Стенд для обкатки и испытания передач с рекуперацией электрической энергии

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СТЕНД ДЛЯ ОБКАТКИ И ИСПЫТАНИЯ ПЕРЕДАЧ С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Прищепов Михаил Александрович Гурин Владимир Владимирович Смоленчук Виталий Владимирович Прищепова Елена Михайловна Базулина Татьяна Геннадьевна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) 1. Стенд для обкатки и испытания передач с рекуперацией электрической энергии, содержащий станину с установленной на ней испытуемой передачей и аналогичной дополнительной передачей, при этом выходные валы испытуемой и дополнительной передач соединены вместе, приводной асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором кинематически соединен со входным валом испытуемой передачи, а его статорная обмотка через дроссель и первый преобразователь частоты подключена к питающей сети,тормозной асинхронный электродвигатель кинематически соединен со входным валом дополнительной передачи, отличающийся тем, что тормозной асинхронный электродвигатель имеет фазный ротор и число полюсов его обмоток статора и ротора равно числу полюсов приводного электродвигателя, обмотка статора тормозного электродвигателя подключена к обмотке статора приводного электродвигателя через контактор, а роторная обмотка - к выходу второго преобразователя частоты, вход которого включен в питающую сеть через силовой блок и автоматический выключатель, а система управления второго преобразователя частоты соединена с датчиками тока и датчиками напряжения, Фиг. 1 95572013.10.30 установленными в цепи фаз обмотки статора тормозного электродвигателя, и с датчиком частоты вращения переменного тока, кинематически соединенным с валом тормозного электродвигателя и имеющим число полюсов, равное числу полюсов тормозного двигателя, причем на выходе второго преобразователя частота тока составляет от 0,1 до 10 Гц. 2. Стенд для обкатки и испытания передач с рекуперацией электрической энергии по п. 1, отличающийся тем, что тормозной асинхронный электродвигатель с фазным ротором выполнен в виде двух сидящих на одном валу одинаковых электродвигателей с фазным ротором, роторные обмотки которых электрически соединены между собой без контактных колец и токопроводящих щеток таким образом, чтобы их электромагнитные поля вращались в противоположные стороны, причем статор второго электродвигателя соединен с выходом второго преобразователя частоты, имеющего на выходе частоту тока от 50 до 40 Гц. Полезная модель относится к машиностроению, а именно к испытательной технике, и может быть использована для обкатки и испытания передач при электрическом нагружении с рекуперацией энергии торможения. Известен стенд для испытания передач с использованием рекуперации электрической энергии, содержащий предназначенные для кинематического соединения с валами испытуемых передач нагрузочный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором и приводной электродвигатель постоянного тока, подключенный к сети переменного тока через регулятор напряжения и соединенный с его выходом выпрямитель, выход которого связан с якорем электродвигателя постоянного тока 1. Недостаток известного стенда заключается в наличии дорогого и ненадежного электродвигателя постоянного тока, а также нестандартных блоков согласования и регулирования напряжения, на которых существуют потери мощности при работе стенда. Известен также стенд для обкатки и испытания механических передач с рекуперацией электрической энергии, содержащий станину с установленной на ней передачей, кинематически соединенные с ведомым валом передачи тормозной асинхронный электродвигатель, а с ведущим валом - приводной асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, статорная обмотка которого через преобразователь частоты подключена к питающей сети 2. Основными недостатками известного стенда являются небольшой диапазон частот вращения, для которых можно осуществлять обкатку и испытание передач под нагрузкой,и необходимость использования мощного преобразователя частоты для питания приводного электродвигателя, что усложняет устройство и увеличивает потери электроэнергии при испытаниях и обкатке передач под нагрузкой. Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является стенд для обкатки и испытания передач с рекуперацией электрической энергии, содержащий станину с установленной на ней испытуемой передачей и аналогичной дополнительной передачей, при этом выходные валы испытуемой и дополнительной передач соединены вместе, приводной асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором кинематически соединен со входным валом испытуемой передачи, его статорная обмотка через дроссель и преобразователь частоты подключения к питающей сети,тормозной асинхронный электродвигатель кинематически соединен со входным валом 2 95572013.10.30 дополнительной передачи, а его статорная обмотка подключена к обмотке приводного электродвигателя через токопроводящие щетки