CC BY
52
ZONELE DE EXCITATIE CAPACITIVA STABILA A MA^INILOR ASINCRONE TiPICE IN REGIM DE GENERARE
Postoronca Sv., Barladeanu A., Berzan V., Tir^u V., Ermurachi Iu.
Institutul de Energetica al A§M E-mail: berzan@ie.asm.md
Rezumat. in lucrare sunt examinate unele particularitati ale regimurilor de excitatie capacitiva a motoarelor electrice asincrone industriale §i a generatoarelor executate in baza lor, care pot fi utilizate in instalatii eoliene de putere mica. S-au determinat hotarele zonelor stabile de excitatie capacitiva a motoarelor electrice asincrone cu puterea de 0,25-22 kW §i a generatoarelor executate in baza lor, precum §i caracterul influentei pierderilor proprii de energie in ma§ina §i a puterii active a sarcinii raportate la parametrii schemei echivalente a ei. S-au formulat unele recomandari privind asigurarea excitatiei capacitive stabile a ma§inilor asincrone la utilizarea lor pentru generarea energiei electrice.
Cuvinte-cheie: ma§ina asincrona, excitatie capacitiva, generator.
ЗОНЫ УСТОЙЧИВОГО ЕМКОСТНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ В РЕЖИМЕ ГЕНЕРАЦИИ ТИПОВЫХ
АСИНХРОННЫХ МАШИН Посторонка С., Бырладеану А., Берзан В., Тыршу В., Ермураки Ю.
Институт энергетики АНМ E-mail: berzan@ie.asm.md
Аннотация. В работе рассмотрены некоторые особенности режима емкостного возбуждения промышленных асинхронных электродвигателей, а также генераторов изготовленных на их базе, которые могут быть использованы в ветровых установках малой мощности. Были определены границы зон устойчивого емкостного возбуждения асинхронных электродвигателей номинальной мощностью 0,25-22,0 кВт и генераторов, изготовленных на их базе, а также характер влияния собственных потерь и активной мощности нагрузки приведенной к параметрам схемы замещения асинхронной машины. Даны некоторые рекомендации по обеспечении устойчивости емкостного возбуждения асинхронных машин для работы в режиме генерации электрической энергии.
Ключевые слова: асинхронная машина, емкостное возбуждение, генератор.
ZONES OF STEADY CAPACITOR EXCITATION IN A MODE OF GENERATION OF TYPICAL
ASYNCHRONOUS MACHINES Postoronca Sv., Barladeanu A., Berzan V., Tir^u V., Ermurachi Iu.
Institute of Power Engineering ASM E-mail: berzan@ie.asm.md
Abstract. In work some features of a mode of capacitor excitation of industrial asynchronous electric motors, and also generators made on their base which can be used in wind installations of low power are considered. Borders of zones of steady capacitor excitation of asynchronous electric motors in rated power of 0,25-22,0 kW and generators made on their base, and also character of influence of own losses and active capacity of loading of the equivalent circuit of the asynchronous machine resulted in parameters have been determined. Some recommendations after maintenance of stability of capacitor excitation of asynchronous machines for work in a mode of generation of electric energy are given.
Key words: induction machine, capacitive excitation, generator.
1. Introducere
Energia electrica ocupa un loc deosebit in structura economiei contemporane, iar electroenergetica, care include producerea transportul §i distributia ei este considerata in calitatea unei ramuri de baza in structura economiei. Cu excluderea instalatiilor fotovoltaice §i a celulelor de combustie, energia electrica este preponderent produsa de catre convertoarele electromecanice, ce transforma energia mecanica aplicata la rotorul ma§inii electrice rotative in energie electrica prin intermediul unui camp magnetic. Vom mentiona faptul, ca indiferent de
genul resurselor energetice primare utilizate pentru producerea energiei electrice, convertorul electromecanic ramane pana їп prezent cel mai eficient echipament de producere a energiei electrice.
Tendintele actuale de sporire a volumului de producere a energiei electrice їп baza surselor regenerabile de energie se confrunta cu mai multe probleme tehnice §i tehnologice, inclusiv privind conversia energiei cinetice a fluxurilor de vant їп energie electrica.
