ИЭРЭТУ_6
.pdf6 ВИДЫ НАГРУЗКИ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
МАШИН И ТРАНСФОРМАТОРОВ
6.1.Метод непосредственной нагрузки электрических машин
итрансформаторов без отдачи энергии в сеть
В качестве нагрузки трансформаторов и электрических машин,
работающих в режиме генератора, используются проволочные,
жидкостные или ламповые нагрузочные реостаты. В этом случае вся отдаваемая ими электрическая энергия поглощается в нагрузочных реостатах. Регулирование нагрузки осуществляется путем изменения сопротивления нагрузочных реостатов или путем регулирования напряжения генераторов. Испытания в этом режиме проводятся либо для генераторов и трансформаторов небольшой мощности (до 10
кВ·А), либо для генераторов специальных типов, которые не могут работать совместно с электрическими двигателями.
Нагрузочные реостаты могут быть регулируемыми или нерегулируемыми. Индуктивная нагрузка обеспечивается с помощью регулируемых реакторов или машин переменного тока, работающих в режиме холостого хода. В зависимости от мощности нагрузки может применяться естественное воздушное, форсированное воздушное или жидкостное охлаждение нагрузочных устройств.
Нагрузка электрических машин, работающих в режиме двига-
теля, осуществляется с помощью тормозов различного типа.
6.2.Метод непосредственной нагрузки электрических машин
итрансформаторов с отдачей энергии в сеть
Этот метод экономически целесообразно применять для машин средней и большой мощности.
Машины постоянного тока. При испытаниях двигателя постоянного тока его питание осуществляется либо от сети постоянного тока, либо от управляемого выпрямителя. Нагрузкой испытуемого двигателя ИД (рис. 6.1, а) является электромашинный тормоз, в качестве которого используется генератор постоянного тока с независимым возбуждением ГПТ. К генератору ГПТ подключен якорь двигателя постоянного тока с независимым возбуждением ДПТ по так называемой схеме «генератор—двигатель», при использовании которой частота вращения п2 двигателя ДПТ может поддерживаться постоянной при изменении частоты вращения п1 двигателя ИД в широких пределах. Двигатель ДПТ приводит во вращение синхронный генератор СГ, который отдает часть потребляемой при испытаниях энергии в сеть. Регулирование нагрузки двигателя ИД,
осуществляется увеличением тока возбуждения генератора ГПТ, что приводит к увеличению момента двигателя ДПТ и мощности синхронного генератора СГ, отдаваемой в сеть.
При испытаниях под нагрузкой испытуемый генератор постоянного тока ИГ (рис. 6.1, б) приводится во вращение с частотой
п1 двигателем Д (асинхронным при = или постоянного тока при необходимости изменения п1 в соответствии с паспортными данными генератора ИГ). В качестве нагрузки генератора ИГ
используется двигатель постоянного тока ДПТ1, энергия которого после тройного преобразования в машинах постоянного тока
(генераторе ГПТ и двигателе ДПТ2) и синхронном генераторе СГ отдается в сеть переменного тока. Использование генератора ГПТ и двигателя ДПТ2, соединенных по схеме «генератор—двигатель»,
вызвано необходимостью стабилизации частоты вращения п3
синхронного генератора СГ.
Рис. 6.1. Принципиальная схема испытания под нагрузкой двигателя
(а) и генератора (б) постоянного тока
Также в ряде случаев для испытания машин постоянного тока возможно использование инвертора, вход которого подключен к генератору постоянного тока, а выход – к сети. Регулирование мощности осуществляется путем изменения длительности проводящего состояния преобразователя.
Синхронные машины. Испытуемый синхронный двигатель ИД
(рис. 6.2, а) питается от сети переменного тока и приводит во вращение нагрузочный генератор постоянного тока ГПТ, якорь которого соединен с якорем двигателя постоянного тока ДПТ,
скорость которого поддерживается постоянной.
Двигатель ДПТ механически соединен с синхронным генератором, отдающим энергию в сеть. Нагрузочный генератор ГПТ на время запуска синхронного двигателя ИД, может использоваться в качестве разгонного двигателя, получая питание от сети постоянного тока. В этом случае может быть обеспечена точная синхронизация испытуемого синхронного двигателя с сетью без бросков тока.
При испытаниях под нагрузкой испытуемый синхронный генератор ИГ (рис. 6.2, б) приводится во вращение с неизменной частотой п2 = const двигателем постоянного тока ДПТ и работает параллельно с сетью. Двигатель ДПТ, как правило, подключается к генератору постоянного тока ГПТ, вращаемого асинхронным двигателем. Нагрузка генератора ИГ регулируется путем изменения момента на валу двигателя ДПТ.
Асинхронные машины. Испытания асинхронного двигателя ИД под нагрузкой проводятся аналогично испытаниям синхронного двигателя. Для согласования напряжения сети с напряжением испытуемого двигателя и синхронного генератора могут применяться трансформаторы или автотрансформаторы. В случае нестандартного напряжения двигателя могут использоваться также индукционные регуляторы.
Рис. 6.2. Принципиальная схема испытания под нагрузкой синхронного двигателя (а) и генератора (б)
Для измерения статических моментов в двигательном и генераторном режимах используют динамометрические тормоза
(балансировочная машина) постоянного тока.
При работе балансирной машины постоянного тока БМ
(рис. 6.3) в режиме генератора (испытуемая машина — двигатель) в
качестве ее нагрузки используется машина постоянного тока МПТ,
которая приводит во вращение асинхронную машину AM,
работающую в режиме генератора, и возбудитель постоянного тока В. Регулирование мощности или момента на валу испытуемого
двигателя осуществляется изменением частоты вращения асинхронного генератора с помощью машины постоянного тока. При работе в режиме двигателя (испытуемая машина — генератор)
балансирная машина БМ получает питание от машины постоянного тока МПТ, приводимой во вращение вместе с возбудителем. В
асинхронной машиной AM, работающей в режиме двигателя.
