розширюватися. Приклади можливих форм зон найкращої комутації у дви­гунів послідовного збудження наведені на рис. 12.4, де а - нормальна карти­на; б—при насичених і надмірно сильних додаткових полюсах; в - при наси­чених і ослаблених додаткових полюсах.

а б в

Якщо число витків додаткових полюсш % _п, то потрібну зміну його мож­на визначити за результатами досліду:

±ДІ

+Дн' =----------.

дп J д.п*

я.ном

У сласних потужних компенсованих тягових двигунів число м>_дп мале і Ди'д, може становити дробову величину, округлення якої призведе до вели­кої похибки. У такому випадку лмінююгь розміри або повітряного проміжку, або діамагпіїної прокладки між станиною і тілом додаткового полюса, що значно ефективніше.

Ширина області безіскрової роботи характеризує комутаційну стійкість машини при випадкових відхиленнях умов комутації від оптимальних. На­приклад, різкий накид в експлуатації струму навантаження від /_{я |} до /_я2 на +ДІ = 1_я2-1_я1 практично еквівалентний випадку визначення точки на кривій підживлення при струмі /_я,. Очевидно, чим більше при цьому зна­чення струму ДІ (чим ширша область безіскрової роботи), іим стійкіша ко­мутація машини при перехідних режимах в експлуатаційних умовах.

Поряд з проведенням комутаційних випробувань дуже важливим є виз­начений потенціальних кривих і кривих розподілу напруг по колу колектора (див. підрозд. 2.6). Значення максимальної міжламельної напруги і кое­фіцієнта викривлення за (2.15) нормативно-технічною документацією не регламентується, але їх граничні величини дозволяють оцінити праце­здатність машини в найбільш важких в комутаційному відношенні режи­мах. Існують різноманітні схеми для визначення цих параметрів і одержан­ня кривих на рис. 2.8.

Розглянемо одну з можливих схем, запропоновану співробітниками Но­вочеркаського ВБлНДІ. Дослід проводиться на стенді взаємного наванта­ження за допомогою спеціального пристрою, який містить двохелементну щітку з шириною кожного електропровідного елемента, меншою товщини міжламельних ізоляційних прокладок. Вимірювальна щітка розташо­вується в спеціальному щіткотримачі, який одержують з штатного відрізан­ням одного вікна з натискною пружиною і укороченням довжини пальців. Цей щіткотримач установлюється на повзуні, який переміщується в дуго­подібному пазу пластини, виконаної з ізоляційного матеріалу і закріпленої кінцями на робочих щіткотримачах.

Схема вимірювання міжламельних напруг наведена на рис. 12.5, вона працює таким чином. При кожному положенні вимірювальної щітки 2 на колекторі 1, змінюючи значення опорів регульованих резисторів 8, які ввімкнені в коло робочих щіток 4, досягають нульового показання при­ладів 6, що контролюють струми. При цьому через електропровідні еле­менти вимірювальної щітки струм не протікає і на них відсутній спад на­пруги. Отже, потенціали точок дотику електропровідних елементів З з ко­
лектором стають рівними по­тенціалам регульованих рези­сторів, до яких підключений вольт­метр 7, який визначає міжламельну напругу. Багатограничні вольтмет­ри 9 виконують функції ступінчато регульованих резисторів, а вольто- додаткові резистори 10 служать ДЛЯ бІЛЬШ ГрубОГО РЄі _уліОВаННЯ.

Рис. 12.5

Вимірювальну щітку, яка пе­реміщується в пазу дугоподібної пластини 5, встановлюють на від­далі 4-5 колекторних пластин від середини робочого щіткотримача.

Перед вимірюваннями машину обертають 15...20 хв на підвище­них обертах для притирки вимірю­вальної щітки, а потім встановлю­ють потрібний режим. Коли ампер­метри 6 будуть показувати нулі, вольтметр 7 покаже міжламельну

напругу. Машину зупиняють, вимикають струм і вимірювальну щітку пере­сувають на одну колекторну поділку. Так продовжують виміри до положен­ня вимірювальної щітки, від даленої на 4-5 колекторних пластин до середи­ни щітки протилежної полярності.

