К.т.н. Бойко С.М., Михайличенко Д.А., Дозоренко О.В., студент, Демків В.С., студент

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

лабораторний комплекс для дослідження генераторного режиму роботи синхронного двигуна та двигуна постійного струму

Вступ. Важливе місце в світовій електроенергетиці посідають автономні системи електропостачання, що використовуються у системах аварійного енергопостачання, входять до складу вітроенергетичних установок і гідроенергетичних установок, для живлення різного типу споживачів електричної енергії, в наслідок неможливості живлення від електричної мережі за рядом причин, чи в результаті електропостачання з раптовими перебоями та частими аварійними відключеннями. У зазначених системах електроживлення досить широкого застосування набули синхронні генератори та генератори постійного струму.

Автономні системи електропостачання набувають все більшої актуальності щодо їх впровадження. Цей процес пов'язаний з розвитком та впровадженням новітніх сучасних електротехнічних, електромеханічних, цифрових та інших систем і пристроїв призначених для використання та перетворення електричної енергії. Хоча все ж малодослідженими залишаються питання динамічних режимів роботи споживачів електричної енергії із живленням від систем автономного електропостачання на базі синхронного генератора чи генератора постійного струму з використанням новітньої елементної бази[1].

Актуальність роботи. Оскільки більшість резервних джерел електричної енергії експлуатується в режимах з різко змінним навантаженням і як наслідок, напруга на шинах генераторного комплексу на базі синхронного генератора чи генератора постійного струму, може зменшитися до значень, коли стійка робота ввімкнених споживачів стає неможливою, тому актуальною задачею є дослідження живленням електротехнічних систем від автономних джерел енергії на базі синхронних генераторів та генераторів постійного струму у різних режимах роботи, що зумовлено також розвитком та впровадженням у практику використання нових елементів в системах електроживлення різних приладів та для вивчення їх характеристик, режимів роботи, принципів управління і регулювання і є необхідною розробка лабораторного обладнання, яке дозволить проводити підготовку фахівців у галузі електротехніки та відповідні дослідження[2, 3].

Мета роботи. Метою роботи є аналіз функціональних можливостей лабораторно-дослідницького комплексу для дослідження елементів, пристроїв та робочих та імітованих режимів роботи синхронного двигуна та двигуна постійного струму під навантаженням і в генераторному режимі у складі автономного джерела живлення електротехнічної системи.

Матеріал і результати досліджень. Функціональна схема лабораторно-дослідницького комплексу представлена на рис. 1. До його складу входять наступні елементи: ДПС – двигун постійного струму; СГ – синхронний двигун;; W1-4 – лічильники потужності; БУС – блок узгодження сигналів; АЦП – аналогово-цифровий перетворювач; ДШ – датчик швидкості обертів валу досліджуваного двигуна; Н – навантаження; ПЧ – перетворювач частоти; І – інвертори; ОЗ – обмотка збудження, СУ1-4 – блоки системи керування перетворюючими пристроями; Rн – активне навантаження; R – регулятор активного навантаження А1-6, V1-6 – аналогове вимірювальне обладнання; LA1-4, LA1-4 – датчики для контролю струму та напруги мережі стенда; QF1-11 – комутаційна апаратура.

З метою дослідження більш широкого спектру електричних параметрів, в електротехнічнічній системі, що живиться від автономного джерела електричної енергії на базі синхронного генератора чи генератора постійного струму, з різним типом та номіналом навантаження за різних режимів роботи, застосовується аналізатор мережі, що в свою чергу має можливість адекватно вимірювати електричні параметри за частоти мережі відмінної від 50 Гц та передавати на комп’ютер, для подальшого збереження та обробки.

Для візуального контролю електричних параметрів під час налаштування та проведення експериментальних досліджень у складі комплексу присутні аналогові пристрої.