Energia eoliana, mpreuna cu energia solara, astazi are cele mai evidente cre§teri a nuale de cca. 25%, gratie faptului, ca in prezent s-a format o industrie moderna їп acest segment al energeticii.
Cea mai extinsa utilizare їп tehnologiile de conversie a energiei vantului o au pana їп prezent generatoarele sincrone. Neajunsul lor princ ipal consta їп existenta inelelor §i a sistemului de perii necesare pentru alimentarea mfa§urarii rotorului cu curent continuu. Acest neajuns їп prezent se poate exclude prin utilizarea magnetilor permanenti [1-3], dar frecventa §i tensiunea la bornele de ie§ire a generatoarelor asincrone depinde de viteza vantului.
Conversia energiei cinetice a vantului este posibila §i la utilizarea їп calitate de convertor electromecanic a ma§inii electrice asincrone, dar §i aceste generatoare cu excitatie capacitiva sunt influentate de instabilitatea vitezei vantului §i a sarcinii lor [4,5].
Simplitatea constructiva, indicii de fiabilitate ridicati, tehnologiile de productie puse bine la punct, precum §i accesibilitatea ma§inilor asincrone de orice putere pentru consumator se prezinta ca un avantaj esential, privind utilizarea lor їп instalatiile eoliene pentru producerea energiei electrice.
Comun pentru toate generatoarele, fie de tip sincron sau asincron, ramane problema excitarii lor §i determinarea zonelor de excitatie stabila. Deci, pentru a utiliza ma§ina asincrona їп calitate de generator este necesar de avut informatia credibila privind zona de excitatie stabila a ma§inii la diferite viteze a rotorului §i a frecventelor curentului alternativ produs de acest generator.
Scopul acestei lucrari consta їп determinarea zonelor de excitatie stabila a ma§inilor asincrone produse de industrie їп serii mari, care pot fi utilizate їп regim de generare a energiei electrice їп instalatii eoliene autonome de mica putere sau їп microhidrocentrale.
2. Particularitatile procesului de excitatie a ma^inii asincrone.
Generatorul asincron cu excitatie capacitiva prezinta un obiect cu capacitati ale unui circuit RLC cu legaturi de reactie inversa. Generatorul asincron se poate pre zenta ca un sistem de reglare automata, care are circuitul de trecere directa §i circuitul buclei reactiei inverse. Fizic, bucla de reactie inversa este prezentata de procesele de interactiune ale componentelor campului magnetic, formate de mfa§urarile statorului §i rotorului la scurgerea curentilor prin aceste circuite. Fluxul magnetic fundamental al ma§inii, care influenteaza asupra tuturor elementelor functionale, inclusiv §i asupra valorilor parametrilor acestor subansambluri functionale se poate prezenta ca un mediu integral de derulare a proceselor complexe їп ma§ina.
La dotarea ma§inii asincrone cu condensatoare electrice §i vitezei unghiulare de mi§care a rotorului apropiate de viteza sincrona a campului mvartitor este posibil fenomenul de autoexcitatie їп circuitul RLC, deci formarea regimului de generare a curentilor cu frecventa determinata de parametrii circuitului LC.
Este cunoscut faptul [6], ca pentru mentinerea regimului de oscilatie їп schema RLC este necesar de acoperit pierderile de energie їп acest circuit de la o sursa exterioara. In ma§ina asincrona, care functioneaza їп regim de generare aceasta sursa poate fi de genuri diferite, inclusiv ca urmare a conversiei energiei mecanice aduse la rotor їп energie electrica. In teoria
generatoarelor de semnale electrice sisnusoidale sunt formulate conditiile de obtinere a regimului de generare. Aceste conditii constau in mentinerea balantelor fazei §i a amplitudinilor in circuitul de tipul RLC..
In teoria clasica este descris mecanismul de excitatie a circuitelor de tipul RLC [7,8]. Conform acestei teorii este necesar ca, caracteristica volt-amper a condensatorului sa aiba o derivata mai mica ca caracteristica de magnetizare a ma§ini asincrone. Este necesar de mentionat, ca curba de magnetizare a ma§inii electrice rotative la tensiuni §i curenti mici poate avea o neliniaritate la valori mici a tensiunii electromotoare §i conditia privind coraportul derivatelor ramurilor circuitului RLC necesar pentru aparitia regimului de autooscilatie poate sa nu se indeplineasca pentru aceste conditii.
