Дослідження автономної електромеханічної системи на базі асинхронної машини в несиметричному режимі роботи
Проведены исследования влияния параметров асинхронной машины на её степень использования и характеристики в режиме автономного генератора при трехфазной и однофазной нагрузках и упрощенной несимметричной системе возбуждения. Проведено дослідження впливу параметрів асинхронної машини на її ступінь ви...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143192 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Дослідження автономної електромеханічної системи на базі асинхронної машини в несиметричному режимі роботи / Ю.В. Шуруб // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 2. — С. 55-56. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860033484972621824 |
|---|---|
| author | Шуруб, Ю.В. |
| author_facet | Шуруб, Ю.В. |
| citation_txt | Дослідження автономної електромеханічної системи на базі асинхронної машини в несиметричному режимі роботи / Ю.В. Шуруб // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 2. — С. 55-56. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Електротехніка і електромеханіка |
| description | Проведены исследования влияния параметров асинхронной машины на её степень использования и характеристики в режиме автономного генератора при трехфазной и однофазной нагрузках и упрощенной несимметричной системе возбуждения.
Проведено дослідження впливу параметрів асинхронної машини на її ступінь використання та характеристики в режимі автономного генератора при трифазному та однофазному навантаженнях та спрощеній несиметричній системі збудження.
Influence of induction machine parameters on its application efficiency and characteristics in selfcontained generator mode under three-phase and single-phase loads and with a simplified asymmetrical excitation system is studied.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:53:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №2 55
УДК 621.313
Ю.В. Шуруб
ДОСЛІДЖЕННЯ АВТОНОМНОЇ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОЇ СИСТЕМИ НА БАЗІ
АСИНХРОННОЇ МАШИНИ В НЕСИМЕТРИЧНОМУ РЕЖИМІ РОБОТИ
Проведено дослідження впливу параметрів асинхронної машини на її ступінь використання та характеристики в
режимі автономного генератора при трифазному та однофазному навантаженнях та спрощеній несиметричній
системі збудження.
Проведены исследования влияния параметров асинхронной машины на её степень использования и характеристики в
режиме автономного генератора при трехфазной и однофазной нагрузках и упрощенной несимметричной системе
возбуждения.
Автономні електромеханічні системи знаходять
широке застосування в галузях промисловості, будівни-
цтва, сільськогосподарського виробництва, побуті. Еле-
ктрогенераторні системи необхідні як для гарантованого
живлення широкого класу споживачів, які не допуска-
ють перерви електроживлення (птахоферми, доїльні
установки, холодильники), так і для об`єктів, віддалених
від стаціонарних електромереж (польові стани, літні
табори, фермерські і селянські господарства).
Відомо, що при інших рівних умовах асинхронні
генератори на базі асинхронних двигунів з коротко-
замкненим ротором за якістю виробляємої електро-
енергії не поступаються спеціальним синхронним
генераторам з постійними магнітами, але програють в
масо-габаритних показниках системи збудження і в
складності системи стабілізації напруги. Сучасні до-
сягнення в галузі конденсаторобудування та силової
напівпровідникової техніки створили передумови по-
будови ефективних автономних асинхронних генера-
торів (ААГ) малої та середньої потужності [1, 2].
При побудові асинхронного генератора на базі
асинхронного двигуна загальнопромислового призна-
чення постає питання допустимої по тепловому нава-
нтаженню потужності, що може виробляти асинхрон-
на машина (АМ) в генераторному режимі роботи.
В номінальному режимі роботи в якості двигуна
АМ споживає електричну потужність
100cos3
двдв1 ⋅
η
=ϕ=
N
N
NN
P
IUP , (1)
де UN,IN – номінальні лінійні напруга та струм статора,
cosϕдв – номінальний коефіцієнт потужності двигуна,
PN – номінальна механічна потужність двигуна на ва-
лу, ηN – номінальний ККД двигуна. В генераторному
режимі та же АМ виробляє електричну потужність
генллген1 cos3 ϕ= IUP , (2)
де cosϕген – коефіцієнт потужності АМ в генераторному
режимі, методика розрахунку якого базується на вико-
ристанні схеми заміщення асинхронної машини з ураху-
ванням насичення магнитного кола і змінних втрат у
сталі. При умові підтримання стабільної лінійної напру-
ги генератора Uл = UN, допустиме тривале значення P1 ген
визначимо як потужність, при якій лінійний струм не
перевищує номінальний, тобто Iл = IN. Тоді допустима
(габаритна) потужність асинхронного генератора (в три-
валому симетричному режимі роботи) дорівнює
дв
ген
дв
ген
1генген1 cos
cos
100
cos
cos
cos3
ϕ
ϕ
ηϕ
ϕϕ ⋅⋅===
N
N
двNN
P
РIUP . (3)
В формулі (3) невідомим є параметр
ген
cosϕ .
