ПРОЦЕСИ САМОЗБУДЖЕННЯ В АВТОНОМНИХ АСИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРАХ ЗІ ЗМІШАНИМ САМОЗБУДЖЕННЯМ
The analytical dependences for the boundaries of the self-excitation of three-phase stand-alone induction generator with compound excitation for long and short shunt schemes are presented. The comparison of the self-excitation boundaries for different cases of compound and parallel connection of cap...
Збережено в:
| Дата: | 2015 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/927 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870203033398280192 |
|---|---|
| author | Кіселичник, О.І. Пересада, С.М. Печеник, М.В. Пушкар, М.В. |
| author_facet | Кіселичник, О.І. Пересада, С.М. Печеник, М.В. Пушкар, М.В. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "О.І. Кіселичник",
"institution": "Університет Ворвіка, Ковентрі, Великобританія, CV4 7AL"
},
{
"author": "С.М. Пересада",
"institution": "Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. І. Сікорського», пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна"
},
{
"author": "М.В. Печеник",
"institution": "Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. І. Сікорського», пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна"
},
{
"author": "М.В. Пушкар",
"institution": "Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. І. Сікорського», пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна"
}
] |
| author_sort | Кіселичник, О.І. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-01T15:37:41Z |
| description | The analytical dependences for the boundaries of the self-excitation of three-phase stand-alone induction generator with compound excitation for long and short shunt schemes are presented. The comparison of the self-excitation boundaries for different cases of compound and parallel connection of capacitor banks was carried out. It is shown that the use of compound self-excitation improves the properties of self-excitation, and extends the boundaries where selfexcitation is possible, but there are cases in which the lower boundary of the self-excitation can be narrowed, leading to a decrease of the speed range in which stable operation of induction generator is possible. References 9, figures 8. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:15:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 3 33
ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНЕ ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ
УДК 621.313.332
ПРОЦЕСИ САМОЗБУДЖЕННЯ В АВТОНОМНИХ АСИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРАХ
ЗІ ЗМІШАНИМ САМОЗБУДЖЕННЯМ
О.І.Кіселичник1, канд.техн.наук, С.М.Пересада2, докт.техн.наук, М.В.Печеник2, канд.техн.наук,
М.В.Пушкар2
1 − Університет Ворвіка, Ковентрі, Великобританія, CV4 7AL,
2 − Національний технічний університет України «КПІ»,
пр. Перемоги 37, Київ, 03056, Україна. E-mail: sergei.peresada@gmail.com
Представлено аналітичні залежності для границь самозбудження трифазного автономного асинхронного ге-
нератора при змішаному збудженні для схем довгого та короткого шунта. Порівняно графіки границь само-
збудження при різних випадках змішаного та паралельному включенні конденсаторних батарей. Показано, що
використання схем змішаного самозбудження покращує властивості самозбудження та розширює границі, в
яких самозбудження асинхронного генератора є можливим, але існують випадки, коли нижня границя само-
збудження може звужуватися, що зменшує діапазон швидкостей, при яких можлива стійка робота гене-
ратора. Бібл. 9, рис. 8.
Ключові слова: асинхронний генератор, самозбудження, регулювання напруги, змішане підключення,
конденсаторна батарея.
Вступ. Асинхронні генератори з самозбудженням знайшли широке застосування в автоном-
них електрогенеруючих установках для віддалених районів без електромереж, а також як резервні і
переносні системи електрозабезпечення. Вони приводяться в рух вітро- чи гідротурбінами або за до-
помогою двигунів внутрішнього згорання. Основними перевагами асинхронних генераторів з само-
збудженням є їхня відносно невисока вартість, надійність та простота обслуговування, а також при-
родний самозахист від короткого замикання, а недоліком − залежність амплітуди та частоти генеро-
ваної напруги не лише від робочих умов (швидкості обертання вала генератора та ємності конден-
саторів збудження), а й від параметрів навантаження, що обмежує варіанти використань таких уста-
новок. Розробники пропонують різноманітні підходи до керування напругою асинхронних генера-
торів із самозбудженням. Серед найбільш розповсюджених − використання так званих електронних
регуляторів навантаження [1]. Ідея полягає в тому, що паралельно з основним додається баластне
навантаження, величина якого змінюєтся електронним регулятором таким чином, щоб загальне
навантаження генератора залишалося сталим. Недоліками підходу є необхідність розсіювання енергії,
що знижує ККД, та відхилення частоти та напруги від заданих значень при зміні швидкості чи типу
навантаження. Іншими поширеними варіантами керування є методи на базі керованих ємностей
збудження: компенсатори реактивної потужності [2] та статичні синхронні компенсатори [3]. У пер-
шому випадку до ємностей збудження паралельно підключаються конденсатори, ємність яких регу-
люється ключами з ШІМ регулюванням, у другому ефект плавного регулювання ємностей досяга-
ється за рахунок ШІМ керованого інвертора з конденсатором постійного струму. В обох випадках
зміна ємності незначно впливає на частоту, але дозволяє керувати амплітудою напруги. В усіх ви-
падках використання електроніки з ШІМ модуляцією система генерування ускладнюється, що збіль-
шує вартість її реалізації та обслуговування, а також призводить до появи електромагнітних збурень,
що є інколи неприйнятним для специфічних споживачів, як то літаки, радари та ін.