In circuitul RLC al ma§inii electrice in regim oscilatoriu (de generare) sunt acoperite pierderile de energie de forta exterioara. In regim de repaus (franare) prin infa§urarea rotorului va circula un curent a carui valoare este determinata din relatia [6]:
f
Jr = I 2r 2 > (!)
unde /r - curentul rotorului;
r - rezistenta activa a fazei infa§urarii rotorului;
xr - rezistenta reactiva a fazei infa§urarii rotorului.
Tensiunea electromotoare, impedanta circuitului infa§urarii statorului §i curentul in acest circuit sunt functii de alunecare a rotorului fata de campul magnetic invartitor al ma§inii. La apropierea vitezei unghiulare a rotorului de viteza sincrona a campului magnetic valorile acestor marimi se mic§oreaza §i totodata se mic§oreaza §i pierderile in rotor, atat magnetice, cat §i cele conditionate de curentul electric. Deoarece ma§ina asincrona este un transformator specific, reiese ca parametrii rotorului se pot raporta la parametrii infa§urarii statorului §i schema echivalenta devine asemanatoare cu aceea a aparatului electromagnetic static - a transformatorului[7 2].
Valoarea curentului rotorului raportat la primarul ma§inii se determina din cunoscuta
relatie:
' Es El
/ =
,L'+i0z^r+(^)=" (2>
unde I'r, E'r - curentul §i tensiunea electromotoare a fazei circuitului rotorului raportati la infa§urarea statorului;
r, xr - rezistenta activa §i reactiva a fazei infa§urarii rotorului raportate la infa§urarea statorului;
^ - alunecarea rotorului fata de campul invartitor al ma§inii asincron.
In regim de generare viteza de mi§care a rotorului depa§e§te viteza campului invartitor §i
,1 — g
componenta rezistentei active rr---------in schema echivalenta devine negativa. Fizic obtinem, ca
rotorul din consumator de energie devine sursa §i aceasta corespunde puterii mecanice absorbite
1 — s
de la axul antrenat de o forta exterioara P2 -m2I2rr2---------- , unde m2 numarul de faze a circuitului
rotorului ma§inii asincrone. La indeplinirea conditiei sus mentionate avem o schimbare a directiilor curentilor in circuitele infa§urarilor rotorului §i statorului §i a fluxului de putere in ma§ina. In comparatie cu regimul de motor puterea P2 obtine o valoare negativa.
Vectorul tensiunii E'r §i in regim de generare i§i pastreaza directia tensiunii de echilibru electric in circuitul rotorului, pe cand curentul i§i schimba directia. Aceasta stare corespunde cerintei, ca in circuitul RLC in regim de generator elementul secundar sa aiba o valoare negativa a rezistentei[6].
Pentru a asigura un proces oscilatoriu fara amorsare in timp este necesar ca pentru circuitul RLC sa fie valabila conditia[1] :
Ti2 1
—}-Ri2T, (3)
2 4
unde L, R,T - inductanta §i rezistenta circuitului §i perioada procesului de oscilatie; i - valoarea instantanee a curentului in circuitul RLC.