Рисунок 1 – Функціональна схема лабораторно-дослідницького комплексу

Дослідження роботи двигуна постійного струму у генераторному режимі відбувається за допомогою змінного навантаження Rн за допомогою регулятора R, що підключається шляхом ввімкнення FQ3.

Для дослідження синхронного двигуна в генераторному режимі необхідно підключити комплекс до мережі за допомогою FQ1, запустити ЕОМ та програмне забезпечення, живлення досліджуваного перетворювача FQ2 та АЦП.

Регулювання обмотки збудження двигуна постійного струму відбувається за допомогою управляючого сигналу шляхом ввімкнення FQ4.

Регулювання обмотки збудження синхронного двигуна у генераторному режимі, відбувається за допомогою управляючого сигналу шляхом ввімкнення FQ5.

Дослідження роботи синхронного двигуна у генераторному режимі відбувається за допомогою змінного навантаження Н, що підключається шляхом ввімкнення FQ8.

Для дослідження двигуна постійного струму в навантажувальних режимах необхідно підключити до мережі двигун постійного струму шляхом ввімкнення FQ1 та FQ2, запустити ЕОМ та програмне забезпечення та АЦП.

Регулювання обмотки збудження двигуна постійного струму у навантажувальних режимах відбувається за допомогою управляючого сигналу шляхом ввімкнення FQ4.

Регулювання обмотки збудження синхронного двигуна відбувається за допомогою управляючого сигналу шляхом ввімкнення FQ5.

Управляючий сигнал на перетворювачах СУ1-4 може задаватися, як програмно через комп’ютер, так і вручну.

Сигнал з блоків датчиків передається через блок узгодження сигналів (БУС) і через аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) та з аналізатора мережі до ЕОМ, де відбувається відображення експериментальних даних та їх збереження з можливістю подальшої обробки.

В основу створення обладнання лабораторно-дослідницького комплексу поставлено наступні задачі:

– дослідження реальних статичних та динамічних режимів роботи автономного джерела електричної енергії на базі синхронного генератора;

– дослідження реальних статичних та динамічних режимів роботи автономного джерела електричної енергії на базі генератора постійного струму;

– дослідження енергетичних характеристик автономного джерела електричної енергії на базі синхронного генератора та генератора постійного струму у різних режимах роботи з різним типом навантаження, шляхом створення змінного навантаження.

Висновки. Лабораторний комплекс для дослідження синхронного двигуна та двигуна постійного струму у реальних режимах роботи, підвищує якість навчання, тому що дозволяє наочно демонструвати зовнішні характеристики синхронного двигуна та двигуна постійного струму та генераторні режими роботи у складі автономного джерела живлення на різне навантаження при реальних та імітованих режимах роботи.

Література:

1. Денисюк С.П., Рибіна О.Б., Негодуйко В.О. Перші кроки до створення дієвих механізмів стимулювання розвитку альтернативної енергетики в Україні // Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України: Зб. наук. пр. – К.: ІЕД НАНУ, 2011. – № 30. – С. 5-14.

2. Зачепа Ю. В. Лабораторный комплекс по исследованию систем генерации энергии на базе асинхронного генератора / Т. М. Коека, В. И. Часовский, Ю. В. Зачепа, Д. С. Васильев // Електромеханічні та енергетичні системи, методи моделювання та оптимізації: збірник наукових праць ХІ Міжн. наук.-техн. конф. молодих учених і спеціалістів, 09–11 квітня 2013 р. – Кременчук: КрНУ, 2013. – С. 178–179.

3. Сінчук І.О. Навчально-науковий лабораторний стенд для дослідження роботи поновлюваних джерел живлення / Бойко С.М., Карлик Є.П., Сінчук І.О., Пархоменко Р.А., Удовенко О.А., Будніков В.М. // Електротехнічні і енергозберігаючі системи. Тематичний випуск «Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія й практика» науково-виробничого журналу – Кременчук, КрНУ, 2012. – Вип.. 3/2012 (19) – С. 594-596