Виды испытательных станций

В настоящее время для проведения приемосдаточных испытаний (либо других видов испытаний) используется два основных типа испытательных станций: испытательные станции на трех-машинных агрегатах и на статических преобразователях.

Станции испытания тяговых двигатель на трех-машинных агрегатах отличаются тем, что в качестве линейного и вольтодобавочного преобразователя (генератора) используются двигатели постоянного тока, а в качестве приводного двигателя электрическая машина асинхронного типа. Недостатками такой системы являются:

– высокий уровень шума и вибрации трех-машинного агрегата;

– сложность автоматизации процесса испытаний;

– большое потребление электрической энергии из сети (потери электроэнергии в узлах испытательной станции)

– сложность обслуживания испытательной станции и т.д.

Рисунок 12.1 – Схема электрическая принципиальная испытательной станции ТЭД на трех-машинных агрегатах

Электрическая энергия, выработанная генератором, возвращается на электрическую машину, работающую в режиме двигателя. Обычно энергия, потребляемая из питающей сети, составляет около 10% номинальной мощности одной из проверяемых машин, что, безусловно, ведет к значительной экономии по сравнению с проверкой методом непосредственного нагружения. Экономия электроэнергии и улучшение условий труда наиболее полно проявляется при проверке тяговых двигателей на испытательной станции, оборудованной статическими преобразователями. В качестве преобразователей используются фазорегулируемые выпрямительные установки на тиристорах.

Нагружение испытуемых машин осуществляется по методу возвратной работы с использованием схемы взаимной нагрузки двух ТЭД, соединенных муфтой.

Измерительные средства станции позволяют проводить измерения тока двигателя, напряжения двигателя и частоту вращения двигателя. Необходимый токовый режим машин создается вольтодобавочным статическим преобразователем (ВДП), компенсирующим электрические потери в системе испытуемых двигателей. Режим напряжения обеспечивается линейным статическим преобразователем (ЛП), возмещающим потери холостого хода, добавочные и магнитные потери в тяговых электродвигателях.

В режиме управления испытаниями от ПЭВМ имеется возможность автоматического измерения активного сопротивления обмоток двигателей, а также автоматического измерения сопротивления изоляции двигателей. При наличии прибора определения коммутации тяговых двигателей на испытательном стенде система автоматического управления испытаниями позволяет считывать информацию с прибора о классе коммутации. Система имеет возможность мобильного обновления конфигурации для решения изменившихся задач и условий испытаний тяговых двигателей.

Для питания силовой части станции используется трехфазная сеть с линейным напряжением 380 В часто­той 50 ± 1 Гц.

Конструктивно испытательная станция ТЭД выполнена из отдельных функциональных узлов, предназначенных для выполнения определенных задач. Структурная схема испытательной станции приведена на рисунке 12.1.

Модули управления, промежуточные реле, а также источники питающего напряжения располагаются на панели управления и автоматизации в высоковольтной камере. Оборудование управления укреплено на DIN-рейках и через разъемы подключено к цепям управления испытательной станцией.

Рисунок 12.2 – Структурная схема испытательной станции

В ручном режиме управление процессом испытания осуществляется с пульта оператора, на котором находятся органы управления, жидкокристаллический дисплей и средства световой индикации работы испытательной станции. Внешний вид пульта управления и расположение на нем оборудования представлены на рисунке 12.3.

Силовое коммутационное и защитное оборудование расположено в специальной изолированной высоковольтной камере и предназначено для выполнения переключений, необходимых в процессе испытания, и обеспечения защитных функций.

Линейный и вольтодобавочный преобразователи предназначены для обеспечения необходимых нагрузочных режимов, предусмотренных программой приемо-сдаточных испытаний.

Автоматизированная система управления технологическим процессом испытания ТЭД выполнена из отдельных функциональных узлов, выполняющих обособленный набор задач. Структурная схема системы приведена на рисунке 12.4.

Измерительные преобразователи и измерительные кабели расположены в непосредственной близости от силовых цепей измерения в шкафу с силовым оборудованием и колонках подключения ТЭД.

1 – цифровой вольтметр PV1; 5 – цифровой амперметр РА1;

2 – блок световой индикации; 6 – блок кнопочных переключателей;

3 – индикатор частоты вращения ТЭД; 7 – цифровой амперметр

4 – жидкокристаллический дисплей;

Рисунок 12.3 – Панель управления испытательной станции

Рисунок 12.4 – Структурная схема системы автоматического управления испытаниями ТЭД

Принцип действия основан на задании и поддержании режимов испытаний тяговых электродвигателей при помощи регулируемых источников напряжения с одновременным измерением пара­метров, контролируемых в ходе испытаний.

Принципиальная электрическая схема питания электрических цепей испытательной станции приведена на рисунке 12.5.