La functionarea ma§inii asincrone in regim de generare cu excitatie capacitiva din punct de vedre a automaticii se pot evidentia urmatoarele blocuri functionale: sursa de energie - motor de antrenare, oscilatorul- circuitul format din capacitate §i inductivitatea ma§inii §i circuitul de reactie inversa intre circuitele rotorului §i statorului prin fluxul magnetic fundamental al ma§inii [6]. Rolul supapei in aceasta schema ii revine rotorului. Aceasta reiese din faptul, ca la alunecari mici ale rotorului apare un curent aproape in faza cu curentul din faza statorului §i fluxurile formate de ace§ti curenti se sumeaza, asigurand cre§terea fluxului total al ma§inii. La alta pozitionare a statorului curentul in faza lui atinge valoarea zero §i nu mai are loc injectia puterii din rotor in stator. Injectia energiei din rotor in stator are loc practic prin portiuni in momente bine stabilite de pozitionare a rotorului in spatiu fata de infa§urarea statorului. Acest regim de interactiune a rotorului cu statorul corespunde mecanismului de mentinere a oscilatiilor intr-un circuit pasiv LC cu pierderi, care este bine cunoscut in radiotehnica. In schema echivalenta a
r
ma§inii asincrone componenta —L reprezinta influenta circuitului rotorului asupra regimului de
s '
functionare a ma§inii §i energia externa conversata de rotor este unica sursa de acoperire a disiparii energiei in ma§ina. De aceea este evident faptul mentinerii regimului de oscilatie in ma§ina: in orice moment de timp puterea activa introdusa din circuitul rotorului sa depa§easca valoarea puterii asimilate de ma§ina §i sarcina. Acest regim este posibil incepand cu o valoare oarecare a alunecarii. In alt caz nu mai avem sursa necesara de acoperire a pierderilor, §i deci §i de asigurare a regimului de autoexcitatie stabila. Ultima observatie ne sugereaza ipoteza, ca exista o valoare critica a vitezei ma§inii la care este posibila excitatia ei. Deoarece avem o legatura dura dintre numarul de poli a ma§inii, viteza sincrona a campului invartitor §i frecventa proprie de rezonanta a circuitului RLC, apare posibilitatea de a asigura excitatia ma§inii asincrone la diferite viteze unghiulare a rotorului. Aceasta se poate face prin majorarea sau mic§orarea capacitatii bateriei de condensatoare utilizata ca sursa de putere reactiva pentru ma§ina asincrona.
In afara de acest factor mai exista o conditie care este necesar de luat in consideratie la examinarea regimurilor de autooscilatie in ma§ina asincrona. In functie de valoarea fluxului magnetic remanent al ma§inii §i mic§orarea lui sub influenta diferitor factori interni §i externi se va modifica §i tensiunea electromotoare generata de acest flux in functie de frecventa proprie de
oscilatie a circuitului cu atingerea fazei de cadere a procesului oscilator in circuit. Deci exista o valoare critica a capacitatii de excitatie pentru ma§ina data pentru care este posibil existenta regimului oscilator la numarul dat de turatii a rotorului. Aceasta este o urmare a imposibilitatii
pierderi sunt determinate de valoarea rezistentei active a conturului RLC. La mic§orarea acestei rezistente se va mic§ora §i valoarea marginala a limitei de jos privind numarul de turatii a rotorului la care va avea loc excitatia stabila .
Daca valoarea inductantei circuitului RLC este determinata de starea magnetica a ma§inii §i se asigura o valoare oarecare a curentului in circuitul RLC cu indeplinirea conditiei EIl> UcIc , reiese, ca ma§ina functioneaza cu proprietati de amplificator §i se asigura cre§terea fluxului fundamental a ma§inii in timp pana la stabilirea regimului. Regimul stationar al oscilatiilor este posibil de atins in mod natural sau fortat la indeplinirea conditiei EIL = UCIC, unde IL, Ic - curentii prin inductanta §i capacitatea condensatoarelor blocului de excitatie
capacitiva. Stabilizarea naturala a regimului oscilatoriu are loc ca urmare a neliniaritatii caracteristicii ma§inii asincrone E= f(IL). Atingerea fortata a regimului stationar se poate face prin redistribuirea puterii active pe parcursul unei perioade a oscilatiei; de exemplu prin conectarea sau deconectarea pe o durata determinata de timp a unei rezistente active suplimentare la circuitul RLC.
La cre§terea alunecarii are loc o deplasare in spatiu a axei fazei infa§urarii rotorului fata de axa fazei infa§urarii statorului §i prin aceasta se mic§oreaza legatura mutuala intre aceste infa§urari. Valoarea unghiului decalajului de faza poate atinge §i 900 electrice §i in acest caz nu se va pompa energie din rotor in stator pentru acoperirea pierderilor in circuitul oscilator.