и контактные кольца, а корпус статора выполнен вращающимся на подшипниках от дополнительного электродвигателя 3. Основными недостатками данного стенда является использование специального нестандартного тормозного электродвигателя с вращающимся ротором и статором, что уменьшает надежность стенда и диапазон нагрузок, а также увеличивает потери при обкатке передач. Задача полезной модели - упрощение механической части стенда, повышение надежности и снижение потребления электроэнергии при обкатке передач. Указанная задача достигается тем, что в стенде для обкатки и испытания передач с рекуперацией электрической энергии, содержащем станину с установленной на ней испытуемой передачей и аналогичной дополнительной передачей, при этом выходные валы испытуемой и дополнительной передач соединены вместе, приводной асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором кинематически соединен со входным валом испытуемой передачи, а его статорная обмотка через дроссель и первый преобразователь частоты подключена к питающей сети, тормозной асинхронный электродвигатель кинематически связан со входным валом дополнительной передачи и имеет фазный ротор, число полюсов его обмоток статора и ротора равно числу полюсов приводного электродвигателя, а обмотка статора тормозного электродвигателя подключена к обмотке статора приводного электродвигателя через контактор, а роторная обмотка - к выходу второго преобразователя частоты, вход которого включен в питающую сеть через силовой блок и автоматический включатель, а система управления второго преобразователя частоты соединена с датчиками тока и напряжения, установленными в цепи фаз обмотки статора тормозного электродвигателя, и с датчиком частоты вращения переменного тока, кинематически соединенным с валом тормозного электродвигателя и имеющим число полюсов равное числу полюсов тормозного электродвигателя, причем система управления обеспечивает на выходе второго преобразователя частоту тока от 0,1 до 10 Гц (при частоте питающей сети 50 Гц) и изменение фазы вводимого в ротор напряжения при неизменной частоте тока, причем тормозной асинхронный электродвигатель в бесконтактном варианте выполнен в виде двух сидящих на одном валу одинаковых электродвигателей с фазным ротором, обмотки которых электрически соединены между собой без контактных колец и щеток таким образом, чтобы их электромагнитные поля вращались в противоположные стороны, причем статор второго электродвигателя соединен с выходом преобразователя частоты,имеющего на выходе частоту тока от 50 до 40 Гц (при частоте питающей сети 50 Гц). На фиг. 1 изображена схема стенда для обкатки и испытания передач с рекуперацией электрической энергии на фиг. 2 - направление потоков мощности в стенде при согласном вращении электромагнитных полей статора и ротора тормозного асинхронного электродвигателя на фиг. 3 - направление потоков мощности при встречном вращении электромагнитных полей статора и ротора тормозного асинхронного электродвигателя на фиг. 4 - подключение тормозного электродвигателя, выполненного в виде двух сидящих на одном валу одинаковых электродвигателей с фазными роторами, роторные обмотки которых электрически соединены между собой без контактных колец и щеток. Стенд, содержащий станину (на фиг. 1 не показана) с установленной на ней испытуемой передачей 1 и дополнительной аналогичной передачей 2, выходные валы которых соединены вместе, приводной асинхронный электродвигатель 3 с короткозамкнутым ротором кинематически соединен со входным валом испытуемой передачи 1, а его статорная обмотка через трехфазный дроссель 4 и первый преобразователь частоты 5 подключена к трехфазной питающей сети 6 (линии проводов 1, 2, 3), тормозной асинхронный электродвигатель 7 кинематически связан со входным валом дополнительной передачи 2 и имеет фазный ротор, число полюсов его обмоток статора и ротора равно 3 95572013.10.30 числу полюсов приводного электродвигателя, а обмотка статора тормозного электродвигателя подключена к обмотке статора приводного электродвигателя 3 через контактор 8, а роторная обмотка - к выходу второго преобразователя частоты 9, вход которого включен в трехфазную питающую сеть 6 через силовой блок 10 и автоматический выключатель 11, а система управления 12 второго преобразователя частоты 9 соединена с датчиками тока 13,14, 15 и напряжения 16, 17, 18, установленными в цепи фаз обмотки статора тормозного электродвигателя, и с датчиком частоты вращения 19 переменного тока, кинематически соединеным с валом тормозного электродвигателя 7 и имеющим число полюсов, равное числу полюсов тормозного электродвигателя 7, причем система управления 12 обеспечивает на выходе второго преобразователя 9 частоту тока от 0,1 до 10 Гц (при частоте питающей сети 50 Гц) и изменение фазы вводимого в ротор напряжения при неизменной частоте тока. Тормозной асинхронный электродвигатель 7 в бесконтактном варианте выполнен в виде двух сидящих на одном валу одинаковых электродвигателей 20 и 