同步发电机和同步电动机互馈系统的构建方法

摘要

本发明涉及电机联动技术，具体为同步发电机和同步电动机互馈系统的构建方法。解决现有减速机动力－负载测试系统成本高、浪费能源等问题。选择两台性能参数相同的同步电机，使其中的一台同步电机的定子可相对转子转动；将两同步电机在转子的机械相位保持相同的情况下同轴联接；与两同步电机同轴联接一个电动机；将两同步电机的电枢输出端以同相位连接；再人为的转动其中一台同步电机的定子一个角度，该被转动的同步电机将运行于发电机或电动机状态，另一同步电机将运行于电动机或发电机状态。该方法构建的测试系统成本低，节约能源。适用于减速机、同步电机、转轴、扭矩传感器、电器、电缆以及开关装置等的性能测试。

说明书

技术领域

本发明涉及电机联动技术，具体为同步发电机和同步电动机互馈系统的构建方法。

背景技术

减速机(器)制造完成后需进行动力-负载测试。测试时将两个减速机JS1、JS2的低速轴端对接，然后用一个直流(调速)电动机DG(或带调速装置的交流电动机)拖动，同时在减速机的输出轴端联接一个发电机FG(作为减速机负载)，发电机的电压(电功率)输出端连接一个(组)电负载(电阻R)(如附图1所示)。被测的减速机要想满负荷运行，就需要大功率的直流电动机或带调速装置的交流电动机拖动，并且需要大功率的发电机作负载；而大功率电机极其控制装置的制造复杂、成本极高；同时，发电机输出的电能被白白浪费。因此，上述的测试装置成本高、浪费能源。

发明内容

本发明为了解决现有减速机动力-负载测试系统(装置)成本高、浪费能源等问题，提供一种至少可用于减速机动力-负载测试的同步发电机和同步电动机互馈系统的构建方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：同步发电机和同步电动机互馈系统的构建方法，选择两台性能参数(如极数、额定电压等)相同的同步电机，使其中的一台同步电机的定子可相对转子转动；将两同步电机在转子的机械相位(即转子相对定子的机械位置)保持相同的情况下同轴联接；与两同步电机同轴联接一个(调速)电动机；启动电动机，带动两同步电机旋转，用示波器测试两同步电机输出电压(即空载电压)的相位(由于两同步电机的性能参数相同，其输出电压的波形、幅值肯定相同)，转动其中一台同步电机的定子使两同步电机输出电压的相位相同(转动定子的过程实质上是将两台同步电机定子电枢相对转子的位置调节一致)，然后将两同步电机的电枢输出端以A、B、C相对C、B、A相的对应关系连接(同步电机出厂时其电枢输出端有明确的三相标记)；由于两同步电机同轴连接后位置是相向的(即同端相对)，转子相对定子的转向不同，因此其定子电枢的相序关系正好相反，以A、B、C相对C、B、A相的对应关系连接可保证两同步电机的定子电枢以相同的相序进行电连接。此时由于两同步电机的输出电压相序、相位、波形、幅值都完全相同，电连接后回路中并没有电流，两同步电机不作功(没有功率输出)，因此两同步电机的功率角[励磁(定子感应)电势E0与端电压U的夹角]为零，两同步电机在电动机的拖动下处于空载运行状态；此时人为的转动其中一台同步电机的定子一个角度(即通过转动定子，人为地给该同步电机一个功率角)，该被转动的同步电机将运行于发电机或电动机状态(顺转子转动方向转动一个角度，将使励磁电势E0超前于端电压U，该同步电机将运行于发电机状态；反之，逆转子转动方向转动一个角度，将使励磁电势E0滞后于端电压U，该同步电机将运行于电动机状态)，另一同步电机将运行于电动机或发电机状态；此时，两同步电机之间将实现能量互馈。电动机决定机组的转向与转速外，还确定了同步电机运行状态并且还用于补偿该互馈系统的损耗。在同步电机功率角的可调范围内，其中一台同步电机的定子人为转动的角度越大，两同步电机的输出功率越大(也可通过调节两同步电机的励磁电流来调节输出功率)，两同步电机之间互馈的能量也越大，作用在两同步电机之间的转轴上的转矩也越大。这样，当低速轴端对接的两个减速机联接于两同步电机之间的转轴上时，即可对减速机进行动力-负载测试，而且测试系统中的电动机只需要较小的功率(足以补偿系统的损耗)，通过调节其中一台同步电机的定子人为转动的角度，即可调节减速机的负载功率，通过调节电动机的转速，从而实现在不同负载功率下不同的转速下减速机的动力-负载测试。通过能量互馈系统，有效地利用和节约了能源。