Інші параметри є каталожними даними.
Як показали дослідження [3], відношення коефі-
цієнтів потужності в генераторному режимі та режимі
двигуна cosϕген/cosϕдв при номінальних значеннях
напруг і струмів завжди менше одиниці. Це означає
згідно з формулою (1), що при виконанні умови непе-
ревищення допустимого теплового навантаження, АМ
в генераторному режимі здатна виробляти меншу
електричну потужність, ніж потужність, що споживає
та же АМ в номінальному режимі двигуна. Отже, при
проектуванні ААГ на базі асинхронного двигуна зага-
льнопромислового призначення необхідно знижувати
його потужність порівняно з номінальною електрич-
ною потужністю 100
дв1 ⋅
η
=
N
NP
Р в
дв
ген
cos
cos
ϕ
ϕ
раз. Роз-
рахунки [3] показали, що це заниження тим більше,
чим менша номінальна потужність і чим більша кіль-
кість пар полюсів.
Відомо, що в галузях АПК, коммунального гос-
подарства та будівництва переважає змішане трифаз-
но-однофазне навантаження (наприклад, асинхронні
двигуни і освітлення), тобто несиметричне активно-
індуктивне навантаження. Несиметричний режим ро-
боти автономного асинхронного генератора обумов-
лює деяке зниження його габаритної потужності порі-
вняно з викладеною вище для ААГ, що працює в си-
метричному режимі роботи. Це зниження обумовлене
виникненням додаткових втрат в АМ від зворотного
поля. Несиметрія може бути обумовлена як несимет-
ричним навантаженням (однофазним або змішаним
трифазно-однофазним), так і несиметричною систе-
мою збудження.
Крім того, в режимі роботи з несиметричним на-
вантаженням (однофазне, змішане трифазно-
однофазне навантаження) струми фаз можуть суттєво
відрізнятись один від одного, що спричиняє нерівно-
мірний нагрів статора. Як наслідок, навіть при сумар-
них втратах в АМ на рівні номінальних виникає не-
безпека локального перегріву фази трифазної обмот-
ки, що несе найбільше навантаження.
Вказані додаткові втрати і нерівномірний нагрів
знижують габаритну потужність машини при роботі в
несиметричному режимі. В літературі описані та до-
сліджені ряд схем ААГ, що призначені для роботи на
однофазне навантаження [4, 5]. В цьому режимі оп-
тимальними вважаються схеми з несиметричною сис-
темою збудження, що дозволяють в деякій мірі спрос-
тити систему стабілізації напруги при неповній ком-
пенсації напруги зворотної послідовності.
Задача досягнення повної симетрії на обмотках
статора АМ є досить складною технічною задачею, що
потребує неперервного регулювання по заданому зако-
ну ємностей конденсаторів системи збудження в усьо-
му діапазоні зміни навантаження, і в більшості випад-
ків є невиправданою по економічним причинам. Та-
кож, на наш погляд, для користувачів в галузях ПК
надлишковою є неперервна система стабілізації напру-
ги, що до того ж погіршує масо-габаритні показники
56 Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №2
генератора при використанні керованого дроселя або
підвищує його вартість та складність при використанні
напівпровідникових джерел реактивної потужності.
