CC BY
24
УДК 621.313.004.67:622
ИССЛЕДОВАНИЕ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
© А.В. Сорокин1, А.С. Леоненко2
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Исследуемый испытательный стенд обеспечивает высокое качество ремонта тяговых двигателей постоянного тока и уменьшает вероятность их отказа при эксплуатации. Стенд реализован по классической схеме с использованием метода взаимной нагрузки. Исследовались наиболее вероятные аварийные режимы процесса испытаний.
Ил. 7. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: испытательный стенд; испытания тяговых двигателей постоянного тока; системы управления.
STUDYING DC TRACTION MOTOR TEST BED EMERGENCY MODES A.V. Sorokin, A.S. Leonenko
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The test bed provides high quality repairs of DC traction motors and reduces their failure probability under operation. The test bed is implemented by a classical scheme with the use of the method of mutual load. The most likely emergency modes of the testing process have been studied. 7 figures. 3 sources.
Key words: test bed; DC traction motor tests; control systems.
Исследуемый испытательный стенд развертывается на ООО «Рудоремонтный завод» ООО «Компания «Востсибуголь»», расположенном в г. Черемхово. Он является частью испытательного комплекса электрических машин постоянного тока [1]. С введением в эксплуатацию модуля испытаний тяговых двигателей появится возможность проводить послеремонтные испытания машин не только независимого, но и последовательного возбуждения.
Стенд реализован по классической схеме с использованием метода взаимной нагрузки (возвратной работы). При этом методе две однотипные машины соединяются электрически и механически (с помощью полумуфт). Функциональная схема стенда приведена на рис. 1. В приводе одна машина работает в режиме генератора (НМ - нагрузочная машина), а другая - в режиме двигателя (ИМТ - испытуемая машина). Машина, работающая генератором (НМ), питает машину, работающую двигателем (ИМТ), которая в свою очередь вращает генератор (НМ). Потери обеих машин покрываются генератором G1 и генератором G2. Генератор G2 покрывает электрические потери, а генератор G1 - магнитные и механические.
Пуск испытуемого двигателя производится плавным увеличением напряжения на якоре ИМТ, что осуществляется с помощью генератора 01. При этом одновременно возбуждается нагрузочная машина
(НМ). После разгона на заданную скорость производятся испытания в соответствии с ГОСТ 2582-81 «Машины электрические вращающиеся тяговые» изменением напряжения генератора G2.
Как показали исследования [2], разомкнутая система электропривода испытательного стенда устойчива. На динамике системы влияние вихревых токов, спровоцированных обмоткой последовательного возбуждения, практически не сказывается. Это объясняется довольно значительной инерцией, заложенной в обмотках возбуждения генераторов G1 и G2. В системе данная особенность играет роль задатчиков интенсивности. Основной недостаток разомкнутой системы - значительное падение скорости при набросе нагрузки, а также значительное увеличение скорости при сбросе нагрузки. Поэтому было предложено реализовать замкнутую систему управления электропривода испытательного стенда тяговых двигателей по скорости и току испытуемой машины. Разработанная система управления [2] представлена на рис. 1.
Целью данной работы было выявление опасных факторов, возникновение которых возможно при аварийных режимах работы испытательного стенда. К таким режимам было отнесено:
- внезапное исчезновение напряжения возбуждения генератора G2 (точка 1 на рис. 1);
- исчезновение напряжения возбуждения гене-
1Сорокин Александр Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: 89027619817, e-mail: [email protected].
Sorokin Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mining Machinery and Electromech an-ical Systems, tel.: 89027619817, e-mail: [email protected].
2Леоненко Алексей Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: 83952613588, e-mail: [email protected].
Leonenko Aleksei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mining Machinery and Electromechanical Systems, tel.: 83952613588, e-mail: [email protected]
ратора G1 (точка 2);
- одновременное исчезновение напряжения возбуждения генераторов G1 и 02 (точки 1 и 2);
- обрыв канала обратной связи по току якоря испытуемой машины (точка 3);
- обрыв канала обратной связи по скорости испытуемой машины (точка 4).
Данные исследования проведены для наиболее опасных режимов испытаний. Моделировались максимально возможные нагрузки и предельные скорости вращения испытуемой машины. Для моделирования использовалось специализированное ПО DifSis [3].
Исчезновение напряжения возбуждения генератора G2. Данный аварийный режим возможен при выходе из строя тиристорного преобразователя 112 генератора 02. Данный генератор используется в качестве вольтдобавочной машины, служащей регулятором нагрузки ИМТ. На рис. 2 представлен процесс резкого сброса нагрузки с испытуемой машины (тепловозный тяговый электродвигатель типа ЭД-108А) на номинальной скорости. В разомкнутой системе [2] скорость возрастала до недопустимых пределов. В данном случае процесс приобрел незначительную колебательность, но качество системы управления оказалось удовлетворительным. Превышение скорости над номинальным значением составило 25%, что намного ниже предельно допустимой величины для данного
типа двигателей. Нагрузочный ток испытуемой машины равен току холостого хода стенда и не представляет опасности. Оператору рекомендуется произвести штатную остановку стенда с последующей ликвидацией неисправности.