При додаванні всіх вимірюваних міжламельних напруг може виявитись, що одержана сума дещо відрізняється від прикладеної до щіток 4 напруги. У цьому випадку слід внести поправку в усі виміри на величину, рівну відношенню одержаної суми міжламельних напруг до значення прикладе­ної напруги.

12.5. Вентиляційні випробування

Передбачені програмами випробувань визначення залежностей статич­ного Н_с і повного //напорів від витрат повітря () проводять, використовую­чи вентиляційну установку, яка дозволяє регулювати витрату (зміною час­тоти обертання вентилятора або за допомогою заслінок). Для вимірювання напорів використовують [/-подібні водяні манометри. Статичний напір вимірюють, використовуючи металеву трубку діаметром 5...6 мм, закриту з одного кінця, яка має по боковій поверхні отвори діаметром 1 мм, просверд­лені по гвинтовій лінії довжиною 50... 100 мм з кроком 10...20 мм. Кінець
трубки вводять в колекторну камеру, а відкритий кінець шлангом з’єдну­ють з манометром. Повний напір вимірюють, розміщуючи подібні трубки в колекторному люкові на вході повітря отворами назустріч повітряному по­току і паралельно одна одній. Вільні кінці трубок з’єднують із загальним шлангом, який сполучається з манометром.

Витрату повітря можна визначити, якщо виміряти динамітний напір Н_д за допомогою трубки Прандгія. За вели^пною Н_а можна розрахувати швидкість повітря (див. підрозд 9.2 і 9.3).

Рис. 12.6. Вимірк вання динамічного напору трубкою Прандтля

Трубка Прандтля 2 (рис. і2.Ь) має внутрішню порожнину у виг­ляді тонкої трубки 3, яка міститься всередині трубки 4 більшого діа­метра. Простір між трубками 3 і 4 утворює зовнішню порожнину грубки Прандтля. Трубка 3 має з одного боку вхідний отвір, а з іншого з'єднана з штуцером б. Вхідний отвір направляють на­зустріч повітрю, що із швидкістю V) рухається по повітряному тракту 1; тут спостерігається повний напір Н, як на рис. 9.3 у манометра М3. Зовнішня порожнина сполучається з повітрям через невеликий кільце­вий отвір Б, розташований парале­льно повітряному потоку. Отже, в цій порожнині, з’єднаній з штуце­ром 5, наявний статичний напір Н_с Штуцери 5 і 6 шлангами 7 з’єднані з манометром М, який покаже напір

н_а=н-н_с.

Якщо дослід проводиться при температурі повітря / (°С) і атмо­сферному тиску В (Па), то з урахуванням поправкового коефіцієнта трубки Прандтля к швидкість повітря дорівнює

(12.13)

и = 234к_т ^Н_а (273 + і)/В.

Оскільки швидкість руху повітря по перерізу патрубка 1 неоднакова, виміряний переріз патрубка поділяють на п’ять рівновеликих геометричних фігур (чотири кільця і коло). Вимірювання проводять по двох взаємопер- пендикулярних діаметрах, тобто виконують по 10 вимірів по кожному діаметру що дозволяє визначити середню швидкість повітря:
де^и- сумарна швидкість всіх двадцяти вимірів, визначених за (12.13). (Інколи виконують 10 вимірів по одному діаметру.)

Слід мати на увазі, що довжина прямолінійної частини повітряного трак­ту до вимірюваного патрубка повинна бути ьо менше п’яти його діаметрів. Знаючи площу перерізу вимірювального патрубка 5 і використовуючи фор­мулу (9.7), з урахуванням (12.14) знаходять витрату повітря {?•

Аеродинамічні характеристики (див. підрозд. 9.4) Н(0) використовують для розрахунку вентиляційних систем електрорухомого складу, а Н_с (£?) - для перевірки дійсної витрати повітря у випробуваних машинах.