本发明给出了一种同步发电机和同步电动机互馈系统的构建方法，其设计思路新颖、巧妙、科学、合理；针对减速机动力-负载测试，该方法构建的测试系统(装置)成本低(无需大功率的拖动电动机，且同步电机的成本远低于大功率的直流或交流电动机)，节约能源。以该方法构建的系统(装置)在大连重工集团华锐减速机厂进行测试减速机的试运行，运行状态稳定、可靠，并经测试最大可节约能源90％左右。

测试实验：以上述方法构成互馈系统。两台同型号同步电机选用850KW(根据实际需要可任意选择)，直流电动机选用100KW。在两同步电机之间的转轴上联接一个扭矩传感器(可显示转速)，一台同步电机的定子人为转动20度电角度(转动度数与极数有关)；系统运行稳定后，读取扭矩传感器上的扭矩值和转速值，由扭矩值和转速值可计算得到两同步电机之间的转轴上传递的机械功率为约500KW(由扭矩值和转速值计算出机械功率是公知计算方法)；随着人为转动角度的增加(在许可范围内)，转轴上传递的机械功率也随之增加，最大可达到850KW左右。

本发明解决的技术问题虽然是由减速机的动力-负载测试提出的，但以该方法构建的系统(装置)的用途并不仅局限于减速机的动力-负载测试。以该方法构建的系统(装置)可用于对同步电机本身的负载试验、研究性试验以及出厂检验；还可用于对机械轴类部件的扭矩强度测试，扭矩传感器的测试(被测部件固定于两同步电机之间的转轴上)；将电器、电缆以及开关装置等连接于两同步电机电枢输出线之间的导线支路上，可实现电器、电缆以及开关装置等通电流发热试验及其它性能测试。

附图说明

图1为现有减速机动力-负载测试的示意图；

图2为实现本发明所述方法的示意图；

具体实施方式

如附图2所示，同步发电机和同步电动机互馈系统的构建方法，选择两台性能参数(如极数、额定电压等)相同的同步电机GS1、GS2，使其中的一台同步电机GS1的定子可相对转子转动，常规的作法是将该同步电机制成双轴伸，并通过轴承将双轴伸支撑；将两同步电机在转子的机械相位(即转子相对定子的机械位置)保持相同的情况下同轴联接；与两同步电机同轴联接一个电动机M(电动机M可位于一台同步电机的一侧或位于两台同步电机之间，从结构合理性考虑，电动机M通常位于一台同步电机的一侧)；启动电动机M，带动两同步电机旋转，用示波器测试两同步电机输出电压(即空载电压)的相位，转动其中一台同步电机GS1的定子使两同步电机输出电压的相位相同，然后将两同步电机的电枢输出端以A、B、C相对C、B、A相的对应关系连接；此时人为的转动其中一台同步电机GS1的定子一个角度，该被转动的同步电机将运行于发电机或电动机状态，另一同步电机将运行于电动机或发电机状态；此时，两同步电机之间将实现能量互馈。

与两同步电机同轴联接的电动机M为直流电动机或交流电动机。

具体实施时，将两同步电机在转子的机械相位保持相同的情况下同轴联接至少可采用如下两种方法：1、在两台同步电机的轴端固定有连轴器，在两连轴器的相同位置上作一个位置标记，以该位置标记为参照，调节连轴器与同步电机转子的相对位置，使两个连轴器与两个同步电机转子的相对位置相同(如位置标记都对准转子的同一磁极轴线)，然后通过连轴器并使连轴器上的位置标记相对将两同步电机同轴连接，以此实现将两同步电机在转子的机械相位保持相同的情况下同轴联接。2、采用可调径向任意角度的联轴器，该联轴器的具体结构已在专利号为200520104551.9的实用新型专利中公开。使用时，采用该可调径向任意角度的联轴器将两同步电机同轴联接或同时将被测部件同轴联接，通过调节可调径向任意角度的联轴器改变同步电机转子的位置，使转子的某一位置(如磁极轴线)与定子上的相同位置对准，从而实现将两同步电机在转子的机械相位保持相同的情况下同轴联接。

在两同步电机电枢输出线之间的导线支路串接有开关装置K。除了用于核对相角外、还用于继电保护，防止电气故障；该装置上安装有电流、电压测量元件和仪表。