21 с фазными роторами, роторные обмотки которых электрически соединены между собой без контактных колец и щеток таким образом, чтобы их электромагнитные поля вращались в противоположные стороны, причем статор второго электродвигателя 21 соединен с выходом преобразователя частоты 9, обеспечивающего на выходе частоту тока от 50 до 40 Гц (при частоте питающей сети 50 Гц). Работает стенд следующим образом. При холостой обкатке передач контактор 8 и автоматический выключатель 11 отключены. Напряжение от трехфазной питающей сети 6 через первый преобразователь частоты 5 и трехфазный дроссель 4 подается на статор приводного электродвигателя 3. Электродвигатель 3 вращается со скоростью, пропорциональной частоте тока первого преобразователя 5. Так как суммарное передаточное отношение двух одинаковых передач 1 и 2 при встречном соединении их валов равно единице, то всегда частота вращения ротора и приводного электродвигателя 3 равна частоте вращения ротора тормозного электродвигателя 7 и меньше синхронной частоты вращения их электромагнитных полей. Статор тормозного электродвигателя 7 при этом пока не включен и, соответственно, нет потребления электроэнергии в обмотке статора тормозного электродвигателя 7. Изменяя частоту тока первого преобразователя 5, обкатывают передачи 1 и 2 на разной частоте вращения. При обкатке передач 1 и 2 под нагрузкой включают дополнительно контактор 8 и второй преобразователь частоты 9 с помощью автоматического выключателя 11. Система управления 12 анализирует сигнал от датчиков тока 13-15, датчиков напряжения 16-18 и датчика частоты вращения переменного тока 19, причем сигнал от датчика скорости 19 имеет частоту 1(1-), где 1 - частота тока, питающего статор электродвигателя 7, аскольжение ротора электродвигателя 7. Система управления 12 вырабатывает сигналы управления, позволяющие второму преобразователю частоты 9 иметь на выходе частоту тока 2, пропорциональную скольжению ротора тормозного электродвигателя 7, т.е. 21. При согласном вращении электромагнитных полей статора и ротора тормозного электродвигателя 7, изменяя частоту 2 вводимого в ротор электродвигателя 7 напряжения в сторону увеличения, заставляют работать электродвигатель 7 генератором. Вырабатываемая им мощность поступает к статору приводного электродвигателя 3, разгружая при этом первый преобразователь частоты 5. Его можно выбрать меньшей мощности, покрывающей только потери холостого хода электродвигателя 3 и потери мощности в обеих передачах. Диаграмма потоков мощности для этого случая приведена на фиг. 2. Мощность 1, поступающая в статорную обмотку электродвигателя 7 и далее в обмотку приводного электродвигателя 3, складывается из мощности 2, поступающей с вала электродвигателя 7 и, соответственно, передаваемая через механические передачи 1 и 2, и мощности скольжения , поступающей через второй преобразователь 9 и ротор электродвигателя 7, т.е. 95572013.10.30 1(7)-(2(3)(7. Это позволяет увеличить долю рекуперативной мощности 1 и иметь второй преобразователь частоты 9 односторонней проводимости. При встречном вращении полей статора и ротора тормозного электродвигателя 7 угловая скорость электромагнитного поля 0 увеличится и составит 02(12 ) /, гдечисло пар полюсов электродвигателя 7. Он работает двигателем, а ранее приводной электродвигатель 3 станет генератором, потому что скорость его ротора превысит скорость электромагнитного поля электродвигателя 3. Через передачи 1 и 2 передается мощность Р 2(7)1(7)(7) (фиг. 3). Преобразователь частоты и в этом случае может иметь одностороннюю проводимость. Тормозной электродвигатель 7 с фазным ротором может быть выполнен в бесконтактном варианте в виде сидящих на одном валу одинаковых электродвигателей с фазным ротором, роторные обмотки которых электрически соединены между собой без контактных колец и токопроводящих щеток таким образом, чтобы их электромагнитные поля вращались в противоположные стороны, причем статор второго электродвигателя соединен с выходом преобразователя частоты, обеспечивающим на выходе частоту тока от 50 до 40 Гц (при частоте питающей сети 50 Гц). Таким образом, использование в стенде в качестве тормозного электродвигателя стандартного асинхронного электродвигателя с фазным ротором, роторная обмотка которого питается от преобразователя частоты, током частотой от 0,1 до 10 Гц позволило отказаться от асинхронного электродвигателя с вращающимся статором, что упрощает механическую часть стенда и обеспечивает высокие энергетические показатели. Использование контактора в цепи стенда тормозного электродвигателя позволило исключить питание его обмотки статора при холостой обкатке передач, что уменьшает потребление энергии при холостой обкатке. Использование тормозного электродвигателя с фазным ротором в бесконтактном варианте повысило надежность стенда и дало возможность использовать наиболее распространенные преобразователи частоты на частоту тока от 50 до 40 Гц. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6