CC BY
78
7. Paranin A. V., Galkin A. G., Efimov A. V. Patent RU 23866552 C1, 20.04.2010.
8. Atmosfera standartnaja. Parametry. GOST 4401-81. (Standard atmosphere. parameters, State Standart 4401-81). Moscow: Standarty, 1982, 180 p.
9. Mikheev V. P., Sidorov O. A. Sovershenstvovanie sistem kontaktnogo tokos"ema s gestkim tokoprovodom (Improvement of current collection contact with a rigid current lead). Omsk: OSTU, 2003, 182 p.
10. Sidniaev N. I. Teorija planirovanija eksperimenta i analiz statisticheskikh dannykh (Theory of planning of experiment and analysis of statistical data). Moscow: Iurajt, 2011, 399 p.
УДК 621.333:621.314.26:621.313.33:621.317
В. В. Харламов, В. О. Мельк, Д. И. Попов, А. В. Литвинов
АЛГОРИТМ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ АСИНХРОННЫХ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА ВЗАИМНОЙ НАГРУЗКИ
В статье рассмотрена программа проведения испытаний асинхронных тяговых двигателей подвижного состава железных дорог. На основании рекомендаций государственных стандартов по испытаниям асинхронных двигателей составлен алгоритм проведения испытаний, учитывающий предложенные схемные решения и функциональные возможности основных средств испытаний.
Выполнение испытаний, направленных на получение данных, по которым можно судить о соответствии электрической машины стандартам и техническим условиям, является заключительным этапом перед выпуском машины в эксплуатацию. Важно обеспечить не только соответствие проведения испытаний существующим государственным стандартам, но и подобрать такой метод, схему и алгоритм испытаний, при которых потери электрической энергии при испытании будут минимальными.
Таким методом является проведение испытаний при взаимной нагрузке двигателей. Метод взаимной нагрузки долгие годы успешно применяется при испытании тяговых двигателей постоянного тока [1]. Реализация данного метода при испытании асинхронных тяговых двигателей требует применения устройств для регулирования режимов испытаний и согласования работы этих двигателей с частотой сети.
Актуальность применения данного метода при проведении испытаний асинхронных тяговых двигателей подвижного состава железных дорог не вызывает сомнений. В скором времени потребность в таких испытательных станциях возрастет в связи с широким внедрением подвижного состава с асинхронным тяговым приводом. Так, в настоящее время на сети железных дорог РФ эксплуатируется либо вводится следующий подвижной состав: электровозы (ЭП10, НПМ2, ЭП20, 2ЭС5, 2ЭС10, 2ЭС20), электропоезда (ЭН3, ЭТ4А), поезда метрополитенов, тепловозы (2ТЭ25А, ТЭМ9Н, ТЭМ35) [2].
Особенностью асинхронных тяговых двигателей, работающих на современном подвижном составе, является их работа совместно с преобразователями частоты, с помощью которых регулируются режимы работы этих двигателей. Как отмечено в ГОСТ 25941-83 [3], асинхронные двигатели, работающие совместно с преобразователями частоты, должны быть испытаны с этими же типами преобразователей. Таким образом, испытательные станции должны быть разработаны с учетом приведенного условия.
Сотрудниками ОмГУПСа была предложена схема испытаний асинхронных тяговых двигателей, обеспечивающая проведение испытаний по методу взаимной нагрузки (рисунок 1) [4, 5].
Регулирование режимов нагрузки задается с помощью установки различных частот питающего напряжения, формируемых преобразователями частоты ПЧ1 и ПЧ2. Передача элек-
трической энергии при работе одной из асинхронных машин - АМ1 или АМ2 - в режиме генератора осуществляется через преобразователь частоты, работающий совместно с генератором, далее - по общей шине постоянного тока (ШПТ) ко второму преобразователю частоты на испытуемый двигатель [4].
~ U
А В С
Рисунок 1 - Схема испытаний асинхронных тяговых двигателей с применением метода взаимной нагрузки
В соответствии с перечнем приемосдаточных испытаний для асинхронных тяговых двигателей [6], требований ГОСТ 11828-86 [7], ГОСТ 7217-87 [8], а также с предложенными схемными решениями [4, 9, 10] составлена последовательность проведения испытаний асинхронных тяговых двигателей:
1) измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса;
2) измерение сопротивления обмоток постоянному току;
3) прокрутка двигателей;
4) испытание электрической прочности междувитковой изоляции;
5) определение тока и потерь холостого хода;
6) измерение сопротивления изоляции обмотки статора;
7) измерение тока и потерь короткого замыкания;
8) измерение сопротивления изоляции обмотки статора;
9) испытание на нагревание;
10) измерение сопротивления изоляции обмотки статора;
11) испытание при повышенной частоте вращения;
12) измерение сопротивления изоляции обмотки статора;
13) испытание электрической прочности изоляции обмоток относительно корпуса;
14) измерение сопротивления изоляции обмотки статора;
15) вибродиагностика (выполняется на специальных стендах).
Измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 11828-86 [7], специальные условия при проведении испытания методом взаимной нагрузки не требуются.
Так как асинхронные тяговые двигатели имеют сопротивление обмоток менее 1 Ом, ГОСТ 11828-86 [7] рекомендует при измерении сопротивления обмоток постоянному току использовать метод вольтметра и амперметра. Проведение такого испытания требует комплектации испытательной станции дополнительным источником постоянного тока, которым может быть аккумуляторная батарея, генератор постоянного тока, статический выпрямитель. Благодаря использованию в схемах преобразователей частоты и их конструктивному исполнению (наличие промежуточного звена постоянного тока) нет необходимости в использовании дополнительных устройств.
Для измерения сопротивления обмоток статора постоянному току необходимо следующее оборудование: амперметр и вольтметр постоянного тока; тормозной реостат; термометр* и пирометр* (* - при проведении испытания в практически холодном состоянии).
Схема для измерения сопротивления обмоток постоянному току показана на рисунке 2 (при измерении сопротивления между фазами А и В). В качестве нагрузочного сопротивления возможно использование тормозного реостата, поставляемого в комплекте с частотными преобразователями.
~ и
КМ3
Рисунок 2 - Схема для проведения измерения сопротивления постоянному току обмоток статора асинхронных тяговых двигателей в составе стенда взаимной нагрузки
Далее при измерении сопротивления обмоток осуществляются действия согласно указаниям ГОСТ 11828-86 [7].
Прокрутка асинхронных двигателей, в том числе тяговых, выполняется для достижения рабочей температуры основных частей испытуемого двигателя, в частности, подшипниковых узлов, которую необходимо измерить с помощью пирометра. Испытание проводится на холостом ходу, продолжительность зависит от мощности машины и вида испытания. Например, для асинхронных тяговых двигателей мощностью от 100 до 1000 кВт при приемосдаточных испытаниях продолжительность прокрутки - 60 минут [8].
Данное испытание проводится с использованием преобразователей частоты, каждый из которых выполняет питание своего асинхронного тягового двигателя. Схема для проведения прокрутки асинхронных тяговых двигателей приведена на рисунке 3.
Испытание проводится на холостом ходу при номинальной частоте питающего напряжения, формируемого с помощью преобразователей частоты. Двигатели испытывают повышенным на 30 % напряжением, которое превышает номинальное напряжение. Испытание проводится в течение трех минут.
Повышение напряжения возможно как на входе преобразователя, так и на его выходе (со стороны питания двигателя). Однако экономически целесообразным является первый вариант, так как для этого потребуется один трансформатор, тогда как при использовании второго варианта - два, по одному на каждый испытуемый двигатель при испытании методом взаимной нагрузки.
№ 4(20) 2014
А В С
- и
А В С
Рисунок 3 - Схема для проведения прокрутки асинхронных тяговых двигателей в составе стенда взаимной нагрузки
Установка трансформатора до преобразователей частоты требует согласования с предельным значением входного напряжения этих преобразователей. Выпускаемые промышленностью преобразователи рассчитаны на широкий диапазон входного напряжения и выполняются в следующих вариантах: преобразователи с входным напряжением 380 - 480 В и преобразователи с входным напряжением 500 - 690 В.
После повышения напряжения на входе преобразователя частоты требуется задать величину напряжения на выходе преобразователя частоты, повысив величину номинального напряжения двигателя на 30 %.
Схема для выполнения испытания электрической прочности междувитковой изоляции показана на рисунке 4. Электрическая схема для проведения опыта холостого хода остается такой же, как на рисунке 4.
Испытание для определения тока и потерь короткого замыкания проводится при неподвижном состоянии валов испытуемых двигателей (рисунок 5). При этом устанавливается механическая связь валов и обеспечивается их вращение в разных направлениях, что реализуется с помощью преобразователей частоты. При испытании требуется пониженное напряжение, которое определяется по таблице 2 [8] либо путем деления номинального напряжения двигателя на коэффициент 3,8 [8].
Для подачи пониженного напряжения можно использовать возможности преобразователей частоты, изменив настройки номинальных параметров испытуемой машины. При этом исключается необходимость в применении понижающих трансформаторов, и устройств реверсирования испытуемых двигателей.
