Определение электрических параметров схемы испытаний асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки



Для определения электрических параметров схемы испытаний асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки (рисунок 1) проведены экспериментальные исследования на физической модели [1], реализованной на базе общепромышленных асинхронных двигателей АДМ71В4У2.

На рисунке 1 обозначены следующие элементы: АМ1, АМ2 — испытуемые асинхронные двигатели; 1, 2 — преобразователи частоты; 1.1, 1.2 — неуправляемые выпрямители первого и второго частотных преобразователей; 1.2, 2.2 — звенья постоянного тока первого и второго частотных преобразователей; 1.3, 2.3 — управляемые инверторы первого и второго частотных преобразователей; 5, 6 — контакторы; 7, 8, 9 — ваттметры; 10 — амперметр постоянного тока; 11 — вольтметр постоянного тока; 4 — общая шина постоянного тока; 3 — механическая связь валов двигателей АМ1 и АМ2, вращающихся с одинаковой угловой частотой [2].

Рис. 1. Схема для испытания асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки с использованием двух преобразователей частоты и комплектом электроизмерительных приборов

Таблица 1

Результаты экспериментов при питании стенда от неуправляемого выпрямителя одного из преобразователей частоты

fк, кГц	f1, Гц	f2, Гц	Параметры, потребляемые из сети				Pшпт, Вт	Параметры, измеряемые анализатором качества AR-5
			Pс, Вт	Sс, ВА	Iс, А	cosφс		Uд, В	Iд, А	Pд, Вт	cosφд
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
4	50	50	400	748	0,345	0,53	197,69	238	1,76	136	0,11
	47	50	495	896	1,28	0,55	599,55	232	1,77	526	0,43
	44	50	730	1260	1,83	0,58	986,58	228	2,05	915	0,65
	41	50	1080	1800	2,6	0,6	1333,4	229	2,4	1266	0,77
	53	50	490	870	1,26	0,56	111,33	236	2,1	179	0,12
	56	50	656	1128	1,63	0,58	326,03	241	2,47	404	0,23
	59	50	895	1475	2,13	0,6	433,76	230	2,75	530	0,28
	62	50	1124	1837	2,67	0,61	473,76	231	2,9	568	0,28
8	50	50	407	744	1,1	0,55	199,75	237	1,79	168	0,13
	47	50	490	900	1,3	0,54	594,88	228	1,77	562	0,46
	44	50	715	1267	1,85	0,56	1007,1	230	2,1	965	0,67
	41	50	1065	1827	2,66	0,58	1406,2	235	2,5	1350	0,77
	53	50	510	918	1,33	0,56	110,02	232	2,1	155	0,11
	56	50	680	1196	1,74	0,57	339,75	223	2,48	390	0,24
	59	50	922	1587	2,31	0,58	454,86	233	2,8	497	0,25
	62	50	1170	1975	2,84	0,59	516,88	227	2,97	554	0,27
16	50	50	459	844	1,24	0,54	224,25	230	1,79	193	0,16
	47	50	530	982	1,42	0,54	562,52	222	1,74	524	0,45
	44	50	726	1306	1,89	0,56	922,53	223	1,95	884	0,68
	41	50	1027	1781	2,58	0,58	1282,5	224	2,34	1224	0,78
	53	50	530	982	1,43	0,54	63,14	226	2,06	103	0,07
	56	50	675	1214	1,76	0,56	273,89	228	2,42	320	0,19
	59	50	890	1542	2,2	0,58	406,12	224	2,7	452	0,25
	62	50	1120	1897	2,74	0,59	466,58	229	2,9	507	0,25

Экспериментальные исследования, результаты которых приведены в таблице 1, выполнены в следующем порядке: замыкание одного из контакторов 5 или 6, обеспечили питание схемы испытаний от неуправляемого выпрямителя одного из преобразователей частоты, далее выполнены необходимые измерения.

Экспериментальные исследования, результаты которых приведены в таблице 2, выполнены в следующем порядке: замыкание обоих контакторов 5 и 6, обеспечили питание схемы испытаний от неуправляемого выпрямителей обоих преобразователей частоты, далее выполнены необходимые измерения.