В даній роботі досліджується ААГ, що призна-
чений як для живлення трифазного, так і однофазного
навантаження (рис. 1). В зв’язку з цим для схеми єм-
нісної системи збудження вибраний компромісний
варіант: початкове збудження досягається за допомо-
гою симетрично включених конденсаторів С1-С3, що
визначають рівень напругу холостого ходу генерато-
ра. Збільшення навантаження призводить до змен-
шення напруги генератора. Для запобігання цього
застосована дискретна система стабілізації (СС) на-
пруги, що складається з дискретно (східчасто) регу-
льованої конденсаторної батареї з трьома секціями
С4,С5,С6 та електронного регулятора (ЕР). Контроль
напруги ведеться тільки по одній з фаз – по фазі С, за
допомогою датчика напруги (ДН). В залежності від
відхилення напруги від заданого значення регулятор
підключає необхідну кількість секцій конденсаторної
батареї паралельно фазі С. Таким чином, в процесі
регулювання напруги, що відбувається із ростом на-
вантаження, система стає несиметричною.
Рис.1. Схема автономного асинхронного генератора із
змішаним навантаженням
Теоретичне дослідження режимів роботи ААГ в
несиметричному режимі роботи є досить трудоміст-
кою задачею, в тому числі і через змінність амплітуди
магнітного потоку навіть у квазістатичному режимі,
що виникає через елиптичність магнітного поля [6].
До того ж, на характеристики автономного генератора
впливає нестабільність швидкості обертання первин-
ного двигуна.
З метою оцінки впливу несиметричної системи
збудження та стабілізації напруги на основні електри-
чні параметри і робочі характеристики ААГ, схема
якого представлена на рис. 1, були проведені експе-
риментальні дослідження електроагрегату, що склада-
ється з трифазного асинхронного двигуна типу
4А100L2У3 номінальною механічною потужністю 5,5
кВт, системи збудження з несиметричною дискрет-
ною системою стабілізації напруги та первинного
двигуна (ПД), в якості якого використовувався кар-
бюраторний двигун типу УД-25. Експерименти про-
водились при роботі на однофазне (Z1) та трифазне
(ZA,ZB,ZC) навантаження. Критерієм визначення габа-
ритної потужності ААГ в несиметричному режимі
роботи, враховуючи нерівномірність нагріву обмотки
статора в цьому режимі, будемо вважати умову непе-
ревищення статорним струмом будь-якої фази номі-
нального значення.
Експериментальні дослідження показали, що га-
баритні потужності даного ААГ склали 4 кВт при
трифазному симетричному навантаженні та 3,6 кВт
при однофазному і були обмежені номінальним зна-
ченням струму в одній з фаз АМ. Ці потужності скла-
ли відповідно 68% та 61% від отриманого вище для
цього двигуна значення габаритної потужності для
симетричного трифазного навантаження та симетрич-
ної системи збудження 5,9 кВт. Слід враховувати, що,
окрім несиметрії фазних струмів, на таке зниження
габаритної потужності також вплинула нестабільність
швидкості обертання первинного двигуна. При роботі
в діапазоні навантажень від нуля до габаритного не-
баланс напруг по фазам знаходився в межах 10%, від-
хилення напруги будь-якої фази від заданого значення
не перевищувало 8%, найбільше відхилення частоти
напруги від 50 Гц склало 4 Гц.
ВИСНОВКИ
— автономні генератори на базі асинхронних машин
загальнопромислового призначення є конкурентноз-
датними джерелами енергії завдяки надійності, прос-
тоті конструкції та сучасним системам збудження, що
вдосконалені завдяки новим високоефективним кон-
денсаторам та напівпровідниковим елементам;
— при проектуванні асинхронного генератора слід
враховувати, що допустима потужність, що генерує
АМ в генераторному режимі (габаритна потужність
ААГ) завжди менша, ніж потужність, що споживає та
же АМ в номінальному режимі двигуна. Ступінь ви-
користання габарита АМ в генераторному режимі
підвищується із збільшенням її номінальної механіч-
ної потужності і зменшенням полюсності;
— при роботі на однофазне або змішане трифазно-
однофазне навантаження габаритна потужність ААГ
зменшується порівняно з випадком симетричного
трифазного навантаження через додаткові втрати від
несиметрії струмів та нерівномірний нагрів статора. В
цьому випадку є доцільним використання двох секцій
конденсаторної батареї системи збудження: початко-
вої симетричної системи збудження на холостому
ході та несиметричної дискретно регульованої систе-
ми стабілізації напруги, що дозволяє досягти прийня-
тних показників якості вихідної електроенергії при
досить простій конструкції ААГ.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Джендубаев А-З.Р. Об удельной массе асинхронных ге-
нераторов с возбуждением от конденсаторов типа К78-17 //
Электротехника. - 1995. - №1. – С. 13-14.
