Робота вітроелектричних установок на автономне навантаження

Размещено на http://www.allbest.ru/

Робота вітроелектричних установок на автономне навантаження

Робота синхронної ВЕУ на автономне навантаження

Основними характеристиками генераторів синхронних ВЕУ, працюючих на автономне навантаження, є зовнішні і регулювальні характеристики. Зовнішні характеристики синхронних генераторів (СГ) є залежностями напруги U від струму навантаження І при незмінному струмі збудження , в частоті обертання ротора п і коефіцієнті потужності навантаження. Регулювальні характеристики є залежностями струму збудження від струму навантаження 1 при U, п і . Вони показують, як треба змінювати струм збудження генератора, щоб підтримувати напругу постійною при зміні навантаження. Ці характеристики при різних за характером навантаженнях, але при незмінних значеннях приведені на рис. 7.1.

При холостому ході напруга на затискачах генератора дорівнює ЕРС холостого ходу, . Характер зміни напруги при включенні навантаження визначається в основному дією реакції якоря. Якщо зовнішнє навантаження чисто активне (), то реакція якоря є переважно поперечною і її розмагнічуюча дія невелика. Зовнішня характеристика має малий нахил до осі (рис. 7.1, a, крива 2).

При змішаному активно-індуктивному навантаженні () розмагнічуюча дія подовжньої реакції якоря виявляється сильніша і зовнішня характеристика (рис. 7.1, а, крива 3) проходить нижче, ніж при активному навантаженні. У цих випадках для підтримки напруги не змінний струм збудження має бути збільшений (рис. 7.1, б, криві 2 і 3).

Рисунок 7.1 - Зовнішні (а) і регулювальні (б) характеристики синхронного генератора при роботі на автономне навантаження

Якщо навантаження генератора активно-ємнісне (), реакція якоря чинить підмагнічуючу дію і зі збільшенням струму якоря до певного значення напруга на затисках якоря підвищується (рис. 7.1, а, крива 1), а струм збудження для підтримки необхідно зменшувати (рис. 7.1, б, крива 1).

При експлуатації генераторів в реальних умовах стабілізація напруги здійснюється регуляторами збудження, які впливають на величину магнітного потоку, а отже, і на ЕРС за рахунок збільшення (при активно-індуктивному навантаженні) струму збудження ротора.

Робота ВЕУ з асинхронним генератором в автономному режимі

Відомо, що в усіх експлуатаційних режимах (режим двигуна або генератора) асинхронна машина (AM) споживає з мережі реактивну потужність, необхідну для створення магнітного поля. При автономній роботі AM в генераторному режимі магнітне поле в повітряному проміжку створюється в результаті взаємодії МРС усіх фаз і МРС обмотки ротора та характер розподілу МРС визначає характер розподілу магнітного поля на полюсному поділку. У асинхронному генераторі (АГ) цей потік дуже близький до синусоїдального і при обертанні ротора індукує у фазах статора і в обмотці ротора ЕРС і , які можна прийняти синусоїдальними.

У сталому режимі роботи основні співвідношення для АГ із самозбудженням визначаються зі схеми заміщення (рис. 7.2). Основна відмінність тільки в тому, що до її виводів підключений опір навантаження та конденсатори для забезпечення самозбудження й регулювання напруги при зміні навантаження АГ з опорами і , а рівняння електричної рівноваги мають вигляд

(7.2)

Рисунок 7.2 - Електрична схема заміщення автономного асинхронного генератора

При цьому

(7.3)

Як видно, напруга при роботі під навантаженням змінюється як за рахунок падіння напруги на опорах і , так і за рахунок зниження магнітного поток)', пов'язаного з розмагнічуючою дією МРС ротора. Якщо магнітне коло АГ виконане з досить сильним насиченням, то потік залишається майже постійним і напруга при збільшенні навантаження змінюється у меншій мірі, а його зовнішня характеристика виходить "жорсткішою".

Як було відмічено раніше, АД, підключений до трифазної мережі змінного струму, при частоті обертання ротора, більшої, ніж частота обертання поля статора, переходить в генераторний режим і віддає в мережу активну потужність, споживаючи з мережі реактивну потужність, необхідну для створення магнітного поля взаємної індукції, що обертається. Гальмівний електромагнітний момент, що діє на роторі, долається приводним двигуном - дизелем, гідротурбіною, вітродвигуном і тому подібне.