Испытание на нагревание является наиболее энергозатратным методом испытаний, так как испытуемый двигатель работает в течение одного часа под номинальной нагрузкой. Испытание проводится при механической связи испытуемых двигателей, обеспечивающей равенство частот вращения их валов. Звенья постоянного тока преобразователей частоты связаны между собой электрически для осуществления передачи вырабатываемой генератором электрической энергии машине, работающей в режиме двигателя.
ТУ
Рисунок 4 - Схема для проведения испытания электрической прочности междувитковой изоляции и опыта холостого хода асинхронных тяговых двигателей в составе стенда взаимной нагрузки
~ и
А В С
Рисунок 5 - Схема для определения тока и потерь короткого замыкания асинхронных тяговых двигателей в составе стенда взаимной нагрузки
Согласно ГОСТ 11828-86 [7] испытание при повышенной частоте вращения может быть проведено путем разгона испытуемого двигателя от другой машины либо в составе много-
машинного агрегата. С помощью преобразователей частоты задаются значения частоты питающего напряжения, при которых достигаются требуемые значения частоты вращения испытуемых машин.
Испытание электрической прочности изоляции проводится с использованием однофазного повышающего трансформатора, первичная обмотка которого должна быть подключена на линейное напряжение сети, вторичная - к испытуемой обмотке асинхронного тягового двигателя. Двигатели могут быть установлены на постаменте взаимной нагрузки. Предварительно нужно произвести демонтаж механического соединения валов испытуемых двигателей. Преобразователи частоты должны быть электрически изолированы от электродвигателей и сети (рисунок 6).
~ и
А В С
Рисунок 6 - Схема для проведения испытания электрической прочности изоляции обмоток асинхронных тяговых двигателей в составе стенда взаимной нагрузки
Блок-схема алгоритма проведения испытаний асинхронных тяговых двигателей методом их взаимной нагрузки приведена на рисунке 7.
К основным результатам выполненной работы следует отнести:
1) алгоритм проведения приемосдаточных испытаний асинхронных тяговых двигателей с учетом рекомендаций ГОСТ 11828-86 [7], ГОСТ 7217-87 [8] и особенностей схем взаимной нагрузки;
2) схему для определения сопротивления обмоток при испытании асинхронных тяговых двигателей в составе стенда взаимной нагрузки без использования дополнительных источников постоянного тока;
3) идею проведения опыта короткого замыкания при испытании асинхронных тяговых двигателей в составе стенда взаимной нагрузки за счет функциональных возможностей преобразователей частоты: без использования дополнительных тормозных устройств и понижающих трансформаторов;
4) идею проведения испытания при повышенной частоте вращения одновременно двух асинхронных тяговых двигателей в составе стенда взаимной нагрузки с помощью функциональных возможностей преобразователей частоты.
■ИИ ИЗВЕСТИЯ Транссиб а 59
/ Установить датчики температуры/ Подключить мегаомметр /
Рисунок 7 - Блок-схема алгоритма проведения испытаний асинхронных тяговых двигателей
методом их взаимной нагрузки
Список литературы
1. Жерве, Г. К. Промышленные испытания электрических машин [Текст] / Г. К. Жерве. -Л.: Энергоатомиздат, 1984 - 408 с.
2. Литвинов, А. В. Состояние и перспективы развития подвижного состава с асинхронным тяговым приводом в России [Текст] / А. В. Литвинов // Актуальные вопросы транспортной отрасли: проблемы и решения: Материалы всерос. науч.-практ. конф. - Воронеж: Руна, 2013. - № 1. - С. 30 - 37.
3. ГОСТ 25941-83. Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия. - М.: Изд-во стандартов, 2003. - 30 с.
4. Пат. на полезную модель РФ, МПК 51 G01R 31/34. Схема испытаний асинхронных двигателей методом их взаимной нагрузки [Текст] / В. Д. Авилов, Д. И. Попов, А. В. Литвинов (Россия). - № 140678; заявл. 24.10.2013; опубл. 20.05.2014, бюл. № 14. - 5 с.
5. Авилов, В. Д. Оценка энергетической эффективности применения метода взаимной нагрузки при испытании асинхронных тяговых двигателей [Текст] / В. Д. Авилов, Д. И. Попов, А. В. Литвинов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. -2013. - № 3 (15). - С. 2 - 7.
6. Асинхронный тяговый привод локомотивов: Учебное пособие / А. А. Андрющенко, Ю. В. Бабков и др. / УМЦ по образованию на ж.-д. транспорте. - М., 2013. - 403 с.
7. ГОСТ 11828-86. Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 2003, 31 с.
8. ГОСТ 7217-87. Машины электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные. Методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 2003, 39 с.
