Генераторы переменного тока занимают особое место
во всех отраслях народного хозяйства. Они нашли широкое применение
на транспорте, в промышленности, в сельском хозяйстве, являясь основными,
аварийными и резервными источниками электрической энергии. Одним
из важных технологических этапов создания таких генераторных установок
являются их испытания, проводимые с целью определения основных технических
характеристик агрегатов, их наладки, выявления технических неисправностей
и брака. Испытания можно разделить на приемо-сдаточные, периодические,
типовые, исследовательские, на надежность и др. Наиболее массовыми
являются приемо-сдаточные испытания на машиностроительных заводах,
а также при постройке и ремонте судов различного назначения.
Испытания проводятся как в установившихся, так и в переходных режимах
работы в виде сброса - наброса нагрузки. При этом определяются следующие
параметры генераторного агрегата:
- отклонения частоты и напряжения в установившихся и переходных
режимах;
- время восстановления частоты и напряжения при внезапных изменениях
нагрузки;
- стабильность показаний;
- параметры первичного двигателя (расход топлива, дымность и др.)
От точности проводимых испытаний зависит дальнейшая качественная
работа генераторных агрегатов.
Имитация различных статических и динамических режимов работы при
испытаниях генераторных агрегатов осуществляется нагружающими устройствами
(НУ). В настоящее время испытания проводятся при помощи различных
НУ, отличающихся стоимостью, возможностью реализации требуемых режимов
нагружения, экономичностью и др. Данная работа ставит задачу качественной
оценки различных НУ с целью выбора наиболее перспективного и дальнейшей
технической проработки последнего.
Очевидно, что функциональные характеристики НУ должны, в первую
очередь, определяться требованиями к генераторным агрегатам, а также
необходимостью обеспечения экономичности испытаний.
Анализ требований показывает, что, несмотря на их различие для
агрегатов разного назначения, можно сформулировать общие требования
к НУ - это обеспечение:
- симметричной нагрузки при номинальном коэффициенте мощности
в диапазоне от 0 до 100% номинального тока генератора;
- перегрузки при номинальном коэффициенте мощности на 10% от номинального
тока в течении 2 мин.;
- симметричной нагрузки при номинальном токе генератора с коэффициентом
мощности, изменяющимся в диапазоне 0,6-0,9;
- сброса и наброса симметричной нагрузки с номинальным коэффициентом
мощности и током, равным 50% и 100% от номинального;
- сброса и наброса симметричной нагрузки, равной 60% номинального
тока при коэффициенте мощности 0,4;
- безступенчатого регулирования нагрузки и коэффициента мощности;
- измерений тока нагрузки, напряжения генератора и коэффициента
мощности;
- автоматизации испытаний;
- полезного использования энергии испытуемого генераторного агрегата.
Последние два требования являются дополнительными и определяются
общими задачами энергосбережения и автоматизации производства.
При испытаниях НУ может рассеивать потребляемую электроэнергию
или передавать ее различным потребителям, а также в промышленную
сеть. В первом случае НУ состоит из нагрузочных сопротивлений. Подобные
НУ получили широкое распространение как на машиностроительных, так
и на судостроительных заводах. Их преимущества - это удобство набора
нагрузки, автономность процесса испытаний и относительно небольшие
капитальные затраты. Они могут выполняться с раздельными и совмещенными
активно-реактивными частями. Общими недостатками таких НУ являются:
неэкономичность, большие габариты и масса, малый срок службы, нестабильность
характеристик нагружения. Неэкономичность - один из недостатков,
который делает невозможным применение таких НУ в современных системах
нагружения.
Одним из наиболее простых способов испытания генераторных агрегатов
при полезном использовании их энергии является способ непосредственного
подключения генератора к промышленной сети. Подключение осуществляется
через технологический автомат путем точной синхронизации. Регулирование
активной нагрузки ведется изменением подачи топлива первичного двигателя,
а реактивной - изменением тока возбуждения. Такая система нагружения
наиболее проста, но не обеспечивает проведения испытаний в динамических
режимах. В ряде случаев получил развитие комбинированный метод испытаний,
когда статические режимы нагружения обеспечиваются при работе генератора
на промышленную сеть, а динамические - в автономном режиме подключением
активно-индуктивных нагрузок.
Существует целый ряд НУ, выполненных на базе различных машинных
преобразователей, однако они, хотя и обеспечивают полезное использование
энергии испытуемого двигателя, достаточно сложны, ненадежны, дороги
и имеют сравнительно небольшой КПД.
Наиболее полно всем требованиям испытания удовлетворяют НУ, выполненные
на базе статических преобразователей. Они могут быть реализованы
по различным схемам: как со звеном постоянного тока, так и с непосредственным
преобразователем частоты, с естественной или искусственной коммутацией
тиристоров. В любом случае они позволяют плавно регулировать как
нагрузку, так и cosj нагрузки. Кроме того, возможно воспроизведение
динамических режимов испытания. Особенностью работы таких НУ является
искажение тока статора синхронного генератора, что приводит к появлению
добавочных потерь в нем и снижению допустимой нагрузки в длительных
режимах. Кроме того, подобные НУ имитируют не эквивалентное сопротивление
нагрузки, а ток нагрузки, что должно учитываться при проведении
испытаний.
Одним из наиболее удобных и простых вариантов является выпрямительно-инверторный
агрегат с управляемым выпрямителем и инвертором, ведомым сетью.
Коммутация тиристоров выпрямителя и инвертора естественная, что
повышает надежность и быстродействие преобразователей.
Такое НУ должно выполнять две основные функции:
- регулирование величины нагрузки и коэффициента мощности;
- передачу вырабатываемой электроэнергии с переменным напряжением
и частотой в промышленную сеть со своими характеристиками напряжения
и частоты.
Принцип регулирования тока нагрузки основан на введении добавочной
противо - ЭДС инвертора в цепь выпрямленной ЭДС генератора. Величина
выпрямленного тока определяется разностью ЭДС и регулируется изменением
угла управления b.
Принцип регулирования коэффициента мощности основан на сдвиге первой
гармоники тока генератора относительно напряжения путем регулирования
угла управления a. Для получения отстающего коэффициента мощности
угол a должен регулироваться в сторону естественной коммутации.
Необходимо отметить, что изменение угла a приводит к изменению
выпрямленной ЭДС генератора и, соответственно, к изменению тока
нагрузки, т.е. каналы управления оказываются взаимосвязанными. Для
обеспечения независимого регулирования необходимо применение системы
автоматического регулирования.
Хватов С. В., Титов М. В.
|