Переходные процессы в автономной энергоустановке с асинхронным генератором
Функциональная схема работы микро гидроэлектростанции. Уравнение механической характеристики нерегулируемой быстроходной гидротурбины пропеллерного типа. Особенности конденсаторного самовозбуждения асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 31.08.2018 |
Размер файла | 197,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
В качестве генераторов в микроГЭС, ветроэнергетических и бензоэлектрических, сварочных, импульсных и других автономных установках нашли применение как синхронные, так и асинхронные генераторы. Асинхронные генераторы с короткозамкнутым ротором проще, дешевле и надежнее, но требуют устройства для их возбуждения и регулирования. Возбуждение асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором осуществляется с помощью конденсаторов или вентильного преобразователя [1, 2]. К настоящему времени выполнен ряд обширных исследований в этой области электромеханики. Рассмотрена физическая картина конденсаторного самовозбуждения, сформулирован ряд критериев и условий самовозбуждения, предложены методы определения границ области устойчивой работы, созданы конденсаторы с малой удельной массой, реализованы различные варианты управляемых источников реактивной мощности и регуляторов напряжения на базе силовых интегральных полупроводниковых модулей. Вместе с тем требует более глубокого исследования динамика процесса конденсаторного самовозбуждения, сброса-наброса нагрузки с учетом эффекта насыщения магнитопровода и влияния механической характеристики первичного двигателя. Рассмотрим эти процессы на примере микроГЭС. Современная микроГЭС [3, 4] содержит гидротурбину, генератор и автобалластную нагрузку (рис. 1).
Рис. 1. Функциональная схема микроГЭС: ГТ - гидротурбина; Г - генератор; Н - полезная нагрузка; БН - автобалластная нагрузка; РБН - регулятор автобалластной нагрузки
Нерегулируемые быстроходные гидротурбины пропеллерного типа нашли наиболее широкое применение в микроГЭС. Уравнение механической характеристики такой гидротурбины имеет вид [3]
, (1)
где МHOM, щHOM - номинальный момент и частота вращения.
Развитие общей теории электрических машин показало, что для описания поведения в электромеханической системе электрическую машину удобно рассматривать как совокупность магнитосвязанных электрических цепей с сосредоточенными параметрами. При таком подходе электрическая машина описывается в общем случае системой дифференциальных уравнений с периодическими коэффициентами, для исключения которых применяют различные координатные преобразования. Выбор новой системы координат определяется особенностями конкретной схемы, режимами работы машины, целью исследований. Для моделирования трехфазного асинхронного генератора, обмотка статора которого соединена звездой с изолированной нейтралью, используем уравнения асинхронной машины в прямоугольной системе координат dq, вращающихся со скоростью щk [1]:
; (2)
;
;
.
Здесь потокосцепления:
;
;
;
.
Напряжения и токи в старой и новой системе координат связаны следующими соотношениями:
;
;
.
Электромагнитный момент:
. (3)
Уравнение механического равновесия:
, (4)
где J - момент инерции вращающихся частей ротора и гидротурбины.
Насыщение магнитной цепи асинхронной машины определяется воздействием как поля основной гармоники воздушного зазора, так и полей рассеяния. Большая часть магнитных линий полей рассеяния замыкается по магнитопроводу. В асинхронной машине с насыщенной зубцовой зоной это, в конечном счете, приводит к уменьшению как главных индуктивностей, так и индуктивностей рассеяния. Однако при исследовании асинхронного генератора достаточно учесть только насыщение от поля основной гармоники, так как при работе в замкнутой системе регулирования перегрузки по току обычно не превышают двукратных и дополнительное насыщение магнитопровода от полей рассеяния несущественно. Для учета насыщения вводим в исходные данные кривую намагничивания:
,
полученную расчетным или опытным путем.
Уравнение для активно-емкостной нагрузки для фазы А статора:
, (5)
где активный ток нагрузки:
.
Аналогично формируются уравнения для фаз В и С. В общем случае нагрузка по фазам может быть несимметричной.
Рис. 2. Компьютерная модель микроГЭС
Автобалластная нагрузка состоит из управляемого тиристорного выпрямителя, выполненного по трехфазной мостовой схеме с активной нагрузкой в цепи постоянного тока. Тиристоры моделировались как управляемые ключи с учетом порогового напряжения и динамического сопротивления в открытом состоянии. Угол открывания тиристоров формировался пропорционально току нагрузки с поправкой на отклонение от заданного напряжения.