Рис. 6.3. Принципиальная схема нагрузочного стенда с использованием балансировочной машины постоянного тока
6.3. Метод взаимной нагрузки электрических машин и
трансформаторов
При испытаниях по этому методу две одинаковые электрические машины соединяются между собой механически и электрически и подключаются к внешнему источнику энергии. Одна из машин
работает в режиме генератора и отдает всю вырабатываемую электрическую энергию другой машине, которая работает в режиме двигателя и расходует всю свою механическую энергию на вращение первой машины. При взаимной нагрузке двух одинаковых трансформаторов они включаются параллельно, а их первичные обмотки соединены с общим источником питания или сетью.
Расход энергии при испытаниях по методу взаимной нагрузки определяется суммарными потерями в обеих испытуемых машинах или трансформаторах. Компенсация этих потерь осуществляется от внешнего источника электрической или механической энергии или от обоих источников одновременно.
Уменьшение затрат энергии при испытаниях является важным достоинством метода взаимной нагрузки.
При испытаниях машин постоянного тока по методу взаимной нагрузки могут быть использованы три способа введения в контур испытуемых машин энергии, необходимой для компенсации потерь:
параллельное и последовательное включение источника электрической энергии, а также подключение механического источника энергии.
При использовании способа параллельного включения
источника электрической энергии обе машины — двигатель ИД и генератор ИГ (рис. 6.4, а) соединяются друг с другом механически и к ним подводится питание от генератора постоянного тока ГПТ требуемого напряжения, приводимого во вращение двигателем Д.
После включения рубильника Р1 осуществляется пуск возбужденного двигателя ИД с помощью пускового реостата или
путем плавного увеличения напряжения на выходе генератора постоянного тока ГПТ. После достижения заданной частоты вращения п1 возбуждают испытуемый генератор ИГ до номинального напряжения, соответствующего напряжению генератора ГПТ. Контроль за выполнением этого условия осуществляется с помощью вольтметра, включенного на зажимы рубильника Р2. После выравнивания напряжений (показания вольтметра в этом случае равны нулю) рубильник Р2 замыкается и генератор ИГ включается параллельно генератору ГПТ.
Нагружение испытуемых машин осуществляется путем увели-
чения возбуждения генератора ИГ и ослабления возбуждения дви-
гателя ИД.
При использовании способа последовательного включения
источников питания якоря вспомогательного генератора постоянного тока ГПТ и испытуемых машин ИГ и ИД соединяются последовательно в замкнутый контур (рис. 6.4, б).
В цепях обмоток возбуждения устанавливается такое значение тока, которому в режиме холостого хода соответствует номинальное напряжение Uн. Затем от двигателя с частотой вращения п2
приводится в движение генератор ГПТ и за счет плавного увеличения его напряжения осуществляется разгон испытуемых машин до номинальной частоты вращения п1. После этого увеличивают напряжение машины, предназначенной к испытанию в режиме генератора, и уменьшают напряжение машины, предназначенной к испытаниям в режиме двигателя, устанавливая ток якорей ИД, ИГ и ГПТ, равным номинальному Iн или любому требуемому значению I.
При использовании способа подключения механического источника энергии испытуемые машины ИГ и ИД механически соединяются со вспомогательным двигателем Д, с помощью которого они приводятся во вращение с номинальной частотой п1 (рис. 6.4, в),
после чего они возбуждаются до номинального напряжения.
Мощность вспомогательного двигателя должна быть не меньше суммарных потерь обеих испытуемых машин. Обмотки возбуждения испытуемых машин подключены к независимому источнику питания.
Рис. 6.4. Принципиальная схема испытания машин постоянного тока по методу взаимной нагрузки при параллельном (а) и
последовательном (б) включении источника электрической энергии и при подключении механического источника энергии (в)
Правильность полярности испытуемых машин проверяется по вольтметру, включенному на зажимы рубильника Р1 (при равенстве напряжений генератора и двигателя вольтметр должен давать нулевые показания). Для этого замыкают рубильник Р1, увеличивают
возбуждение машины, предназначенной к испытаниям в режиме генератора, и уменьшают возбуждение машины, предназначенной к испытаниям в режиме двигателя. При номинальной нагрузке генератора ИГ двигатель ИД будет недовозбужден, а при номинальной нагрузке двигателя генератор приходится перевозбуждать.
При испытаниях синхронных машин по методу взаимной нагрузки их пуск, как правило, осуществляется с помощью разгонного двигателя, за счет которого компенсируются потери в синхронных машинах и снижается до нуля потребление активной энергии из сети переменного тока, параллельно с которой работают машины. По аналогии с машинами постоянного тока при испытаниях синхронных машин используются способы параллельного включения источника питания и подключения механического источника энергии.
Регулирование активной мощности соединенных механически двух синхронных машин при их параллельной работе на общую сеть возможно лишь путем взаимного сдвига роторов или статоров этих машин. Поворот статора для машин средней и большой мощности практически не применяется из-за громоздкости и ненадежности устройств механического поворота. Поворот роторов сравнительно просто осуществить при механическом соединении валов с помощью муфт. Этот способ позволяет регулировать нагрузку дискретно
(ступенями). Кроме того, изменение нагрузки можно осуществлять только после остановки машин. Также поворот вектора ЭДС холостого хода может быть осуществлен электромагнитным путем.