Рисунок 12.5 – Принципиальная электрическая схема питания электрических цепей испытательной станции

Принципиальная электрическая схема цепей выпрямленного напряжения испытуемых ТЭД приведена на рисунке 12.6. Электрическая принципиальная схема силовых цепей испытательной станции, а также цепей панели управления и автоматизации приведена на рисунке 12.7.

Трехфазное напряжение питания ~380 В от деповской сети через разъединитель QS1, контактор КМ14 и переключатель QS2 подается на линейный преобразователь (ЛП) UZ1 и вольтодобавочный преобразователь (ВДП) UZ2.

Цепи выпрямленного силового тока преобразователей и испытуемых двигателей включаются контакторами КМ1 (включение ЛП), КМ2 (включение ВДП). Для выбора назначения машин (двигатель или генератор) предназначены контакторы КМ3 – КМ6. Смена направления вращения испытуемых тяговых двигателей осуществляется с помощью контакторов КМ7 – КМ10. Ослабление магнитного поля машины, работающей в режиме двигателя, производится с помощью контактора КМ11, который подключает параллельно обмотке возбуждения данной машины индуктивный шунт L2. Ослабление магнитного поля машины, работающей в режиме генератора, с целью компенсации расхождения тяговых характеристик испытуемых двигателей осуществляется контакторами КМ12 и КМ13, которые подключают резистор R1.

Рисунок 12.6 – Принципиальная электрическая схема цепей выпрямленного напряжения испытуемых ТЭД

Рисунок 12.7 – Электрическая принципиальная схема силовых цепей испытательной станции, а также цепей панели управления и автоматизации

Управление контакторами КМ1 - КМ13 функционально связано рядом зависимостей, обеспечивающих условия безопасности и требования программы работ. Катушки силовых контакторов шунтированы диодами VD1 – VD13 для исключения перенапряжений на контактах управляющего коммутатора.

Согласно требованиям правил устройства электроустановок (ПУЭ) испытательная станция по вводу оснащена разъединителями QS1 для осуществления видимого разрыва электрического ввода при проведении регламентных и ремонтных работ. Защита первичных обмоток трансформаторов линейного и вольтодобавочного преобразователей осуществляется автоматическими выключателями, входящими в состав преобразователей. В цепи выпрямленного напряжения тяговых двигателей и преобразователей установлены максимальные токовые реле КА1 и КА2, реагирующие на сверхтоки в соответствующих цепях.

Испытуемые тяговые двигатели подключаются к цепям станции через колонки, оснащенные концевыми выключателями, а также специальными разъемами для подключения измерительных цепей.

Питание цепей управления + 50 В осуществляется от специального источника напряжения, входящего в состав линейного преобразователя.

Контрольно-измерительные приборы стенда предназначены для визуальных наблюдений значений параметров при задании режима и снятии контрольной информации при его реализации. Цифровые приборы PV1 и PА1 класса 0,1 предназначены для получения и регистрации контрольной информации в соответствии с п.1.1 ГОСТ 11828-75 «Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний». Данные приборы расположены на лицевой панели пульта оператора испытательной станции. Цифровые приборы класса 0,1 для контроля за напряжением и током ЛП и ВДП расположены на лицевых панелях шкафов этих преобразователей. Информация со всех приборов испытательной станции поступает на ПЭВМ.

Все амперметры, входящие в состав испытательной станции, подключены к силовым цепям через измерительные шунты: амперметр РА1 – через шунт RS1, амперметры ЛП и ВДП – через соответствующие шунты, входящие в состав данных преобразователей. Вольтметр PV1 и вольтметр, контролирующий напряжение ЛП, с целью гальванической развязки с высоковольтными цепями подключены через соответствующие измерительные преобразователи.

Цепи управления стендом испытаний тяговых электродвигателей можно условно разделить на цепи управления силовым оборудованием, цепи блока включения испытательной станции, цепи панели управления и автоматизации и цепи пульта управления. Между собой эти цепи соединены через разъемные соединения проводами, собранными в кондуиты, что упрощает процесс монтажа и обслуживания станции.

Цепи управления силовыми контакторами КМ1 – КМ13 питаются от источника постоянного напряжения + 50 В. Включение цепей управления осуществляется контактором КМ2 линейного преобразователя,под управлением кнопочного поста SB2 «Вкл. + 50 В» (см. приложение Д). При появлении напряжения в цепях управления на пульте управления загорается световой индикатор. Одновременно с включением питания цепей управления + 50 В осуществляется включение синхронизации фазорегуляторов ЛП и ВДП с сетью.

Включение и выключение напряжения ~ 380 В осуществляется контактором КМ14 под управлением кнопочного поста SB1 «Вкл. ~ 380 В». Контактор включается только после выполнения условий, обеспечивающих безопасность обслуживающего персонала, т.е. после закрытия дверей шкафов с высоковольтным оборудованием. После включения цепей ~ 380 В на пульте управления загорается соответствующий световой индикатор.