Тому практичне значення все ще зберігають схеми параметричного регулювання напруги.
Найбільш поширений підхід полягає у використанні додаткових послідовних конденсаторів збуд-
ження поряд з паралельними [4]. Ідея полягає в тому, що при зміні навантаження змінюється частота
генерованої напруги і, як результат, опір послідовних конденсаторів, що дозволяє певною мірою
зменшити просідання напруги при збільшенні навантаження. Питання дослідження впливу послі-
довних конденсаторів на зміну напруги достатньо повно представлені у наукових публікаціях [4−7].
© Кіселичник О.І., Пересада С.М., Печеник М.В., Пушкар М.В., 2015
34 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 3
Проте, вплив таких конфігурацій на умови самозбудження (границі самозбудження) в літературі не
аналізується.
Метою даної роботи є отримання аналітичних залежностей для границь самозбудження асин-
хронного генератора з паралельно-послідовним з'єднанням конденсаторів та їхнє порівняння з варі-
антом чисто паралельного збудження.
Матеріали досліджень. Розглянемо наступні конфігурації. Якщо послідовні конденсатори
включено між паралельними конденсаторами та навантаженням, як показано на рис. 1, а, то таке під-
ключення називається схемою “короткого шунта” (short-shunt), якщо ж конденсатори підключено між
генератором та паралельними конденсаторами, як показано на рис. 1, б, то таке підключення нази-
вається схемою “довгого шунта”
(long-shunt).
Фрагмент схеми заміщення
фази асинхронного генератора для
випадку “короткого шунта” матиме
вигляд, показаний на рисунку 2, а.
На рис. 2, б представленo відповід-
ний фрагмент для “довгого шунта”.
Виходячи з першого та другого законів Кірхгофа, запишемо рівняння для відповідних фраг-
ментів у двофазній моделі асинхронного генератора в довільній ортогональній системі координат F-G:
− для короткого шунта
− = + +S
S L e S
dUC i i CJU
dt
ω , (1)
1
⎛ ⎞
− = + + +⎜ ⎟
⎝ ⎠
L
L S L e L L
S
di CR C i i CR Ji
dt C
ω ,
− для довгого шунта
1
⎛ ⎞
− = + + +⎜ ⎟
⎝ ⎠
S
S L e S
S
dU CC i i CJU
dt C
ω , (2)
− = + +L
L S L e L L
diR C i i CR Ji
dt
ω ,
де [ ]= T
S SF SGi i i , [ ]= T
L LF LGi i i − вектори струмів статора та навантаження в системі координат
F-G, [ ]= T
S SF SGU U U − вектор напруги статора в системі координат F-G, LR − активний опір
навантаження, С − ємність паралельних конденсаторів, СS – ємність послідовних конденсаторів, eω −
кутова швидкість обертання системи координат F-G,
0 1
1 0
−⎡ ⎤
= ⎢ ⎥
⎣ ⎦
J .
Уніфікуємо математичний опис для обох випадків наступним чином:
− = + +S
S S L e S
dUC a i i CJU
dt
ω , − = + +L
L S L L e L L
diR C i b i CR Ji
dt
ω , (3)
де 1=Sa та 1 /L Sb C C= + − для короткого шунта, а 1 /S Sa C C= + та 1=Lb − для довгого шунта.