Problema excitarii ma§inii asincrone detaliat a fost studiata experimental in lucrarea [1]. Zona de autoexcitatie este prezentata ca functia o = /(Q), unde co - viteza unghiulara a campului invartitor §i Q- viteza unghiulara de rotatie a rotorului. Acest studiu s-a executat pentru C = var. In caz daca numarul de perechi de poli p=l aceasta caracteristica prezinta o linie dreapta inclinata sub un unghi de 45° . Concluzia in acest caz consta in aceea, ca pentru limita marginala de jos a zonei de excitare a ma§inii asincrone valorile marimilor co §i Q sunt apropiate. Totodata autorii au depistat faptul existentei unui fenomen de histerezis dupa frecventa pentru fenomenul de excitare a ma§inii asincrone in regim de generator. Experimental s-a demonstrat existenta unei frecventei critice marginale de sus pentru valoarea data a capacitatii la care este posibila o excitare stabila a generatorului.
Calcularea valorilor frecventilor critice pentru oscilatiile in conturul RLC §i vitezele critice ale rotorului se poate face in baza relatiilor [1]:
de acoperire a pierderilor de energie in ma§ina in aceste conditii. In schema echivalenta aceste
1
1
c.s.
unde: cocj; ojc s - frecventa unghiulara marginala a limitei de jos §i a limitei de sus a curentului in circuitul oscilator in zona de excitare stabila; L - inductanta circuitului de magnetizare a ma§inii; C- capacitatea condensatorului de excitatie; \scj |; \scs | - alunecarea la valorile limita de jos §i sus
a frecventei de excitatie; r; Г- rezistenta activa a mfa^urarii statorului §i rezistenta rotorului
raportata la mfa§urarea statomlui; Q . ; Q frecventa unghiulara a rotorului; Lls ; Lrs-
inductanta fluxului de scapari a mfa§urarii statorului §i inductanta fluxului de dispersie a rotorului raportat la primarul ma§inii; p- numarul de perechi de poli ai ma§inii.
Relatiile (4) ne permit sa calculam valorile marginale de limita pentru zona stabila de excitatie a ma§inilor asincrone pentru diferite viteze de mi§care a rotorului §i la diferite valori ale capacitatii condensatoarelor de excitatie.
3.Rezultate ale analizei zonelor de excitatie a ma^inilor asincrone de constructie
tipica
In baza relatiilor (4) §i valorilor parametrilor ma§inilor asincrone tipice s-au efectuat calcule ale bandei zonei de excitatie stabila a ma§inilor asincrone de diferita putere nominala Іп regim de generare, care pot sa fie utilizate Іп instalatii eoliene de mica putere. Calculele s-au efectuat pentru diferite viteze de rotatie, reie§ind din ipoteza, ca a varierea numarului de rotatii a rotorului devierile valorilor parametrilor ma§inii Іп schema echivalenta se pot neglija. Ca viteze de baza s-au selectat valorile de 500 §i 375 rot/min a rotorului ma§inilor tip produse pe cale industriala.
Rezultatele acestor calcule sunt prezentate Іп fig. 1-5.
Observam (fig.1) ca exista doua grupari de ma§ini pentru care evolutia bandei de excitatie Іп functie de frecventa de rezonanta a statorului §i vitezei unghiulare a rotorului difera: grupul de ma§ini cu puterea pana la 7,5 kW §i cu o putere mai mare. Pentru aceste grupari frecventa de rezonanta a tensiunii este mai ridicata pentru ma§inile cu puterea mai mica §i se mic§oreaza pentru cele care au o putere nominala mai mare. Totodata aceasta banda de excitare stabila este mai ingusta pentru ma§inile cu putere mai mare, deci zona dintre curbele care prezinta valorile limita a frecventelor de excitare pentru regimul de rezonanta a curentilor ( frecventa cocj) §i
regimul de rezonanta al tensiunilor ( frecventa coc, )
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 toM в
Fig.la Zona de excitatie stabila a ma§inilor cu p=4 §i puterea P2= 0,2522 kW la parametrii nominali §i C= 1 -50000 juF.
Fig.lb Zona de excitatie stabila a ma§inilor cu p=4 §i puterea P2= 0,257,5 kW la parametrii nominali §i C= 150000 uF .
La frecvente mici are loc o limitare a zonei de excitatie a ma§inilor cu puterea mica (fig. 1b). Aceasta coreleaza cu caracteristicile obtinute experimental pentru ma§ina asincrona cu frecventa curentului de 1000Hz [1].