Отключение питания цепей управления и силовых цепей испытательной станции осуществляется одним кнопочным постом SB3 «Откл.». Аварийное отключение силовой схемы и цепей управления обеспечивается кнопочным постом SB4 «Авар. откл.».

Выбор режима испытания тяговых двигателей при ручном управлении осуществляется с помощью соответствующих кнопочных выключателей на пульте управления. Для выполнения соответствующих переключений в силовых цепях испытательной станции предусмотрены промежуточные реле K1 – K12, производящие включения контакторов КМ1 – КМ13. Включение реле K1 – K11 осуществляется по заданному программой испытаний алгоритму от модуля U1.

Выбор назначения машины осуществляется в обесточенном состоянии контакторами КМ3 – КМ6, а направление вращения якорей – контакторами КМ7 – КМ10, чьи катушки получают питание через контакты промежуточных реле К3 – К6. Питание на катушки реле К3 – К6 подается в соответствии с цифровым кодом, поступающим с пульта управления, либо с ПЭВМ.

Режим ослабления магнитного поля машины, работающей в режиме двигателя осуществляется контактором КМ11, чья катушка получает питание через контакты промежуточного реле К7. Питание на катушку реле К7 подается в соответствии с цифровым кодом, поступающим с пульта управления, либо с ПЭВМ.

Режим ослабления магнитного поля машины, работающей в режиме генератора, для компенсации расхождения тяговых характеристик осуществляется контакторами КМ12 и КМ13, чьи катушки получают питание через контакты промежуточных реле К8 и К9. Включение контакторов происходит в соответствии с выбранным режимом испытания. Питание на катушки реле К8 или К9 подается в соответствии с цифровым кодом, поступающим с пульта управления.

Сбор схемы согласно выбранному режиму испытаний осуществляется после нажатия кнопки «Сбор схемы» на пульте управления. При этом через промежуточные реле К1 и К2 получают питание катушки контакторов КМ1 и КМ2. В автоматическом режиме управления сбор схемы осуществляется по сигналу подаваемом с ПЭВМ. Сбор схемы возможен только при подготовленной к работе схеме цепей тяговых двигателей (заблокированном состоянии колонок подключения испытуемых машин).

Напряжение линейного и вольтодобавочного преобразователей регулируется в ручном режиме с помощью специальных цифровых задатчиков (энкодеров), расположенных на пульте оператора, в автоматическом режиме – в соответствии с программой ПЭВМ.

При необходимости существует возможность произвести отключение вольтодобавочного преобразователя с помощью кнопки «Откл. ВДП». При этом получает питание катушка промежуточного реле К11, которое своим контактом размыкает цепь питания контактора КМ2.

Разбор схемы по окончании испытаний или при переходе с одного на другой режим испытаний при ручном управлении осуществляется путем нажатия кнопочного переключателя «Разбор схемы» на пульте управления, а при управлении от ПЭВМ происходит в соответствии с программой испытаний.

Назначение кнопочных выключателей для управления испытательной станцией приведено в приложении М.

Контроль за режимами испытаний и состоянием коммутационных аппаратов осуществляется по сигнальным индикаторам, расположенным на пульте управления. Загорание сигнальной лампы свидетельствует об активном состоянии выбранного режима.

Функциональная схема автоматизированной системы управления испытания ТЭД приведена на рисунке 12.8.

Рисунок 12.8 – Функциональная схема автоматизированной системы управления испытания ТЭД

Система осуществляет регулирование по трем контурам: ток, напряжение и частота вращения. Регулирование тока согласно задания осуществляется вольтодобавочным преобразователем, регулирование напряжения – линейным преобразователем, а регулирование частоты – соотношением выходных значений данных преобразователей. Автоматизированной системой осуществляется контроль граничных параметров значений тока, напряжения и частоты вращения и при превышении этих значений осуществляется аварийная остановка двигателей. В качестве задатчика и элементов сравнения выступает управляющая программа.

Работа испытательной станции осуществляется под управлением специализированной программы испытания ТЭД установленной на ПЭВМ. Модули управления функционируют в режиме последовательного интерфейса RS-485. Их связь с ПЭВМ организует модуль преобразователя интерфейса RS232 в RS485. Таким образом управление от ПЭВМ осуществляется через выход COM1. Модуль дискретного вывода управляет блоком промежуточных реле К1 – К12 и организует с их помощью заданный режим испытания. Управляющие реле также участвуют в работе и источников тестовых сигналов и блока высоковольтных реле. Модули измерения проводят замеры при измерении активного сопротивления и измерении сопротивления изоляции, а так же измерения тока и напряжения ТЭД через измерительные преобразователи.