Повний двофазовий опис асинхронного генератора зі змішаним самозбудженням включає
систему рівнянь (3), а також два векторні диференціальні рівняння для статорного та роторного кіл в
системі координат F-G
Ψ
= − − ΨS
S S S e S
d U R i J
dt
ω , ( )Ψ
= − + − ΨR
R R p e R
d R i n J
dt
ω ω , (4)
де [ ]Ψ = Ψ Ψ T
S SF SG , [ ]Ψ = Ψ Ψ T
R RF RG − вектори потокозчеплень статора і ротора, [ ]= T
R RF RGi i i
− вектор струму ротора, RS та RR − опори статора та ротора, np − число пар полюсів, ω − кутова
швидкість обертання ротора генератора. Індекси F та G визначають компоненти, які належать до
обертової системи координат F-G. Перехід від векторів у нерухомій системі координат статора A-B
до системи F-G проводиться так
ω
RL
RL
С
СS
СS
СS
RL
АГ
С
С
б)
RL СS
СS
СS
RL
АГ
ω С
С
а)
С
RL
Рис. 1
US RL
CS
iL
iC
iS
C
US RL
CS iL
iC
iS
C
а б
Рис. 2
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 3 35
cos( ) sin( )
sin( ) cos( )
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞
=⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟−⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠
SF e e SA
SG e e SB
i i
i i
θ θ
θ θ
, (5)
дe ,SA SBi i − A і B компоненти вектора струму статора, а θe − кут між системами координат F і G та A і
B. Для векторів, асоційованих з ротором θe, замінюється на θe–nP θ, де θ − кутове положення ротора.
Кутові швидкості визначаються як ωe=dθe/dt та ω=dθ/dt.
Потокозчеплення статора та ротора визначаються рівняннями
( )Ψ = + +S S S M S RL i L i iσ , ( )Ψ = + +R R R M S RL i L i iσ , (6)
де LσS та LσR − індуктивності розсіювання обмоток статора та ротора відповідно, а LM −
взаємоіндуктивність статора та ротора (індуктивність намагнічування). Індуктивність намагнічування
є нелінійною статичною функцією амплітуди струму намагнічування ( )=M ML f i , яка обчислюється
наступним чином:
2 2= +M MF MGi i i , = +MF SF RFi i i , = +MG SG RGi i i . (7)
Після диференціювання потокозчеплень (6) за часом з урахуванням нелінійності LM та під-
становки відповідних похідних у (4), модель генератора прийме форму неявного нелінійного матрич-
ного диференціального рівняння
=&EX FX , (8)
де
⎡ ⎤
= ⎢ ⎥
⎣ ⎦
F FG
FG G
E E
E
E E
, 1 2
2 1
−⎡ ⎤
= ⎢ ⎥
⎣ ⎦
F F
F
F F
,
0 0 0
0 0
0 0
0 0 0
−⎡ ⎤
⎢ ⎥+⎢ ⎥=
⎢ ⎥+
⎢ ⎥−⎣ ⎦
S MF MF
F
MF R MF
L
C
L L L
E
L L L
R C
σ
σ
,
0 0 0
0 0
0 0
0 0 0
−⎡ ⎤
⎢ ⎥+⎢ ⎥=
⎢ ⎥+
⎢ ⎥−⎣ ⎦
S MG MG
G
MG R MG
L
C
L L L
E
L L L
R C
σ
σ
,
0 0 0 0
0 0
0 0
0 0 0 0
⎡ ⎤
⎢ ⎥
⎢ ⎥=
⎢ ⎥
⎢ ⎥
⎣ ⎦
MFG MFG
FG
MFG MFG
L L
E
L L
,
1
0 0 1
1 0 0
0 0 0
0 1 0
⎡ ⎤
⎢ ⎥−⎢ ⎥=
⎢ ⎥−
⎢ ⎥
⎣ ⎦
S
S
R
L
a
R
F
R
b
, ( ) ( )2
0 0 0
0 ( ) 0
0 ( ) 0
0 0 0
⎡ ⎤
⎢ ⎥− + −⎢ ⎥= ⎢ ⎥− − +
⎢ ⎥
⎢ ⎥⎣ ⎦
e
e S M e M
p e M p e R M
e L
C
L L L
F
n L n L L
C R
σ
σ
ω
ω ω
ω ω ω ω
ω
,
[ ]= T
SF SF RF LF SG SG RG LGX U i i i U i i i , 2 2( ) /= + −MF M M MF ML L L L i i ,
2 2( ) /= + −MG M M MG ML L L L i i , 2( ) /= −MFG M MF MG ML L L i i i .
У цій моделі / /= Ψ = +M M M M M ML d di L i dL di позначає динамічну індуктивність намагнічу-
вання (похідну модуля потокозчеплення намагнічування за модулем струму намагнічування). Індук-
тивність намагнічування та динамічна індуктивність намагнічування є рівними для електричних ма-
шин з лінійною магнітною системою. Матриці E та F є нелінійними функціями вектора стану X через
нелінійності LM, LMF, LMG, та LMFG.