2. Лищенко А.И., Мазуренко Л.И. Методика расчета рабо-
чих характеристик асинхронного генератора с вентильным
возбуждением по схемам замещения // Технічна електроди-
наміка. – 1999. - №2. – С. 28-32.
3. Лесник В.А., Мазуренко Л.И., Шуруб Ю.В., Джура А.В.
Габаритная мощность асинхронной машины в генераторном
режиме работы // Технічна електродинаміка. – 2004. – №2. –
С. 32-35.
4. Лесник В.А., Мазуренко Л.И., Джура А.В. Уравновешен-
ный режим работы однофазного асинхронного генератора с
трехфазной обмоткой статора // Технічна електродинаміка.
– 2003. - №3. – С. 29-33.
5. Fukami T., Kaburaki Y., Kawahara S., Miyamoto T. Per-
formance Analysis of a Self-Regulated Self-Excited Single-
Phase Induction Generator Using a Three-Phase Machine //
IEEE Trans. On Energy Conv. – Vol.14, No.3. – Sept.1999. – P.
622-627.
6. Лесник В.А., Шуруб Ю.В. Учет дифференциальных па-
раметров при математическом моделировании несиммет-
ричных режимов работы асинхронных генераторов // Техні-
чна електродинаміка. – 2003. - №1. – С. 45-48.
Надійшла 25.09.08
Шуруб Юрий Викторович к.т.н.
Інститут електродинаміки НАН України
Україна, 03680, Київ, пр-кт Перемоги, 56, тел. (044) 454-26-37
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143192 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2074-272X |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:53:14Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шуруб, Ю.В. 2018-10-25T19:48:59Z 2018-10-25T19:48:59Z 2009 Дослідження автономної електромеханічної системи на базі асинхронної машини в несиметричному режимі роботи / Ю.В. Шуруб // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 2. — С. 55-56. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143192 621.313 Проведены исследования влияния параметров асинхронной машины на её степень использования и характеристики в режиме автономного генератора при трехфазной и однофазной нагрузках и упрощенной несимметричной системе возбуждения. Проведено дослідження впливу параметрів асинхронної машини на її ступінь використання та характеристики в режимі автономного генератора при трифазному та однофазному навантаженнях та спрощеній несиметричній системі збудження. Influence of induction machine parameters on its application efficiency and characteristics in selfcontained generator mode under three-phase and single-phase loads and with a simplified asymmetrical excitation system is studied. uk Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Дослідження автономної електромеханічної системи на базі асинхронної машини в несиметричному режимі роботи Research on a self-contained induction machine based electromachanical system in unbalanced working conditions Article published earlier |
| spellingShingle | Дослідження автономної електромеханічної системи на базі асинхронної машини в несиметричному режимі роботи Шуруб, Ю.В. Електричні машини та апарати |
| title | Дослідження автономної електромеханічної системи на базі асинхронної машини в несиметричному режимі роботи |
| title_alt | Research on a self-contained induction machine based electromachanical system in unbalanced working conditions |
| title_full | Дослідження автономної електромеханічної системи на базі асинхронної машини в несиметричному режимі роботи |
| title_fullStr | Дослідження автономної електромеханічної системи на базі асинхронної машини в несиметричному режимі роботи |
| title_full_unstemmed | Дослідження автономної електромеханічної системи на базі асинхронної машини в несиметричному режимі роботи |
| title_short | Дослідження автономної електромеханічної системи на базі асинхронної машини в несиметричному режимі роботи |
| title_sort | дослідження автономної електромеханічної системи на базі асинхронної машини в несиметричному режимі роботи |
| topic | Електричні машини та апарати |
| topic_facet | Електричні машини та апарати |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143192 |
| work_keys_str_mv | AT šurubûv doslídžennâavtonomnoíelektromehaníčnoísisteminabazíasinhronnoímašinivnesimetričnomurežimíroboti AT šurubûv researchonaselfcontainedinductionmachinebasedelectromachanicalsysteminunbalancedworkingconditions |