12.6. Теплові випробування

Температуру обмоток машин (за винятком короткозамкнених) визнача­ють методом опору, використовуючи для визначення останнього одинар­ний або подвійний міст, коли вимірюваний опір менше одного ома. Опір об­моток якорів вимірюють, приєднуючи вимірювальні щупи приладу (моста) до двох колекторних пластин, розташованих під серединами шіток проти­лежної полярності.

Вимірювання опору обмотки в холодному стані виконують, якщо її тем­пература і температура навколишнього середовища відрізняються не більше ніж на ±3 °С. Цю температуру вимірюють ртутними термометрами, які вводять в машину не пізніше ніж за 15 хв до початку виміру опорів. Ку­льку одного з термометрів щільно загортають у станіоль, прикладають до колектора і закривають сухою ватою. Інший термометр прикладають до якоря між осердями полюсів.

Меюди випробувань на нагрівання обумовлені в ГОСТ 11828-86, а зна­чення перегріву слід визначати за формулами (10.6) або (10.7).

Виміри можна виконувати лише при повністю зупинених машинах, що входять у схему стенда взаємного навантаження. Порушення цієї умови може призвести до травм працівників і ушкодження устаткування.

Випробувальні машини неможливо зупинити миттєво, для цього потрібен деякий час. Але за цей час машини дещо остигнуть. Для побудови кривих нагрівання тягового двигуна вводиться розрахункова величина «температура перегріву в момент вимкнення», яка визначається в резуль­таті екстраполяції кривої остигання тягового двигуна з моменту вимкнення ма ши ни до кінця замірів.

Згідно з ГОСТ 2582-81 перший вимір опору обмоток необхідно почати не пізніше 45 с після вимкнення ма ши ни і продовжувати протягом не менше
5 хв. Причому протягом перших 3 хв проміжок часу між послідовними вимірами не повинен перевищувати 20, а потім 30 с.

За початок вимкнення двигуна слід приймати момент, коли розриваться коло якоря і обмоток збудження. Для виз­начення температури перегріву двигуна в момент вимкнення т_вимкн необхідно за ре­зультатами виконаних вимірів побудува­ти криву ^т(г) і шляхом екстраполяції знайти ІБ т _вимкн (рис. 12.7) у точці перети­ну кривої з віссю ординат.

Рис. 12.7. Екстраполяція кривої охолодження

На цій криьій 1₁ — час який проходить з моменту вимкнення до моменту виміру опору обмотки, а - десятковий лога­рифм значення перегріву. За одержаними значеннями перегрівів у момент вимкнен­ня будуються криві нагрівання обмотки.

Слід пам’ятати, що таке визначення температури дає середнє її значення, а окремі точки обмотки можуть мати тем­пературу, яка суттєво відрізняється від се­реднього значення. На рис. 12.8 наведені криві розподілу перегріву по довжині об­мотки якоря тягового двигуна НБ-412М. Перегрів обмоток полюсів по їх довжині зростає за лінійним законом. Тому в разі 0 20 40 60 80.см _необ_хід_НОСТі одержати значення темпера-

Рис. 12.8 тур в окремих точках обмотки слід вико­

ристовувати вмонтовані температурні індикатори (термопари, термолатчики тошо).

12.7. Особливості випробувань асинхронних тягових двигунів і допоміжних машин

Системи випробувань безколекторних тягових електричних машин значно більш громіздкі і складні, ніж системи взаємного навантаження для колекторних двигунів (див. рис. 12.1).

При використанні системи безпосереднього навантаження, враховуючи потужність сучасних АТД, дуже неекономно витрачається електроенергія Потужність, яка споживається із мережі, може на 20...30 % перевищувати потужність випробуваної машини, тому застосування такої системи допус­
тимо лише тоді, коли устаткування випробувальної станції не дозволяє реалізувати інші схеми випробувань або коли витрати на створення іншої схеми вище енерговитрат на випробування.