Границі самозбудження генератора (границі стійкості робочих режимів) визначимо аналітич-
но згідно з методикою, розробленою у [8]. У статичному режимі рівняння (8) набуде вигляду
* * 0=F X , (9)
де F* є функцією F, обчисленою в стані рівноваги X*.
Ненульовий розв'язок рівняння X* існує лише при *det 0F = , за якої необхідно знайти відпо-
відні статичні значення кутової частоти *
eω та індуктивності намагнічування *
ML . Розв'язок суттєво
спрощується при представленні статичної моделі через комплексні змінні [8]
( )* * *
1 2 0+ =F jF Z , (10)
де * * *
1 2= +Z X jX , а * * *
1 2⎡ ⎤= ⎣ ⎦
T
X X X .
36 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 3
Існування ненульового вектора *Z можливе лише тоді, коли * *
1 2det( ) 0+ =F jF . Згідно з (8)
( ) ( )
*
* * * *
* *
1 2 * * * *
*
0 1
1 ( ) 0
0 ( ) 0
0 1 0
⎡ ⎤
⎢ ⎥− − + −⎢ ⎥+ = ⎢ ⎥− − + − +⎢ ⎥
⎢ ⎥+⎣ ⎦
e S
S e S M e M
p e M R p e R M
L e L
jC a
R j L L j L
F jF
j n L R j n L L
b jC R
σ
σ
ω
ω ω
ω ω ω ω
ω
. (11)
Тоді дійсна та уявна частини * *
1 2det( ) 0+ =F jF визначаються наступним чином:
( )( ) ( )( )* * * * * *
1 2 1 2 1 2 3 4Re det 0, Im det 0,M MF jF k L k F jF k L k+ = + = + = + = , (12)
де
( )( )
( )
( )( )
( ) ( )( )
*2 * * 2 *2
1
*2 2
2
* * 2 *2
2 *3 * 2 *2 *2
3
*
4
( ) ,
1 ( )
,
1 ,
= − − − − + +
= − − − + −
− − − +
= − − − + + + −
=
L e R e e p L S e L S R L S
R L S e R L S S R L
e e p L S R e L S R L S R
e L R e p e L S L e S R L S
L e
k b CR n b CR C R L L CR a
k R b a R b CL C R R R
n b CR L C R L L CR a L
k C R R n C R R b C L L b a
k b C R
σ σ
σ
σ σ σ σ
σ σ
ω ω ω ω ω
ω
ω ω ω ω
ω ω ω ω ω
ω
( )( )
* 2 *3
* 2 *2 *2 .
+ − −
− − + + −
S R e L R S e L R S
e p R e L S R L e S R L S R
R C R R a C R R L
n L C R R L b C L L b a L
σ
σ σ σ σ σ
ω ω
ω ω ω ω
Система рівнянь (12) описує статичні характеристики генератора. Проте відомо, що границі
самозбудження асинхронного генератора відповідають ненасиченому (максимальному) значенню ін-
дуктивності намагнічування [8]. При *
M MAXL L= система (12) є математичним описом границь само-
збудження. Виключаючи з рівнянь (12) * −e pnω ω , представимо границі самозбудження у вигляді
полінома шостого порядку
*6 *4 *2
1 2 3 4 0+ + + =e e eg g g gω ω ω , (13)
де 4 2 * * * *2
1 ( ) 0= − >L S S R Mg C R L L L L , * * *2 2 2 * 2 3 2 * 2 *
2 ( ) ( ) ( )= − − + −S R M L S L S L R S S Sg L L L C b L R a C C R L R C L a ,
* * *2 2 2 * 2 3 2 * 2 *
2 ( ) ( ) ( )= − − + −S R M L S L S L R S S Sg L L L C b L R a C C R L R C L a ,
2 * 2 * * *2 *
3 ( ) (1 )( (2 ) 2 )= + + − − +R L S S L L S L S R M S L Rg C L b R a R C b a b L L L CR R L ,
* 2
4 (1 ) 0= − >R L Sg L b a , *
M MAXL L= , *
S MAX SL L Lσ= + , *
R MAX RL L Lσ= + .