Pentru a obtine o informatie, fie §i relativa, despre influenta numarului de poli privind parametrii zonelor de excitatie stabila s-a efectuat calculele respective pentru o ma§ina cu viteza sincrona de 375 rot/min ( numarul de poli p=12). Caracteristicile obtinute pentru aceste ma§ini sunt prezentate in fig.2.
Q,Vs 350 300
100 50 a>es jg
me.}.
100 200 300 400 500 600 700 800 900 a?,l 3
Fig.2a. Zona de excitatie stabila a ma§inilor cu p=12 §i puterea P2= 0,25-22 kW la parametrii nominali §i C= 1 -50000 juF.
0,1/s
100
0 100 200 300 400 500 600 700 BOO 900 ea.lfs
Fig.2b. Zona de excitatie stabila a ma§inilor cu p=12 §i puterea P2= 0,257,5 kW la parametrii nominali §i C= 150000 juF .
In baza datelor din fig.2, reiese, ca mic§orarea vitezei sincrone a rotorului ma§inii are ca consecinte diminuarea latimii zonei stabile de excitatie capacitiva. Totodata mai pronuntat se evidentiaza plasarea limitei zonei spre frecvente mai ridicate §i la viteze mai ridicate a limitei de jos a frecventei de excitare, mai ales pentru ma§inile cu puterea nominala mica. Se poate mentiona, ca pentru ma§ina cu p=12 s-a considerat, ca este valoarea puterii nominale a generatorului coincide cu puterea generatorului cu nu marul de perechi de poli p=4.
Q,l/s 350
150
-flj ^ "
50
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 a>,V s
Fig..2c Zona de excitatie stabila a ma§inilor cu p=12 §i puterea P2= 11,022,0 kW la parametrii nominali §i C= 150000 juF.
: Sm , S
: I i -0S w ! i -
i i
100 200 300 400 500
Fig.3a. Zona de excitatie stabila a ma§inilor cu p=4 §i puterea P2= 0,25-22 kW la parametrii nominali §i C= 1 -50000 juF §i rezistentele active majorate de 2 ori
Daca vom tine cont de faptul, ca generatorul asincron, Іп comparatie cu motorul asincron are o mic§orare de putere de circa 25% Іп gabaritele date, atunci se poate admite ca §i rezistenta activa a mfa§urarilor statorului §i a rotorului la generator vor fi mai ridicate Іп comparatie cu valorile caracteristice pentru electromotorul asincron Іп gabaritul caruia s-a executat generatorul. Din aceasta cauza este natural de a§teptat, ca pentru generatorul asincron rebobinat conditiile de excitare vor fi mai putin favorabile. In baza metodologiei date se poate studia cantitativ semnificatia influentei rezistentei active asupra caracteristicii zonei de excitatie stabila doar majorand valorile rezistentelor active a ma§inii Іп schema echivalenta. In fig.3 sunt prezentate evolutiile valorilor marginale de limita a zonei de excitatie capacitiva ale ma§inii asincrone cu viteza sincrona N= 750 rot/min la cre§terea rezistentei active. Aceasta cre§tere este echivalenta regimului de mcarcare a ma§inii §i excitatia ei sub sarcina.
Zona de excitatie capacitiva stabila a generatorului asincron este influentata de cota pierderilor ma§inii §i de componenta activa a sarcinii alimentate de generator (fig.3). Ma§inile de putere mica sunt mai sensibile la schimbarile valorii rezistentei echivalente active totale, care include atat pierderile proprii, cat §i puterea activa absorbita de sarcina ei. Ca urmare hotarele zonei stabile de excitatie capacitiva a acestor generatoare se plaseaza spre valori mai ridicate a vitezelor unghiulare. La cre§terea valorii rezistentei active echivalente a ma§inii, ie ca urmare a sporirii pierderilor proprii sau a cre§terii sarcinii se formeaza un fascicul de caracteristici a hotarelor zonei de excitare pentru frecventa critica de jos, care corespunde regimului de rezonanta a curentilor Іп circuitul paralel LC. Vom mentiona, ca acest regim constituie regimul normal de functionare a generatoarelor asincrone cu excitatie capacitiva.