9. Авилов, В. Д. Методика определения потерь в двухзвенных преобразователях частоты в составе стенда для испытания асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки [Текст] / В. Д. Авилов, Д. И. Попов, А. В. Литвинов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2014. № 1 (17). - С. 2 - 8.
10. Модернизированный стенд для испытания асинхронных двигателей методом взаимной нагрузки [Текст] / В. Д. Авилов, Д. И. Попов и др. // Повышение эффективности эксплуатации коллекторных электромеханических преобразователей энергии: Материалы между-нар. науч.-техн. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2013. - С. 137 - 141.
References
1. Gerve G. K. Promishlennie ispitaniia electricheskih mashin (Industrial testing of electrical machines). Leningrad: Energiaatomizdat Publ., 1984, 408 p.
2. Litvinov A. V. Status and prospects of rolling stock with asynchronous traction drive in Russia [Sostoianie i perspektivi razvitiia podvignogo sostava v Rossii]. Materiali Vserossiyskoi nauch-no-prakticheskoi konferencii «Aktualniie voprosi transportnoi otrasli: problemi i resheniia» (Materials of All-Russian scientific-practical conference «Topical issues of the transport sector: problems and solutions»). - Voronezh, 2013, pp. 30 - 37.
3. Mashiny electricheskie vraschauschiesia. Metody opredelenia poter' i koefficienta poleznogo deistviia, GOST 25941-83 (Rotating electrical machines. Methods for the determination of losses and efficiency, State Standart 25941-83). Moscow, Standarty, 2003, pp. 30.
4. Avilov V. D., Popov D. I., Litvinov A. V. PatentRU140678, 20.05.2014.
5. Avilov V. D., Popov D. I., Litvinov A. V. Evaluation of the energy efficiency of the method of mutual test load of asynchronous traction motors [Otcenka enrgeticheskoi effectivnosti prime-nenia metoda vzaimnoi nagruzki pri ispitanii asinhronnih dvigatelei]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2013, no. 3 (15), pp. 2 - 7.
6. Andruschenko A. A., Babkov U. V., Zarifyan A. A. Asinhronnii tiagovii privod lokomotivov (Asynchronous traction drive locomotives). Moscow: FGBOU «Uchebno-metodicheskiy tcentr po obrazovaniu na geleznodorognom transporte» Publ., 2013, 403 p.
7. Mashiny electricheskie vraschauschiesia. Obschie metody ispotanii, GOST 11828-86 (Rotating electrical machines. Common test methods, State Standart 11828-86). Moscow, Standarty, 2003, pp. 31.
8. Mashiny electricheskie vraschauschiesia. Dvigateli asinhronnie. Metody ispitanii, GOST 721787 (Rotating electrical machines. Asynchronous motors. Test methods, State Standart 7217-87). Moscow, Standarty, 2003, pp. 39.
9. Avilov V. D., Popov D. I., Litvinov A. V. Method of determining the losses in two-tier frequency converters as part of test bench for asynchronous motors by mutual load [Metodika opredelenia poter' v dvuhzvennih preobrazovateliah chastoti v sostave stenda dlia ispitania asinhronnih dvigatelei metodom vzaimnoi nagruzki]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2014, no. 1 (17), pp. 2 - 8.
10. Avilov V. D., Popov D. I., Dankovcev V. T., Litvinov A. V. Upgraded test stand by mutual induction motor load [Modernizirovannii stend dlia ispitanii asinhronnih dvigatelei metodom vzaimnoi nagruzki]. Materiali IX Mezhdunarodnoi nauchno-practicheskoi konferentsii «Povishenie tffec-tivnosti ekspluaracii kollektornih electromehanicheskih preobrazovatelei energii» (Materials of the IX Int. conference «Improving the efficiency of operation of the collector electromechanical energy transformations - verters»). - Omsk, 2013, pp. 137 - 141.
УДК 62.752.2, 621.8.02, 531.831
А. П. Хоменко, С. В. Елисеев, Е. В. Каимов
ВИРТУАЛЬНЫЙ РЫЧАЖНЫЙ МЕХАНИЗМ: ДИНАМИЧЕСКОЕ ГАШЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ КАК ФОРМА ПРОЯВЛЕНИЯ РЫЧАЖНЫХ СВЯЗЕЙ
Рассматриваются особенности взаимодействия элементов динамического гасителя колебаний в виде твердого тела с двумя степенями свободы. Показано, что динамический гаситель интерпретируется в структуре механической колебательной системы с объектом защиты как дополнительная отрицательная связь, которая может быть представлена обобщенной пружиной.
■НИ ИЗВЕСТИЯ Транссиб а 61