Отриманий поліном є кубічним рівнянням відносно *2
eω . Для конкретних значень паралельної
та послідовної ємностей збудження, а також опору навантаження, якщо існують два додатних роз-
в'язки рівняння, то вони визначають мінімальну та максимальну можливі кутові частоти генерованої
напруги *
,mineω та *
,maxeω . Підставивши останні у будь-яке з рівнянь системи (12), отримаємо відповідні
мінімальну та максимальну швидкості minω та maxω , при яких зберігається самозбудження для прий-
нятих ємностей і навантаження. У випадку першого рівняння вираз для критичних швидкостей буде
наступним:
* *2 *
*
*2 * * * *2 *
( )1
( ( )) (1 )
⎛ ⎞+ −
= −⎜ ⎟+ − + −⎝ ⎠
e R L S S L e L S
e
p e L S R L S R M R L S
CR b R a R C R L
n C CR R L b L L L L b a
ω ω
ω ω
ω
. (14)
На основі отриманих розв'язків можливо побудувати різні варіанти границь самозбудження.
Найбільш поширений − це залежність критичних швидкостей від ємності паралельного збудження
при заданих величинах навантаження та ємності послідовного збудження.
У випадку лише паралельного збудження 1Sa = та 1Lb = . Тоді побудова границі зводиться до
розв'язку квадратного рівняння відносно *2
eω [9], оскільки коефіцієнти полінома змінюються наступ-
ним чином:
( )2 * * * *2
1 0S S R Mg C L L L L= − > , ( ) ( )2 * * * *2 2 * 2 * * *2
2 2L S S R M R S S R Mg Y L L L L C L R C L L L= − + − − ,
( )2*
3 1 0R L Sg L Y R= + > , 4 0g = . (15)
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 3 37
Відповідне рівняння для обчислення критичних швидкостей спроститься до вигляду
( )( )
*2 *
*
* * * *2 *
1 L S R e R S R
e
P e L S R M S R
Y R R CR L R
n Y L L L R L C
ωω ω
ω
⎛ ⎞− +⎜ ⎟= −
⎜ ⎟− +⎝ ⎠
. (16)
Аналіз границь самозбудження проведено для трифазного асинхронного генератора (асин-
хронний двигун AИPM63B4Y3) потужністю 370 Вт з номінальною напругою 380 В та частотою 50 Гц.
Номінальна швидкість обертання становить 1450 об/хв. Наступні параметри генератора було отримано
експериментально: SR =27 Ом, RR =17,9 Ом, S RL L=σ σ =0,08266 Гн, pn =2, MAXL =1,03115 Гн.
На рис. 3 та 4 показані границі самозбудження генератора при підключенні його по схемі ко-
роткого шунта, при опорі навантаження 200 Ом та при різних значеннях ємностей послідовних кон-
денсаторів.
Як видно з рис. 3, зменшення ємності послідовних конденсаторів розширює границю само-
збудження генератора. Випадок нескінченної послідовної ємності відповідає чисто паралельному
збудженню. Тому для фіксованої паралельної ємності зменшення послідовної призводить до нижчих
критичних швидкостей. Це пояснюється тим, що зменшення ємності послідовних конденсаторів
призводить, з одного боку, до збільшення загального опору навантаження, а з іншого − зменшує
сумарну ємність збудження, тобто звужує границі. Це означає, що для певних величин послідовної
ємності можливі випадки, коли нижча критична швидкість збільшується зі зменшенням послідовної
ємності, як показано на рис. 4, де існує точка перетину кривих при 1=SC мкФ та 10=SC мкФ.
Дослідження впливу зміни опору навантаження на границі при короткому шунті було про-
ведено для випадку 60 мкФSC = . Результати розрахунків показали, що границі зі збільшеним опором
навантаження охоплюють повністю границі для меншого опору, що підтверджує загальновідомий факт
для випадку паралельного збудження. Проте, зі зменшенням послідовної ємності можливі випадки,
коли характеристики для різних опорів перетинаються, що проілюстровано на рис. 5 при 10 мкФSC = .
Тобто, при збіль-
шенні опору на-
вантаження нижня
критична швид-
кість може "не-
очікувано" збіль-
шитися, звужуючи
можливий діапа-
зон робочих точок.
На рис. 6
показано границі
самозбудження для
випадку підклю-
0 100 200 300 400 500 600
50
100
150
200
250
300
C, мкФ
ω,рад/с
Cs=
Cs=60 мкФ
Cs=10 мкФ
Рис. 3
∞
50 100 150 200 250 300 350 400
40
60
80
100
120
140
160
180
200
C, мкФ
ω,рад/с
Cs=
Cs=1 мкФ
Cs=10 мкФ
Рис. 4
∞
0 50 100 150 200
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
C, мкФ
ω,рад/с
RL=1000 Ом
Рис. 5
RL=400 Ом
RL=200 Ом
0 200 400 600 800 1000
0
100
200
300
400
500
C, мкФ
ω,рад/с
Рис. 6
Cs=30 мкФ
Cs=60 мкФ
Cs=200 мкФ
Cs=600 мкФ
Cs= ∞
38 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 3
чення генератора за схемою довгого шунта при опорі навантаження 200 Ом та при різних значеннях
ємностей послідовних конденсаторів. Як видно з рисунку, введення додаткових послідовних конден-
саторів суттєво розширює границі самозбудження. Проте, зменшення ємності цих конденсаторів
викликає збільшення нижніх критичних швидкостей. Ці ефекти обумовлені, як і в випадку короткого
шунта, фактичним збільшенням опору навантаження та зменшенням загальної ємності збудження
при зменшенні величини ємності послідовних конденсаторів.