0 100 200 300 400 300 BOO 700 8D0 900 ш.І/г
Fig.3b. Zona de excitatie stabila a ma§inilor cu p=4 §i puterea P2= 0,25-22 kW la parametrii nominali §i C= 1 -50000 juF §i rezistentele active majorate de 4 ori Іп comparatie cu valoarea lor nominala
Fig.3c. Zona de excitatie stabila a ma§inilor cu p=4 §i puterea P2= 0,25-22 kW la parametrii nominali §i C= 1 -50000 juF §i rezistentele active majorate de 4 ori Іп comparatie cu valoarea lor nominala
La cre§terea pierderilor ie§im din zona de excitare §i ma§ina i§i pierde functia de generator, chiar daca avem posibilitate sa ridicam viteza unghiulara a rotorului cu trecerea la regimul de excitare bazat pe fenomenul de rezonanta a tensiunilor Іп ma§ina. Punctului de
intersectie a caracteristicilor hotarelor limita a zonei de excitatie (cocj - regimul de rezonanta a curentilor §i cocs- a tensiunilor) i se poate atribui denumirea de regim critic pentru functionarea ma§inii asincrone in regim de generare.
In anexa A.1 sunt prezentate date privitor la parametrii ma§inilor asincrone produse pe cale industrials cu viteza sincrona n= 750 rot./min.
In baza rezultatelor analizei zonelor de excitatie stabila se pot determina §i particularitatile de evolutie a caracteristicilor zonelor de excitatie capacitiva §i in functie de numarul de poli ai ma§inii. Daca vom lua ca baza frecventa de 50Hz a curentului produs de generator atunci se pot determina valorile limita a frecventei unghiulare a rotorului in limitele carora se poate asigur a regimul de excitatie capacitiva a stabila a generatoarelor asincrone.
In tabelul 1 sunt prezentate datele generalizate despre zona stabila de excitare a generatoarelor confectionate in baza ma§inilor asincrone cu viteza sincrona n=750 rot/min. De mentionat ca aceste date sunt o generalizare §i se bazeaza pe ansamblul standard de date a ma§inilor asincrone culese din indrumar. Totu§i aceste datele aceste ne indica posibilitatile confectionarii generatorului asincron robust la turatii joase.
Tabelul 1.
Zona generalizata a excitatiei stabile a generatoarelor asincrone la turatii joase pentru
o) = 314,1/s.
Numarul de perechi de poli p 4 6 8 12
Frecventa unghiulara de jos, Q., 1/s 75 50 35 25
Frecventa unghiulara de sus (putere mica), Qsl,l/s 150 100 60 50
Frecventa unghiulara de sus (putere mica), Qs2,l/s 110 70 52 35
4. Concluzii
• Ma§ina asincrona poate functiona ca generator atat in regim de rezonanta a curentilor, cat §i de rezonanta a tensiunilor la excitatia ei capacitiva.
• Ma§inile asincrone de putere mica (0,25-22kW) dupa caracteristicile zonelor de excitatie capacitiva stabila se pot diviza in doua grupe: cu puterea nominala sub 7,5 kW §i cele de putere mai ridicata. Ma§inile cu puterea mai mare se pot excita in regimul de rezonanta a tensiunii la frecvente mai joase. Totodata zona de excitatie capacitiva a acestor ma§ini este mai ingusta in comparatie cu parametrii zonei de excitatie a ma§inile de putere mica.
• La cre§terea numarului de perechi de poli zona de excitatie capacitiva stabila a generatoarelor asincrone devine mai ingusta, deoarece create cota fluxului de dispersie a ma§inii.
• Pierderile proprii §i puterea activa absorbita de catre sarcina influenteaza asupra stabilitatii excitatiei capacitive a generatorului. Pentru generatorul asincron exista un regim critic a l raportului vitezei de mi§care a rotorului §i vitezei unghiulare a campului invartitor la
atingerea caruia este imposibil de asigurat regimul de excitatie capacitiva §i functionarea ma§inii asincrone ca generator.
5. Bibliografia
1. Китаев А.В., Орлов И.Н. О физическом механизме самовозбуждения асинхронной машины. Электричество № 4, 1974г. СС. 47-15.
2. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник/ Кравчик А.Э., Шлаф М., Афонин В.И., Соболенская Е.А. М.: Энергоатомиздат 1982. -504с.
3. Проектирование электрических машин./ под общей редакцией П.С. Сергеева.М.-Л.: ГЭИ, 1956г.-504с.
4. Автономный источник электроэнергии. / Атрощенко В.А. и др., Патент РФ №93052095, Н02М5/16, 1996.06.27.
5. Устройство для автоматического регулирования напряжения асинхронного генератора / Богатырь П.И. и др., Патент РФ №2145764, Н02Р9/46, 2000.02.20
6. Радиотехнические цепи и сигналы. Под ред. К.А.Самойло.М.: Радио и связь, 1982г. - 527с.
7. Tudor S. Ambros. Ma§ini electrice . Vol.1. Chisinau: Univers, 1992.- 479p.
8. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Л.: Энергия. - 648с.
Anexa 1.
Tabelul A.1.
Parametrii ma§inilor asincrone de tip 4A cu viteza sincrona de rotire n=750 rot/min.
P2,kW Lm, h Ls1,H r1, Ohm L, h Г ,Ohm Lsi iLn
0.25 0.8079 0.1212 46.5105 0.1885 48.6246 0,15
0.37 0.6495 0.0799 29.8062 0.1449 25.1000 0,123
0.55 0.4547 0.0560 18.6701 0.1014 16.4736 0,123
0.75 0.3379 0.0390 11.4270 0.0754 8.9784 0,115
1.1 0.2801 0.0300 8.1682 0.0600 6.9115 0,107
1.5 0.2224 0.0237 5.1217 0.0475 4.3302 0,106
2.2 0.1712 0.0126 3.3339 0.0194 2.9754 0,074
3.0 0.1451 0.0100 2.2779 0.0154 2.3633 0,069
4.0 0.1075 0.0067 1.4341 0.0114 1.2232 0,062
5.5 0.0930 0.0057 1.2485 0.0098 0.9891 0,061
7.5 0.0795 0.0056 0.9365 0.0072 0.3996 0,0704
11.0 0.0549 0.0041 0.5685 0.0049 0.2670 0,102
15.0 0.0528 0.0029 0.4420 0.0037 0.2072 0,053
18.5 0.0483 0.0024 0.3909 0.0030 0.1517 0,05
22.0 0.0484 0.0022 0.3042 0.0028 0.1423 0,046
S. Postoronca. Cercetator §tiintific la Domeniul intereselor §tiintifice. Diagnoza echipamentului energetic cu metode indistructive de control, sisteme a electronicii de putere pentru conversia energiei electrice, valorificarea susrselor regenerabile de energie. Autor a cca. 18 publicatii §tiintifice, mentionat cu medalii de bronz a Expozitiei Internationale IFOINVENT (Chisinau).
A.Barladeanu. Cercetator §tiintific la Institutul de Energetica al A§M. Domeniul intereselor §tiintifice. Diagnoza echipamentului energetic cu metode indistructive, energeti ca eoliana, sisteme electromecanice de conversie, inclusiv generatoarele asincrone. Autor a cca. 60 publicatii §tiintifice, mentionat cu medalii de bronz a Expozitiei Internationale :Eureka( Belgia),IFOINVENT (Chisinau).
V.Berzan. Dr. hab. їп tehnica, director adjunct pe probleme de §tiinta a Institutului de Energetica al A§M. Domeniul intereselor §tiintifice. Diagnoza indistructiva a echipamentului electroenergetic, procese nestationare їп circuite electrice neomogene, modelarea matematica, transportul energiei electrice la distante mari, surse regenerabile de energie. Autor a peste 160 lucrari §tiintifice, inclusiv monografii 10.
V.Tir^u. Inginer programator la Institutul de Energetica al A§M. Autor a S publicatii §tiintifice
Iu. Ermurachi. Inginer coordonator al institutului de Energetica al A§M. Domeniul intereselor §tiintifice:
electromecanica §i sisteme electromecanice de conversie a energiei, electronica de putere. Autor a 35 de lucrari
§tiintifice.
