К.т.н. Бойко С.М., Михайличенко Д.А., Дубовик Г.Ю.

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

Комплекс для дослідження реальних режимів роботи автономного джерела електричної енергії на базі асинхронного генератора

Вступ. Важливе місце в стратегії розвитку світової електроенергетики посідають автономні системи електропостачання, що знаходять широке застосування у різних сферах народного господарства. У зазначених системах електроживлення досить широкого застосування набули асинхронні генератори, оскільки вони мають низку переваг.

Таким чином автономні системи електропостачання набувають все більшої актуальності щодо їх впровадження [1].

Більшість резервних джерел електричної енергії експлуатується в режимах з різко змінним навантаженням і як наслідок, напруга на шинах асинхронного генераторного комплексу, без прийняття спеціальних заходів може зменшитися до значень, коли стійка робота ввімкнених споживачів стає неможливою. Тому актуальною задачею є дослідження процесу живлення електротехнічних систем від автономних джерел енергії на базі асинхронних генераторів з короткозамкненим ротором у різних режимах роботи.

Для досягнення цієї мети є актуальною розробка лабораторного обладнання, яке дозволить проводити відповідні дослідження [2].

Мета роботи. Метою роботи є аналіз функціональних можливостей лабораторного стенду для дослідження робочих та імітованих режимів роботи системи автономного живлення на базі асинхронного генератора.

Матеріал і результати досліджень. Запропонований лабораторний стенд призначений для проведення досліджень процесів генерації електричної енергії автономними джерелами електричної енергії на базі асинхронного генератора з короткозамкнутим ротором у різних режимах та отримання результатів експериментальних досліджень за допомогою вимірювальної системи (рис. 1).

Функціональна схема лабораторно-дослідницького комплексу представлена на рис. 1. До його складу входять наступні елементи [3]: А1-3 – амперметри; V1-2 – вольтметри; FQ1-12 – автоматичні вимикачі; АД1-2 – асинхронні двигуни з короткозамкненими роторами; БЗК – батарея збуджуючих конденсаторів; W – лічильник потужності; БУС – блок узгодження сигналів; АЦП – аналогово-цифровий перетворювач; ДШ – датчик швидкості обертів; Н1-2 – навантаження; ПЧ – перетворювач частоти; ТРЄС – тиристорний регулятор ємнісного струму, АІ1-2 – інвертори.

Лабораторно-дослідницький комплекс є багатофункціональним і працює наступним чином. Після підключення комплексу до мережі за допомогою FQ5, відбувається запуск ЕОМ та програмного забезпечення, живлення досліджуваного перетворювача частоти FQ1, FQ2 чи векторного перетворювача частоти FQ3, FQ4 та АЦП.

Регулювання ємності збуджуючих конденсаторів відбувається дискретно, шляхом підключення відповідної кількості конденсаторних батарей.

Сигнал з блоку датчиків передається через блок узгодження сигналів (БУС) і через аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) та з аналізатора мережі (технічні характеристики блоку аналізатора параметрів електричної енергії дозволяють проводити вимір напруги, струму, активного та реактивного навантаження, на частотах 20…65 Гц, що важливо при роботі асинхронного генератора у складі автономного джерела живлення) до ЕОМ, де відбувається відображення експериментальних даних та їх збереження з можливістю подальшої обробки [4].

При наявності номінального значення напруги та частоти на затискачах асинхронного генератора, відбувається підключення, за допомогою FQ12, необхідного для проведення дослідження, навантаження необхідного номіналу та типу.

Для дослідження роботи навантаження від мережі постійного струму вмикається FQ6, та підключається навантаження необхідного номіналу за допомогою FQ9.

Для дослідження роботи навантаження від мережі змінного трифазного струму через уставку постійного струму вмикається FQ6, та підключається навантаження необхідного номіналу за допомогою FQ11.

Рисунок 1 – Функціональна схема лабораторного комплексу

З метою дослідження більш широкого спектру електричних параметрів, в електротехнічнічній системі, що живиться від автономного асинхронного генератора з короткозамкненим ротором, є можливість застосування аналізатора мережі, що в свою чергу має можливість адекватно вимірювати електричні параметри, за частоти мережі відмінної від 50 Гц, та відображати виміряні параметри мережі в режимі реального часу та передавати на комп’ютер, для подальшого збереження та обробки [5].

Також для візуального контролю електричних параметрів під час проведення експериментальних досліджень у комплексі присутні аналогові пристрої, що відображають електричні параметри ключових силових ланцюгів. Таким чином на даному лабораторному стенді є можливість проводити лабораторні дослідження всіх можливих режимів роботи асинхронного генератора з короткозамкненим ротором у складі автономних джерел електричної енергії.

Розроблений лабораторний стенд дозволяє проводити наступні лабораторні роботи [6]:

– дослідження енергетичних характеристик та перехідних процесів при роботі автономного джерела електричної енергії на базі асинхронного генератора з короткозамкненим ротором на різне по характеру навантаження;

– дослідження роботи автономної електротехнічної системи під час перехідних процесів, які виникають при комутації;

– дослідження динамічних та статичних характеристик асинхронного приводного двигуна з короткозамкненим ротором;

– дослідження динамічних та статичних характеристик автономного джерела електричної енергії на базі асинхронного генератора з короткозамкненим ротором.

Висновки. Лабораторний стенд для дослідження автономного живлення електротехнічної системи на базі джерел електричної енергії з асинхронними генераторами, підвищує якість навчання, тому що дозволяє наочно демонструвати зовнішні характеристики асинхронного генератора 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. 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

3. Коренькова Т. В., Михайличенко Д.А., Костюк Ю.С. Компьютеризированный лабораторный комплекс для исследования режимов работы насосной установки с регулируемым электроприводом // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Зб. наук. пр. КДПУ. – Кременчук: КДПУ, 2003. – Вип. 1(18). − С. 55−58.

4. Бойко С.М. Лабораторний стенд для дослідження роботи різних видів відновлюваних джерел живлення на спільне навантаження / Бойко С.М., Карлик Є.П. // XXXVI научно-техническая конференция преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской национальной академии городского хозяйства. «Городской електротранспорт, электроснабжение и освещение городов». Программа и тезисы докладов. Часть 2. – Харьков, 2012. – С. 59-60

5. 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

6. Калинов А.П., Гладырь А.И. Универсальное учебно-исследовательское оборудование для электромеханических лабораторий // Електромеханічні і енергозберігаючі системи. Щоквартальний науково-виробничий журнал. – Кременчук: КДПУ, 2007. – Вип. 1/2007 (1). – С. 14-19.