Дослідження впливу навантаження на границі самозбудження при довгому шунті було про-
ведено при наступних ємностях послідовних конденсаторів: 30, 60 тa 600 мкФ. Для цих випадків, як і
очікувалося, границі для менших опорів навантаження цілком знаходяться всередині границь для
більших опорів. При менших значеннях послідовних ємностей, аналогічно як і для короткого шунта,
можливі точки перетину границь з різними опорами. Так на рис. 7 показано "нехарактерний" випадок
при 20 мкФ, коли границя для найменшого опору навантаження (найбільшого навантаження генера-
тора) виявилася найнижчою.
Рис. 8 демонструє порівняння границь при короткому та довгому шунтах для двох значень
послідовних ємностей 30 та 60 мкФ. Конфігурація довгого шунта забезбечує ширші границі само-
збудження, проте вони суттєво зсуваються вгору за швидкістю. Очевидно, що самозбудження генера-
тора при короткому шунті можна забезпечувати при швидкостях, нижчих за критичні значення,
необхідні при довгому шунті. Оскільки для генерування напруги частотою 50 Гц необхідна при-
близна швидкість 150 рад/с, то при невеликих значеннях ємності паралельних конденсаторів робочі
точки знаходитимуться далі від границі самозбудження для короткого шунта, ніж для довгого шунта.
З одного боку, це дає більший запас стійкості, проте з іншого − більше насичення магнітної системи
генератора. Остаточний висновок щодо конфігурації можливо зробити лише після додаткового по-
рівняння характеристик регулювання напруги.
Висновки. Отримані аналітичні залежності для границь самозбудження асинхронного гене-
ратора дають змогу проаналізувати вплив послідовних ємностей на процеси самозбудження. В ре-
зультаті аналізу встановлено, що при введенні додаткових послідовних ємностей границі розширю-
ються, у порівнянні із випадком паралельного збудження АГ, але існують певні критичні значення
ємностей послідовного конденсатора, які призводять до звуження нижніх границь самозбудження.
Також встановлено, що конфігурація довгого шунта забезпечує ширші границі самозбудження, проте
вони суттєво зсуваються вгору за швидкістю. З іншого боку, самозбудження генератора при корот-
кому шунті можна досягти при швидкостях, нижчих за критичні значення, ніж ті, при яких можливе
самозбудження для випадку підключення генератора по схемі довгого шунта.
0 5 10 15 20 25 30
0
100
200
300
400
500
600
700
800
C, мкФ
ω,рад/с
Рис. 7
RL=1000 Ом
RL=400 Ом
RL=200 Ом
100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
400
500
C, мкФ
ω,рад/с
Рис. 8
Cs=60 мкФ
Cs=60 мкФ
Cs=30 мкФ
Cs=30 мкФ
короткий
довгий
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 3 39
ПРОЦЕССЫ САМОВОЗБУЖДЕНИЯ В АВТОНОМНЫХ АСИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРАХ СО
СМЕШАННЫМ САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ
О.И.Киселичник1, канд.техн.наук, С.М.Пересада2, докт.техн.наук, Н.В.Печеник2, канд.техн.наук,
Н.В.Пушкарь2
1 − Университет Ворвика, Ковентри, Великобритания, CV4 7AL,
2 − Национальный технический университет Украины «КПИ»,
пр. Победы, 37, Киев, 03056, Украина. E-mail: sergei.peresada@gmail.com
Представлены аналитические зависимости для границ самовозбуждения трёхфазного автономного асинхрон-
ного генератора при смешанном возбуждении для схем длинного и короткого шунта. Проведено сравнение гра-
фиков границ самовозбуждения при разных случаях смешанного и параллельном включении конденсаторных
батарей. Показано, что использование схем смешанного самовозбуждения улучшает свойства самовоз-
буждения и расширяет границы, при которых самовозбуждение является возможным, но существуют случаи,
при которых нижняя граница самовозбуждения может сужаться, что приводит к уменьшению диапазона
скоростей, при которых возможна устойчивая работа генератора. Библ. 9, рис. 8.
