Синхронная машина в режиме генератора формируемого источника электропитания

ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ СИСТЕМИ ТА АВТОМАТИЗАЦІЯ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вісник КДПУ. Випуск 3/2006 (39). Частина 2.

2

Синхронная машина в режиме ГЕНЕРАТОРА ФОРМИРУЕМОГО ИСТОЧНИКА электропитания

Низимов В.Б., Колычев С.В., Низимов Р.В., Сторожко В.С.

Днепродзержинский государственный технический университет

Создание формируемых источников электропитания для коммунальных, сельскохозяйственных и промышленных предприятий предусматривает повышение надежности электропитания ответственных объектов в ситуациях, связанных с системным нарушением электроснабжения [1]. Применение созданных мобильных автономных источников резервного питания на базе транспортных средств, например, ПАЭС-2500, эсд, асда [2,3] в случае возникновения чрезвычайной ситуации может оказаться затруднительным для обеспечения энергоснабжения из-за недостаточного количества этих источников для территориально рассредоточенных электропотребителей.

При создании формируемых источников аварийного электропитания в качестве первичного двигателя целесообразно использовать тепловые двигатели транспортных средств: большегрузных автомобилей, тепловозов, а в некоторых случаях и легковых автомобилей.

В качестве источника электрической энергии могут применяться все типы электрических машин как постоянного, так и переменного тока.

Применение асинхронных двигателей в качестве источника электрической энергии имеет определенные преимущества перед другими электрическими машинами: простота и надежность конструкции, меньшие габариты и вес. Существенным недостатком асинхронных генераторов является необходимость создания сложных систем емкостного возбуджения. При этом возникает проблема стабилизации выходного напряжения асинхронного генератора при пуске асинхронных двигателей соизмеримой мощности. Причем в зависимости от количества подключаемых потребителей и их мощности должна изменяться величина емкости.

В отличие от асинхронных синхронные генераторы имеют возможность глубокого независимого регулирования тока возбуждения, а значит выходного напряжения генератора. Кроме того, синхронные двигатели всегда имеют систему возбуждения с возбудителями различных типов.

Таким образом, для создания формируемых источников электропитания достаточно произвести агрегатирование имеющегося синхронного двигателя с тепловым двигателем транспортного средства с незначительной переделкой системы возбуждения.

Однако, при этом возникает задача исследования режимов самовозбуждения машин и стабилизации выходного напряжения, что невозможно без математического описания формируемых источников электропитания.

Цель работы - разработка математических моделей синхронной машины в режиме генератора и исследование процессов самовозбуждения и стабилизации выходного напряжения.

Материал и результаты исследований. Наличие возможных возмущающих воздействий приводит к отклонению выходных параметров генератора от их номинальных значений. Поэтому синхронные генераторы снабжаются системами автоматического регулирования возбуждения различных типов.

Исследование динамических и установившихся режимов синхронных машин является довольно сложным, поскольку синхронная машина описывается системой нелинейных дифференциальных и алгебраических уравнений, решение которой практически невозможно без использования вычислительной техники. Наличие устройств самовозбуждения, в состав которых входят измерительные трансформаторы и диодные выпрямители, еще больше усложняют задачу исследований как в режиме холостого хода, так и в режиме стабилизации выходного напряжения.

Для исследования неустановившихся режимов синхронной машины в режиме генератора целесообразно выполнить математическое описание в системе фазных координат, которая наиболее полно отвечает реальным физическим процессам. В связи с тем, что дифференциальные уравнения контуров машины содержат переменные коэффициенты, которые являются периодическими функциями углов поворота ротора, то решение этой системы уравнений встречает значительные трудности.

Кроме того, параметры синхронной машины обычно приводятся для продольной и поперечной осей, что требует их пересчета к фазным координатам. Поэтому математическое описание синхронной машины предпочтительно выполнить в ортогональных координатах.

Уравнение синхронной машины в ортогональной системе координат имеет вид:

где u_d, u_q, u_f - составляющие напряжения по соответствующим осям и напряжение возбуждения;

- соответственно потокосцепления и токи контуров; - активные сопротивления статора, обмотки возбуждения (ОВ) и демпферных контуров по продольной и поперечной осям; - угловая скорость ротора; x_ad, x_aq - сопротивления взаимной индукции по продольной и поперечной осям; - индуктивные сопротивления рассеяния соответствующих контуров.

При работе синхронной машины в режиме генератора входными величинами являются угловая скорость и момент первичного (например, теплового) двигателя и напряжение возбуждения (от аккумуляторной батареи или системы самовозбуждения), а выходными - напряжение на выводах статора, а также ток нагрузки.

Особенность работы СМ в режиме генератора не позволяет использовать существующие математические модели. Анализ системы уравнения (1) при работе СМ в режиме холостого хода при подаче напряжения возбуждения на ОВ приводит к протеканию тока i_f и возникновению продольного потосцепления _d. Это вызывает протекание тока по контурам статора, что не соответствует физике процесса. Поэтому при математическом описании режимов самовозбуждения необходима модель, которая исключает протекание токов по контурам статора в режиме холостого хода.

На основе системы уравнений (1) и уравнения механического равновесия разработана структурная схема синхронной машины в режиме генератора (рис. 1).

Для исследования неустановившихся процессов, приведенная на рис. 1 структурная схема СМ, дополняется структурными моделями преобразователя координат d, q в фазную систему, трехфазного выпрямителя напряжения, а также моделью блока коммутации напряжения самовозбуждения. Блок-схема модели СМ представлена на рис. 2.

На основе разработанной математической модели выполнены расчеты переходных процессов возбуждения и самовозбуждения синхронной машины.

Расчетные зависимости напряжения статора синхронной машины по осям d и q в момент подключения блока самовозбуждения приведены на рис. 3, 4.

Процесс нарастания напряжения на выводах статора в фазных координатах в режиме самовозбуждения представлен на рис. 5.

Из расчетных зависимостей следует, что при подаче напряжения на ОВ возникает только составляющая напряжения по поперечной оси. При подключении системы самовозбуждения возникает и составляющая напряжения по продольной оси. Процесс самовозбуждения в фазных координатах соответствует процессам, протекающим в реальной синхронной машине в режиме холостого хода.

электропитание генератор напряжение

Разработанное математическое описание, структурные схемы и программа расчетов позволяют исследовать режимы возбуждения и самовозбуждения СМ, как при холостом ходе, так и при подключении нагрузки.

Литература

1. Шокарев Д.А., Колесник Я.Н. Анализ систем возбуждения асинхронных генераторов. - Кременчук: Наук.праці КДПУ. Вып.1/2003. - С. 116-120.

2. Комаров Д.Т., Молоснов Н.Ф. Резервные источники электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. м.: Энергоатомиздат, 1990. - 88 с.

3. Торопов А.К. Передвижные электростанции и электрооборудование. - М.: Госгеолтехиздат, 1987. - 116 с.

Размещено на Allbest.ru