По результатам проведенных экспериментов можно сделать следующие выводы:

– потребляемая из сети мощность изменяется от холостого хода до полуторного значения номинальной мощности испытуемого асинхронного двигателя;

– коэффициент мощности при испытании асинхронной машины в режиме двигателя изменяется от 0,11 до 0,75; при испытании асинхронной машины в режиме генератора — от 0,08 до 0,28;

– наименьшие потери в инверторе обеспечиваются при частоте коммутации 8 кГц;

– передаваемая мощность по общей шине постоянного тока может достигать значений сопоставимых с мощностью преобразователя частоты. Данное положение требует учесть при подборе преобразователя частоты по мощности под конкретный тип двигателей, т. к. согласно Руководства по подключению общей шины постоянного тока, передаваемая мощность не должна превышать номинальной мощности преобразователя частоты;

– полученные результаты использованы при составлении методики определения потерь в основных элементах схемы [3].

Таблица 2

Результаты экспериментов при питании стенда через выпрямители обоих частотных преобразователей

f1, Гц	f2, Гц	Преобразователь частоты №1				Преобразователь частоты №2				Pшпт, Вт	Параметры, измеряемые AR-5
		Pс1 Вт	Sс1, ВА	Iс1, А	cosφс1	Pс2 Вт	Sс2, ВА	Iс2, А	cosφс2		Uд, В	Iд, А	Pд, Вт	cosφд
49	50	170	320	0,48	0,53	240	427	0,62	0,56	107	231	1,7	301	0,26
47	50	168	317	0,45	0,53	316	555	0,79	0,57	301	239	1,8	563	0,44
45	50	330	580	0,83	0,57	442	755	1,1	0,59	480	233	1,9	820	0,62
43	50	253	458	0,65	0,55	580	970	1,4	0,60	575	240	2,2	1065	0,67
41	50	330	590	0,74	0,56	730	1200	1,08	0,61	656	235	2,4	1270	0,75
51	50	260	463	0,67	0,56	170	330	0,97	0,52	278	238	2	115	0,08
55	50	432	750	0,99	0,58	180	356	0,98	0,51	450	232	2,3	263	0,16
57	50	540	910	1,23	0,59	200	375	0,81	0,53	577	232	2,6	364	0,20
59	50	650	1080	1,35	0,60	237	435	0,71	0,54	691	240	2,7	430	0,22

На рисунке 2 показан график зависимости отношения потребляемой мощности двигателя к его номинальной мощности от мощности, потребляемой из сети. Как видно из рисунка 2, при одной и той же потребляемой мощности из сети, служащей для компенсации потерь в схеме, мощность, подведенная к двигателю в случае изменения питающего напряжения вниз от 50 Гц, оказалась больше мощности двигателя, чем в случае регулирования питающего напряжения выше 50 Гц.

По рисунку 2 можно также сделать вывод о том, что метод регулирования нагрузки вверх от номинальной частоты питающего напряжения, в диапазоне f = 50, 51 … 60 Гц является более энергоемким при снятии рабочих характеристик.

Рис. 2. Зависимость отношения мощности, потребляемой двигателем к его номинальной мощности от мощности, потребляемой из сети

Литература:

1. Авилов В. Д., Данковцев В. Т., Попов Д. И., Литвинов А. В. Физическая модель испытательной станции асинхронных тяговых двигателей с использованием метода взаимной нагрузки // Инновационные проекты и новые технологии для транспортного комплекса: Материалы четвертой научно-практической конференции, посвященной Дню российской науки и 110-летию ОмГУПСа (8 февраля 2012 г.). Омск: Омский гос. ун-т путей сообщения, 2012. С. 69–73.
2. Литвинов А. В. Совершенствование технологии испытаний асинхронных тяговых двигателей локомотивов: дис. канд. технических наук. Омский гос. университет путей сообщения, Омск, 2014.
3. Харламов В. В., Попов Д. И., Литвинов А. В. Методика определения потребляемой мощности во время испытаний асинхронных тяговых двигателей методом взаимной нагрузки с учетом особенностей их питания // «Известия Транссиба». Научно-технический журнал. ОмГУПС. 2015. № 3. С. 53–62.