Ключевые слова: асинхронный генератор, самовозбуждение регулирование напряжения, смешанное подклю-
чение, конденсаторная батарея.
THE PROCESSES OF SELF-EXCITATION IN STAND-ALONE COMPOUND EXCITED INDUCTION
GENERATORS
O.Kiselychnyk1, S. Peresada2, M.Pechenik2, M.Pushkar2
1−University of Warwick, Coventry, United Kingdom, CV47AL,
2−National Technical University of Ukraine “KPI”,
Peremohy ave. 37, Kyiv, 03056, Ukraine.
E-mail: sergei.peresada@gmail.com
The analytical dependences for the boundaries of the self-excitation of three-phase stand-alone induction generator
with compound excitation for long and short shunt schemes are presented. The comparison of the self-excitation
boundaries for different cases of compound and parallel connection of capacitor banks was carried out. It is shown that
the use of compound self-excitation improves the properties of self-excitation, and extends the boundaries where self-
excitation is possible, but there are cases in which the lower boundary of the self-excitation can be narrowed, leading to
a decrease of the speed range in which stable operation of induction generator is possible. References 9, figures 8.
Keywords: induction generator, self-excitation, voltage control, short-shunt, long-shunt, capacitor bank.
1. Singh B., Murthy S.S., Gupta S. Analysis and implementation of an electronic load controller for a
self- excited induction generator // IEE Proceedings Generation Transmission and Distribution. – 2004. – Vol. 151. –
No.1. – Pр. 51–60.
2. Ahmed T., Noro O., Hiraki E., Nakaoka M. Terminal voltage regulation characteristics by static VAR
compensator for a three-phase self-excited induction generator // IEEE Transactions on Inductry Applications. – 2004. –
Vol. 40. – No. 4. – Pр. 978–988.
3. Singh B., Murthy S.S., Gupta S. Analysis and design of STATCOM-based voltage regulator for self-
excited induction generators // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 2004. – Vol. 19. – No. 4. – Pр. 783–790.
4. Singh B., Shridhar L., Jha C.S. Improvements in the performance of self-excited induction generator
through series compensation // IEE Proceedings Generation Transmission and Distribution. – 1999. – Vol. 146. – No. 6.
– Pр. 602–608.
5. Khan M.F., Khan M.R., Iqbal A. Performance analysis of shunt, short shunt and long shunt self
excited induction generator: Analysis of shunt, short shunt and long shunt SEIG // Proc. of IEEE International
Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES), Bengaluru, 16-19 Dec. 2012. – Pр. 1–6.
6. Li Wang, Ching-Huei Lee. Long-shunt and short-shunt connections on dynamic performance of a
SEIG feeding an induction motor load // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 2000. – Vol.15. – No.1. – Pр. 1–7.
7. Singh, B., Singh, M., Tandon, A.K. Transient performance of series-compensated three-phase self-
excited induction generator feeding dynamic loads // IEEE Transactions on Industry Applications. – 2010. – Vol.46. –
No.4. – Pр. 1271–1280.
8. Bodson M., Kiselychnyk O. Analysis of triggered self-excitation in induction generators and
experimental validation // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 2012. – Vol.27. – No.2. – Pр. 238–249.
9. Kiselychnyk O., Wang J., Bodson M., Pushkar M. Steady-state and dynamic characteristics of self-
excited induction generators with resistive-inductive loads // Proc. of International Symposium on Power Electronics,
Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), Ischia, Italy, 18-20 June 2014. – Pр .625–630.