Зараз розроблені й використовуються декілька схем випробувань, які до­зволяють повертати електроенергію в мережу або використовувати систему взаємного навантаження. Остання дозволяє одночасно зменшити встанов­лену потужність випробувального устаткування і регулювати частоту і амплітуду живильної напруги. Схеми, які використовують на практиці, як правило, передбачають живлення від синусоїдального (електромеханічно­го) джерела напруги, інколи з обмеженим діапазоном частот. У цьому кри­ються їх певні недоліки, оскільки частотнорегульовані АТД призначені для живлення від статичного перетворювача частоти (інвертора напруги) з не- синусоїдальною формою напруги. На рис. 12.9 наведена схема взаємного навантаження для випробувань безколекторних тягових двигунів, у якій ви­користовується статичний перетворювач частоти і напруги (СПЧН).Особ- ливістю її схеми є те, що асинхронний двигун 5 тримашинного агрегату не тільки покриває втрати потужності, але й підвищує стійкість схеми. Пус­кається цей двигун у режимі холостого ходу, потім, регулюючи збудження генератора постійного струму 4, піднімають напругу на виході СПЧН. З ви­ходу СПЧН напруга подається на статор випробуваного АТД 1, і він почи­нає обертатися.

Вихід на режим здійснюється таким чином. Регулюючи збудження на­вантажувального генератора 2 і двигуна З, навантажують випробуваний двигун 1.

Певна модернізація схеми дозволить проводити випробування А1Д в ре­жимі короткого замикання (для цього в якірне коло машин 2 і 3 установлю­ють контактор).

Оскільки напруга і струм при випробуваннях за схемою рис. 12.9 несину- соїдальні, для їх реєстрації необхідно використовувати трансформатори (датчики) струму і напруги з широкою смугою пропускання, наприклад ЬТ1000-!§1/8Р58 з ефективним значенням вимірюваного струму до 1000 А і ЬУ 100/8Р51 з вимірюваною напругою від 100 до 4500 В. Сигнали струму і напруги поступають на осцилограф або через аналогоцифровий перетворю­вач в ЕОМ, де розкладаються в ряд Фур’є і визначається їх спектральний склад, початкові фази, споживана активна потужність як по гармоніках, так і в цілому. Паралельно вимірюється частота обертання АТД.

Робочі характеристики визначаються посереднім методом: за даними дослідів холостого ходу і короткого замикання будується кругова діаграма, а за нею — робочі характеристики. їх можна також визначити аналітичним шляхом із Т-подібної схеми заміщення, параметри якої визначаються із дослідів холостого ходу і короткого замикання при різних частотах.

Випробування допоміжних асинхронних двигунів і розщеплювачів фаз виконують з використанням методів, обумовлених ГОСТ 7217-87 і ГОСТ 11828-86. Повна програма випробувань цих машин визначена ГОСТ 2582-81. Машини випробовують струмом короткого замикання про­тягом 10 с, визначають струми і втрати холостого ходу і короткого зами­кання, обертаючі моменти. При цьому вимірюють лінійні напруги, фазні струми, ковзання та інші величини.

Асинхронні розщеплювачі фаз випробовують з тим навантаженням на валу, яке є в експлуатації, якщо воно більше 7 % його номінальної потуж­ності. У процесі випробувань перевіряють також час його пуску при най­меншій напрузі і при будь-якому положенні ротора.

Якщо на електровозі передбачене частотне регулювання допоміжних асинхронних двигунів (наприклад, на електровозі ДСЗ), то їх випробування слід проводити при живленні від статичного перетворювача. Через малу по­тужність допоміжні машини цілком можуть випробовуватись за системою безпосереднього навантаження

Призначення і порядок здійснення періодичних, типових і ресурсних випробувань допоміжних асинхронних двигунів і розщеплювачів фаз відповідають призначенню і порядку проведення аналогічних випробувань колекторних машин постійного і пульсуючого струму.

Дата добавления: 2015-10-21