По уравнениям (1-5) была сформирована компьютерная модель микроГЭС (рис. 2) и исследована динамика процессов самовозбуждения генератора и сброса-наброса нагрузки. Исследовались переходные процессы и качество генерируемой электроэнергии микроГЭС с параметрами: номинальная мощность PHOM=10 кВт, номинальное линейное напряжение UHOM=400 В, номинальная частота fHOM=50 Гц, параметры схемы замещения асинхронной машины: R1=0,69 Ом, R2=0,27 Ом, X1=1,04 Ом, X2=1,37 Ом, емкость конденсатора C=250 мкФ, балластное сопротивление R=28 Ом. Кривая намагничивания U=[191; 267; 343; 419; 457; 495] В, Iµ=[3,48; 5; 6,66; 9,78; 14,28;23,67] А.
В результате исследований установлено, что в процессе конденсаторного самовозбуждения асинхронного генератора возникают перенапряжения, наиболее значительные в режиме холостого хода генератора. Причина их появления заключается в увеличении магнитного потока и частоты вращения ротора в процессе раскрутки гидротурбины. Рост магнитного потока, а значит и перенапряжений, ограничивается насыщением магнитопровода (рис. 3, 4, 5).
Рис. 3. Действующее значение линейного напряжения в процессе самовозбуждения без учета насыщения при холостом ходе
Нарастание частоты вращения ротора зависит от механической характеристики гидротурбины и нагрузки генератора. Исследования показали, что амплитуда перенапряжений не зависит от начального значения частоты вращения ротора. Запуск микроГЭС при неподвижном вале генератора отличается от аналогичного запуска при номинальной частоте вращения вала генератора лишь тем, что при нем установившийся режим наступает позже.
При использовании нерегулируемой гидротурбины ограничить перенапряжения позволяет автобалластная нагрузка. Установлено, что при правильной настройке автобалластной нагрузки удается снизить перенапряжения с 2UHOM до 1,7UHOM. Полностью устранить перенапряжения не удается, и они должны учитываться при выборе конденсаторов, регулятора автобалласта и эксплуатации микроГЭС.
Рис. 4. Действующее значение линейного напряжения в процессе самовозбуждения с учетом насыщения при холостом ходе
Рис. 5. Действующее значение линейного напряжения при набросе номинальной нагрузки
Рис. 6. Отклонения линейного напряжения ?U (%) от номинального значения в зависимости от мощности нагрузки PH
Рис. 7. Отклонения частоты на выходе генератора ?f (%) от номинального значения в зависимости от мощности нагрузки PH
Исследования качества генерируемой электроэнергии показали, что при автобалластном регулировании отклонения амплитуды напряжения не превышают 6 %, а частоты - 8 % (рис. 6, 7). Искажение синусоидальной формы напряжения несущественно, что объясняется фильтрующими свойствами конденсаторов и асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором. Для высших временных гармоник он находится в режиме, близком к короткому замыканию.
В процессе конденсаторного самовозбуждения асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором возникают кратковременные перенапряжения, наиболее значительные в режиме холостого хода. Они ограничиваются насыщением магнитопровода. Подключение регулируемой автобалластной нагрузки позволяет снизить перенапряжения и обеспечить стабилизацию напряжения и частоты в допустимых пределах. Для улучшения стабилизации частоты необходимо дополнительное регулирование емкости конденсаторов.
Литература
гидротурбина конденсаторный асинхронный генератор
1. Костырев М.Л., Скороспешкин А.И. Автономные асинхронные генераторы с вентильным возбуждением. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 160 с. - ISBN- 5-283-00666-2.
2. Торопцев Н.Д. Асинхронные генераторы автономных систем. - М.: Знак, 1997. - 288 с. - ISBN-5-87789-025-5.
3. Лукутин Б.В., Сипайлов Г.А. Использование механической энергии возобновляемых природных источников для электроснабжения автономных потребителей. - Фрунзе.: Илим, 1987. - 135 с.
4. Лукутин Б.В., Обухов С.Г. Микрогидроэлектростанция с автобалластной нагрузкой, регулируемой по частоте выходного напряжения // Электромеханика. - 1990. - № 6. - С. 111-119.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет параметров обмотки статора и ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Расчет механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме по приближенной формуле М. Клосса и в режиме динамического торможения.
курсовая работа [827,2 K], добавлен 23.11.2010Режим электромагнитного тормоза асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (противовключение): механические характеристики режима динамического торможения, принципа действия схемы торможения АД : порядок ее работы и назначение органов управления.