Надійшла 20.01.2015
|
| id | techned_org_ua-article-927 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:15:26Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/59/09929302e13d77f1f7099dbcabdce659.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-9272023-01-01T15:37:41Z THE PROCESSES OF SELF-EXCITATION IN STAND-ALONE COMPOUND EXCITED INDUCTION GENERATORS ПРОЦЕСИ САМОЗБУДЖЕННЯ В АВТОНОМНИХ АСИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРАХ ЗІ ЗМІШАНИМ САМОЗБУДЖЕННЯМ Кіселичник, О.І. Пересада, С.М. Печеник, М.В. Пушкар, М.В. induction generator self-excitation voltage control short-shunt long-shunt capacitor bank асинхронний генератор самозбудження регулювання напруги змішане підключення конденсаторна батарея The analytical dependences for the boundaries of the self-excitation of three-phase stand-alone induction generator with compound excitation for long and short shunt schemes are presented. The comparison of the self-excitation boundaries for different cases of compound and parallel connection of capacitor banks was carried out. It is shown that the use of compound self-excitation improves the properties of self-excitation, and extends the boundaries where selfexcitation is possible, but there are cases in which the lower boundary of the self-excitation can be narrowed, leading to a decrease of the speed range in which stable operation of induction generator is possible. References 9, figures 8. Представлено аналітичні залежності для границь самозбудження трифазного автономного асинхронного генератора при змішаному збудженні для схем довгого та короткого шунта. Порівняно графіки границь самозбудження при різних випадках змішаного та паралельному включенні конденсаторних батарей. Показано, що використання схем змішаного самозбудження покращує властивості самозбудження та розширює границі, в яких самозбудження асинхронного генератора є можливим, але існують випадки, коли нижня границя самозбудження може звужуватися, що зменшує діапазон швидкостей, при яких можлива стійка робота генератора. Бібл. 9, рис. 8. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2015-04-28 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/927 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 3 (2015): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 033 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 3 (2015): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 033 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/927/804 Авторське право (c) 2022 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | асинхронний генератор самозбудження регулювання напруги змішане підключення конденсаторна батарея Кіселичник, О.І. Пересада, С.М. Печеник, М.В. Пушкар, М.В. ПРОЦЕСИ САМОЗБУДЖЕННЯ В АВТОНОМНИХ АСИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРАХ ЗІ ЗМІШАНИМ САМОЗБУДЖЕННЯМ |
| title | ПРОЦЕСИ САМОЗБУДЖЕННЯ В АВТОНОМНИХ АСИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРАХ ЗІ ЗМІШАНИМ САМОЗБУДЖЕННЯМ |
| title_alt | THE PROCESSES OF SELF-EXCITATION IN STAND-ALONE COMPOUND EXCITED INDUCTION GENERATORS |
| title_full | ПРОЦЕСИ САМОЗБУДЖЕННЯ В АВТОНОМНИХ АСИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРАХ ЗІ ЗМІШАНИМ САМОЗБУДЖЕННЯМ |
| title_fullStr | ПРОЦЕСИ САМОЗБУДЖЕННЯ В АВТОНОМНИХ АСИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРАХ ЗІ ЗМІШАНИМ САМОЗБУДЖЕННЯМ |
| title_full_unstemmed | ПРОЦЕСИ САМОЗБУДЖЕННЯ В АВТОНОМНИХ АСИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРАХ ЗІ ЗМІШАНИМ САМОЗБУДЖЕННЯМ |
| title_short | ПРОЦЕСИ САМОЗБУДЖЕННЯ В АВТОНОМНИХ АСИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРАХ ЗІ ЗМІШАНИМ САМОЗБУДЖЕННЯМ |
| title_sort | процеси самозбудження в автономних асинхронних генераторах зі змішаним самозбудженням |
| topic | асинхронний генератор самозбудження регулювання напруги змішане підключення конденсаторна батарея |
| topic_facet | induction generator self-excitation voltage control short-shunt long-shunt capacitor bank асинхронний генератор самозбудження регулювання напруги змішане підключення конденсаторна батарея |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/927 |
| work_keys_str_mv | AT kíseličnikoí theprocessesofselfexcitationinstandalonecompoundexcitedinductiongenerators AT peresadasm theprocessesofselfexcitationinstandalonecompoundexcitedinductiongenerators AT pečenikmv theprocessesofselfexcitationinstandalonecompoundexcitedinductiongenerators AT puškarmv theprocessesofselfexcitationinstandalonecompoundexcitedinductiongenerators AT kíseličnikoí procesisamozbudžennâvavtonomnihasinhronnihgeneratorahzízmíšanimsamozbudžennâm AT peresadasm procesisamozbudžennâvavtonomnihasinhronnihgeneratorahzízmíšanimsamozbudžennâm AT pečenikmv procesisamozbudžennâvavtonomnihasinhronnihgeneratorahzízmíšanimsamozbudžennâm AT puškarmv procesisamozbudžennâvavtonomnihasinhronnihgeneratorahzízmíšanimsamozbudžennâm AT kíseličnikoí processesofselfexcitationinstandalonecompoundexcitedinductiongenerators AT peresadasm processesofselfexcitationinstandalonecompoundexcitedinductiongenerators AT pečenikmv processesofselfexcitationinstandalonecompoundexcitedinductiongenerators AT puškarmv processesofselfexcitationinstandalonecompoundexcitedinductiongenerators |