Для збудження автономно працюючого АГ потрібна наявність джерела реактивної потужності - батареї конденсаторів або синхронного компенсатора, підключених до обмотки статора. При цьому майже природною видається робота АГ при надсинхронному ковзанні, коли швидкість обертання ротора виша за швидкість магнітного поля (), що обертається. Проте практично АГ може збуджуватися при частоті обертання ротора, значно меншої синхронної, причому значення напруги і частоти струму виявляються пропорційні частоті обертання ротора і, крім того, залежними від схеми з'єднання конденсаторів.

Автономна робота АГ в режимі самозбудження від потоку залишкового намагнічення можлива, якщо до виведень обмотки статора підключити конденсатори, необхідні як джерело реактивної потужності , для збудження магнітного поля АГ, а при його роботі на активно-індуктивне навантаження конденсатори повинні служити джерелом реактивної потужності і для навантаження (рис. 7.3).

Процес самозбудження АГ відбувається так само як і у генератора постійного струму, за умови наявності потоку залишкового намагнічування . При обертанні ротора від приводного двигуна магнітний потік залишкового намагнічування індукує в обмотці статора ЕРС , яка викликає в конденсаторах С струм. Цей струм, будучи ємнісним (що випереджає), протікаючи по обмотці статора, підмагнічує АГ, посилює , що призводить до зростання ЕРС , подальшому зростанню струму і потоку і так далі (рис. 7.4, а). Закінчення процесу самозбудження відповідає точці - перетинанню характеристики холостого ходу / (характеристики намагнічування) АГ з вольт-амперною характеристикою конденсаторної батареї 2 () при ЕРС і струмі статора .

Рисунок 7.3 - Схема конденсаторного збудження асинхронного генератора

Рисунок 7.4 - Процес самозбудження асинхронного генератора від конденсаторної батареї

асинхронний генератор конденсаторний

Напруга на генераторі залежить від ємності конденсаторів чим менше ємність С, тим більше кут . При малих значеннях ємності характеристика не перетинається з характеристикою холостого ходу і генератор не збуджується. У ряді випадків початок процесу самозбудження АГ може бути забезпечений шляхом розряду на обмотку заздалегідь зарядженої конденсаторної батареї.

Кут визначається зі співвідношення

(7.4)

Самозбудження АГ під навантаженням вимагає збільшення ємності С, що добре ілюструє рис. 7.4, б, де крива 3 - це характеристика навантаження АГ. Точка - точка закінчення самозбудження. При цьому

(7.5)

Оскільки , то . Реактивна потужність конденсаторів визначається сумою реактивних потужностей генератора і навантаження тобто

(7.6)

Необхідна ємність конденсаторів може бути розрахована із слів- відношень

або(7.7)

де - кутова частота.

Як видно з (7.7), при зміні навантаження АГ ємність конденсаторів необхідно регулювати. Відповідно її треба регулювати і при зміні кута цн навантаження.

Отримали застосування електромашинні джерела енергії з АГ, що збудженні за допомогою вентильних перетворювачів, наприклад, автономних інверторів напруги (АІН), або працюючих в режимі самозбудження із застосуванням конденсаторів або з використанням акумуляторної батареї.

При оцінці загальних показників автономного АГ необхідно враховувати, окрім розглянутої вище істотної зміни напруги, такі експлуатаційні чинники, як зміна частоти генерованої напруги, яка варіює зі зміною навантаження і ковзання, якщо частота обертання ротора підтримується постійною, а також коливання вихідної напруги U, що з'являється внаслідок електричної і магнітної асиметрії ротора.

При оцінці техніко-економічних показників автономного АГ враховується також необхідність в конденсаторній батареї, як джерелі реактивної потужності для створення магнітного поля і компенсації реактивності навантаження. Значення реактивної потужності, що витрачається на створення магнітного поля АГ з магнітною індукцією в проміжку , визначається із співвідношення

(7.8)

де - питома енергія магнітного поля; - повний об'єм повітряного проміжку.

З іншого боку, величина реактивної потужності конденсаторної батареї

(7.9)

і може регулюватися або зміною ємності конденсаторів , або ж величиною напруги .

Стабілізувати вихідну напругу АГ можливо в основному зміною магнітного потоку, що може бути досягнуто:

- зміною ємності конденсаторів, підключених до обмоток статора або фазного ротора;

- застосуванням керованих реакторів або нелінійних конденсаторів (варикондів);

- зміною напруги на конденсаторах;

- підмагнічуванням осердя статора.

Найскладніше стабілізувати напругу АГ при змінній частоті обертання ротора і зміні навантаження, коли одночасно змінюється і величина, і частота вихідної напруги.

Размещено на Allbest.ru