5.2 Метод безпосереднього навантаження електричних машин і трансформаторів з видачею енергії в мережу

Реалізація цього методу вимагає, як правило, багатократного перетворення енергії й складного комплекту випробувального обладнання. Тому його використання економічно доцільно при випробуванні електричних машин середньої та великої потужності. Розглянемо використання цього методу для електричних машин різного типу.

Машини постійного струму. При випробуваннях двигуна постійного струму його живлення здійснюється або від мережі постійного струму, або від керованого випрямляча. Навантаженням випробувального двигуна ВД (рисунок 5.1, а) є електромашинне гальмо, яке використовується як генератор постійного струму з незалежним збудженням ГПС. До ГПС під’єднується якір (armature) двигуна постійного струму з подальшим збудженням ДПС за схемою “генератор-двигун”, при використанні якої частота обертання  ДПС підтримується постійною при зміні частоти обертання  ВД у широкому діапазоні. ДПС призводить до обертання синхронний генератор СГ, який віддає частину спожитої при випробуваннях енергії в мережу. Регулювання навантаження двигуна ВД здійснюється збільшенням струму збудження генератора ГПС, що призводить до збільшення моменту ДПС та потужності СГ, яка віддається в мережу.

Рисунок 5.1 – Принципова схема випробування під навантаженням електричних машин постійного струму:

а – двигуна; б – генератора

При випробовуваннях під навантаженням випробувальний генератор постійного струму ВГ (рисунок 5.1, б) приводиться в обертання з частотою  двигуном Д (асинхронним при  або постійного струму при необхідності зміни  відповідно до паспортних даних генератора ВГ). Як навантаження ВГ використовується двигун постійного струму , енергія якого після потрійного перетворення в машинах постійного струму (генераторі ГПС і двигуні ) і синхронному генераторі СГ віддається в мережу змінного струму. Використання генератора ГПС і двигуна , з’єднаних за схемою “генератор-двигун”, викликаний необхідністю стабілізації частоти обертання  синхронного генератора СГ. На рисунку 5.1 стрілками вказано напрямок активної потужності, яка перетворюється електричними машинами.

У багатьох випадках для спрощення схем випробування машин постійного струму з поверненням енергії в мережу замість механічно зв’язаного двигуна постійного струму та синхронного генератора використовують статичний перетворювач постійного струму в змінний потрібної частоти (інвертор), вхід якого під’єднаний до генератора ГПС, а вихід – до мережі. Регулювання потужності в цьому випадку здійснюється за рахунок зміни тривалості провідного стану перетворювача.

Синхронні машини. Випробуваний синхронний двигун ВД (рисунок 5.2, а) живиться від мережі змінного струму (у випадку необхідності регулювання напруги двигуна з’єднується з мережею через автотрансформатор або індукційний регулятор) та призводить до обертання навантажувальний генератор постійного струму ГПС, якір якого з’єднаний з якорем двигуна постійного струму ДПС (схема “генератор-двигун”), швидкість якого підтримується постійною.

Рисунок 5.2 – Принципова схема випробування під навантаженням синхронних електричних машин

а – двигуна; б – генератора

Двигун ДПС механічно зв’язаний із синхронним генератором, який віддає енергію в мережу. Зауважимо, що навантажувальний генератор ГПС під час запуску синхронного двигуна ВД, може використовуватись як розгінний двигун, який отримує живлення від мережі постійного струму. У цьому випадку може бути забезпечена точна синхронізація випробуваного синхронного двигуна з мережею без кидків струму.

Під випробуванням під навантаженням випробуваний синхронний генератор ВГ (рисунок 5.2, б) приводиться до обертання з незмінною частотою  двигуном постійного струму ДПС і працює паралельно з мережею. Двигун ДПС, як правило, приєднується до генератора постійного струму ГПС, який обертається синхронним двигуном АД. Навантаження генератора ВГ регулюється шляхом зміни моменту на валу двигуна ДПС.

Для узгодження напруги синхронного генератора та мережі в схему стенда може бути при необхідності введений автотрансформатор або трансформатор відповідної потужності. При наявності на випробувальній станції окремої регулювальної мережі постійного струму живлення двигуна ДПС здійснюється безпосередньо від цієї мережі, що дозволяє суттєво скоротити комплект електрообладнання для випробувань.

При використанні схеми, яка наведена на рисунку 5.2, збудження машини постійного струму ГПС і ДПС, які створюють систему “генератор-двигун”, здійснюється від джерела постійного струму, тобто машини ГПС і ДПС мають незалежне збудження.

Асинхронні машини. Випробування асинхронного двигуна ВД під навантаженням (випробування асинхронного генератора не розглядається, оскільки їх використання обмежене) проводяться аналогічно випробуванням синхронного двигуна за схемою рисунка 5.2, а. Для узгодження напруги мережі з напругою випробуваного двигуна й синхронного генератора використовуються трансформатори або автотрансформатори. У випадку нестандартної напруги двигуна використовують також індукційні регулятори.

У практиці випробувань широке розповсюдження отримали навантажувальні стенди, які використовують балансувальну машину постійного струму. Такі стенди отримали назву динамометричних гальм постійного струму та призначаються для вимірювання статичних моментів як у двигунному, так і генераторному режимах роботи випробуваної машини.

При роботі балансирної машини постійного струму БМ (рисунок 5.3) в режимі генератора (випробувана машина ВМ – двигун) як її навантаження використовується машина постійного струму МПС, яка призводить до обертання асинхронну машину АМ, що працює в режимі генератора, і збудник постійного струму 3. Регулювання потужності або моменту на валу випробуваного двигуна здійснюється зміною частоти обертання асинхронного генератора за допомогою машини постійного струму. При роботі в режимі двигуна (випробувана машина-генератор) балансирна машина БМ отримує живлення від машини постійного струму МПС, яка приводиться до обертання сумісно зі збудником З асинхронною машиною АМ, яка працює в режимі двигуна.