Исчезновение напряжения возбуждения генератора G1. Этот аварийный режим возможен при выходе из строя тиристорного преобразователя Ш, служащего возбудителем генератора G1. На рис. 3 представлен процесс замедления от номинальной скорости до полной остановки. Это происходит в результате того, что магнитные, механические и дополнительные потери перестают компенсироваться в электроприводе испытательного стенда и он начинает тормозиться. Реверсирование направления вращения не происходит в результате довольно значительного момента сопротивления холостого хода. Поддерживаемый вольтдобавочной машиной ток нагрузки является чрезвычайно опасным явлением. В результате полной остановки испытуемого двигателя и нагрузочной машины затруднена вентиляция, что может привести к выходу электрических машин из строя. Необходимо предусмотреть увеличение производительности принудительной вентиляции тяговых двигателей и при дальнейшей автоматизации испытательного стенда ввести одновременное аварийное снятие возбуждения с генератора 02.
Рис. 2. Потеря возбуждения генератора G2
Рис. 3. Потеря возбуждения генератора G1
Одновременное исчезновение напряжения возбуждения генераторов и 02. Данный аварийный режим, представленный на рис. 4 и 5, возможен при выходе из строя питающей сети переменного тока 380 В или аварийном снятии возбуждения с генератора G2 при потере возбуждения генератором 01 (вышеописанный режим). Очевидно, что ток нагрузочной машины плавно спадает и не несет опасного воздействия электрическим машинам. Торможение стенда происходит довольно интенсивно, но без резких скачков скорости.
На рис. 5 приведены процессы, протекающие в обмотках генераторов. Падение ЭДС носит экспоненциальный характер. Постоянная времени каждого генератора определяется его техническими характери-
ного тока отсутствуют. Оператору рекомендуется произвести штатную остановку стенда с последующей ликвидацией неисправности.
Обрыв канала обратной связи по току якоря испытуемой машины. Представленный на рис. 6 режим отражает возможные последствия внезапного отключения канала обратной связи по току якоря испытуемой машины. Как видно из графика, точность поддержания скорости резко ухудшается, просадка составляет около 47%, что для нормального процесса испытаний недопустимо, но для аварийного режима проблемы не составляет. Точность поддержания нагрузочного тока остается в пределах нормы. Оператору рекомендуется произвести штатную остановку стенда с последующей ликвидацией неисправности.
стиками. Опасные перенапряжения в цепях постоян-
Рис. 4. Одновременная потеря возбуждения генераторов и в2
Рис. 5. Процессы, протекающие в генераторах G1 и G2 при потере возбуждения
Рис. 6. Обрыв канала обратной связи по току якоря испытуемой машины
Обрыв канала обратной связи по скорости испытуемой машины. Результаты исследования данного режима представлены на рис. 7. Отключение отрицательной обратной связи по скорости испытуемой машины привело к разгону стенда на 41% выше номинальной. Сама по себе такая скорость не является недопустимой для тягового двигателя постоянного тока. Данные двигатели имеют возможность трехкратного превышения номинальной скорости, но при гораздо меньших токах якорной цепи. В нашем случае
ной скорости стенда в режиме испытаний с номинальным током якоря.
Проведенные исследования выявили опасные факторы, возникающие при аварийных режимах работы испытательного стенда. Наиболее опасными являются:
- исчезновение напряжения возбуждения генератора G1;
- обрыв канала обратной связи по скорости испытуемой машины.
Рис. 7. Обрыв канала обратной связи по скорости испытуемой машины
система управления удержит номинальный ток якоря (необходимый по условиям испытаний), в результате чего машина начнет перегреваться. Оператору рекомендуется произвести штатную остановку стенда с последующей ликвидацией неисправности. При дальнейшей автоматизации испытательного стенда необходимо ввести одновременное аварийное снятие возбуждения с генератора G2 при превышении предель-
Два эти фактора могут привести комплекс испытательных машин стенда к недопустимому перегреву обмоток с дальнейшим разрушением изоляции. Необходимо предусмотреть увеличение производительности принудительной вентиляции тяговых двигателей и при дальнейшей автоматизации испытательного стенда ввести одновременное аварийное снятие возбуждения с генератора G2.
Библиографический список
1. Сорокин А.В. Специальный комплекс для послеремонт-ных испытаний электрических машин горного оборудования, эксплуатирующегося в условиях Севера // Горные машины и автоматика. 2005. № 2. С. 48-49.
2. Сорокин А.В. Система управления испытательного
постоянного тока // Вестник
стенда тяговых двигателей ИрГТУ. 2012. №6. С.133-137.
3. Сорокин А.В. Моделирование систем управления автоматизированного электропривода // Управление в системах. Вестник ИрГТУ. Сер. Кибернетика. 2000. Вып. 4. С.13-18.