лабораторная работа [200,4 K], добавлен 01.12.2011Расчет мощности и нагрузочные диаграммы двигателя с короткозамкнутым ротором типа 4MTKF(H)112L6. Определение передаточного числа и выбор редуктора. Расчет статистических моментов системы электропривод - рабочая машина. Схема подключения преобразователя.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 14.12.2013Принципы управления электромагнитными процессами при пуске и торможении. Особенности конденсаторного торможения. Выбор электрооборудования, коммутационной и защитной аппаратуры для создания установки асинхронного электропривода. Техника безопасности.
дипломная работа [7,4 M], добавлен 23.10.2011Основные особенности лабораторной установки для испытания асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в трехфазном, однофазном и конденсаторном режимах. Общая характеристика принципов действия однофазного и конденсаторного асинхронных двигателей.
лабораторная работа [381,6 K], добавлен 18.04.2013Определение параметров схемы замещения однофазного трансформатора, экспериментальное построение внешней характеристики. Механические характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Внутренне устройство и принцип действия генератора.
лабораторная работа [1,4 M], добавлен 29.06.2012Размеры, конфигурация, материал магнитной цепи трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами. Тепловой и вентиляционный расчеты, расчет массы и динамического момента инерции.
курсовая работа [4,0 M], добавлен 22.03.2018Роль электротехники в развитии судостроения. Функциональная схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Принцип работы электрической схемы вентилятора. Технология монтажа электрической схемы, используемые материалы и инструменты.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 12.12.2009Расчет рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Определение числа пазов статора, витков в фазе обмотки сечения провода обмотки статора. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Расчёты основных потерь.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 10.01.2011Данные двигателя постоянного тока серии 4А100L4УЗ. Выбор главных размеров асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Расчет зубцовой зоны и обмотки статора, конфигурация его пазов. Выбор воздушного зазора. Расчет ротора и магнитной цепи.
курсовая работа [4,8 M], добавлен 06.09.2012Построение нагрузочной диаграммы электродвигателя привода. Определение необходимой мощности асинхронного двигателя привода. Расчет продолжительности пуска электродвигателя с нагрузкой. Электрическая схема автоматического управления электродвигателем.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 07.05.2019Расчет авиационного генератора с параллельным возбуждением. Расчет трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и выпрямительного устройства. Выбор схемы выпрямителя. Зависимость плотности тока в обмотках от мощности трансформатора.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 13.01.2014Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Конструкция асинхронного двигателя с фазным ротором. Снижение тока холостого хода. Магнитопровод и обмотки. Направление электромагнитных сил. Генераторный режим работы.
презентация [1,5 M], добавлен 09.11.2013Ремонт трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Основные неисправности асинхронного двигателя с фазным ротором. Объем и нормы испытаний электродвигателя. Охрана труда при выполнении работ, связанных с ремонтом электродвигателя.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 28.01.2011Проектирование и расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором по заданным исходным характеристикам, установленным в соответствии с требованиями государственных и отраслевых стандартов. Расчет обмоток статора, ротора, намагничивающего тока.
курсовая работа [229,4 K], добавлен 04.11.2012Паспортные данные устройства трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Определение рабочих характеристик двигателя: мощность, потребляемая двигателем; мощность генератора; скольжение; КПД и коэффициент мощности двигателя.
лабораторная работа [66,3 K], добавлен 22.11.2010Конструкция асинхронного двигателя и определение главных размеров. Электромагнитные потери, рабочие и пусковые характеристики. Построение круговой диаграммы, тепловой, вентиляционный и механический расчет. Экономическая выгода и технология сборки.
курсовая работа [701,8 K], добавлен 01.08.2010Паспортные данные асинхронного двигателя. Моделирование схемы в пакете SkyLab. Переходные процессы фазного тока и угловой скорости при пуске двигателя. Переходные процессы электромагнитного момента и угловой скорости. Динамическая пусковая характеристика.
лабораторная работа [270,3 K], добавлен 18.06.2015Разработка проекта трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором по заданным данным. Электромагнитный и тепловой расчет. Выбор линейных нагрузок. Обмоточные параметры статора и ротора. Параметры рабочего режима, пусковые характеристики.
курсовая работа [609,5 K], добавлен 12.05.2014Электромагнитный расчет трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Выбор главных размеров, определение числа пазов статора и сечения провода обмотки. Расчет размеров зубцовой зоны статора, ротора, намагничивающего тока.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 28.04.2014