CC BY
14Для выделения из сигнала рассогласования только высших гармоник в схеме применен полосовой фильтр - ПФ, обеспечивающий передачу (пропускание) гармоник с 5 по 25 с коэффициентом, равным 1. Основная гармоника и гармоники более высоких порядков (выше 25) ослабляются фильтром на порядок и более. Фильтр рассчитывается и выбирается таким образом, чтобы фазовый сдвиг в полосе его пропускания был близок к нулю. Сигнал с выхода полосового фильтра поступает на вход регулятора напряжения PH, где усиливается, а затем дифференцируется с целью исключения из сигнала управления UY постоянной составляющей.
Поскольку величина основной гармоники в сигнале рассогласования может достигать значительной величины, особенно в динамических режимах работы судовой электростанции, задача ее компенсации данным устройством не ставится. Указанная проблема должна решаться другими средствами и методами, хотя, в принципе, стабилизация напряжения на зажимах генератора может быть обеспечена системами вольтодобавки [3].
При наличии нескольких статических преобразователей они должны быть подключены к выходу компенсирующего устройства.
Предложенный компенсатор, хотя и представляет собой достаточно сложное устройство, однако обеспечивает эффективную компенсацию высших гармоник и не требует периодической подстройки параметров схемы компенсации. С его помощью можно по выбору компенсировать любой спектр гармоник тока, а по массогабаритным показателям данное устройство существенно выигрывает у многофазных и трансформаторных схем.
Список литературы
[1] Шейнихович В В., Климаном О.Н. и др. Качество электрической энергии на судах: Справочник. -Л.: Судостроение, 1988. - 160 с.
[2] Попов С.В. Анализ схемных решений построения трехфазпых вольтодобавочных стабилизаторов // Труды МГТУ «Актуальные проблемы электроэнергетики». - Том 59. - 2006. - С. 88-90.
[3] Коробко Г.И., Попов С.В. Судовые стабилизаторы переменного напряжения на базе вольтодобавочных устройств с накопителем электроэнергии // Материалы НТК проф. преп. состава .. Юбилейный выпуск. - Ч. 3. -ВГАВТ. - 2005. - С. 272.
WAYS OF REDUCTION IN MAXIMUM HARMONICS IN THE CURRENT AND PRESSURE OF THE SHIP NETWORK
G. I. Korobko, S. V. Popov, A. V. Rishletov
Now in the connection with the use of powerful static converters on ships there is a sharp problem of the reduction in distortions of ship network pressure. The way of the reduction in distortions on the basis of the static equalizer of lhe maximum harmonics of current is offered in the article
УДК 621.313.3
О. С. Хватов, д. т. н., профессор ВГАВТ.
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
АСИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ
Рассмотрены вопросы управления асинхронными генераторными комплексами переменной частоты вращения в составе различных автономных электроустановок.
В настоящее время мировые потребности в электроэнергии удовлетворяются преимущественно путем использования таких традиционных источников, как уголь, нефть, газ. Однако постепенное истощение запасов этих органических видов топлива вынуждает искать новые пути ее получения. Указанные обстоятельства, а также необходимость решения назревших экологических проблем обусловили создание энергосберегающих технологий и освоение новых, в том числе нетрадиционных возобновляемых источников энергии. К числу таких источников относятся малые реки, ветер и др. [1-4].
Использование возобновляемых источников энергии является одним из основных направлений современного развития мировой энергетики. Малая энергетика способствует решению важнейшей сегодня проблемы - энергосбережению и вовлечению возобновляемых источников в общий энергетический баланс страны.
В последние годы малые ГЭС (МГЭС) стали объектом всеобщего внимания, включая развитые страны. МГЭС относятся к разряду экологически чистых источников энергии. Особенно это касается малонапорных МГЭС, когда они являются русловыми станциями, не вызывающими подтопления и.не влияющими на фауну реки.
В настоящее время в стадии эксплуатации в различных странах находится значительное количество ветроэлектрических установок (ВЭУ). При наличии значительного количества районов с богатым ветроэнергетическим потенциалом ВЭУ перспективны с точки зрения промышленного использования.
Особо актуальны вопросы рациональной электроэнергетики на автономных объектах. Традиционным вариантом решения вопроса является применение дизель-генераторных агрегатов. Более перспективным, в частности, на судах представляется использование главной силовой установки пу тем отбора мощности от гребного вала для привода генератора. Применение валогенераторных установок (ВГУ) повышает экономичность автономных объектов, т.к. снижает расход топлива и уменьшает необходимое количество дизель-генераторов в составе энергоблока.
Общая проблема, объединяющая вышеуказанные объекты электроэнергетики, заключается в создании высокоэкономичных электротехнических комплексов (ЭК), преобразующих энергию приводного, движителя (турбины МГЭС, ветроколеса ВЭУ, главного валопровода ВГУ) в электроэнергию требуемого качества. Это связано с решением технической задачи обеспечения постоянных частоты и амплитуды генерируемого напряжения при переменных, в общем случае, частоте вращения вала движителя, а также величине и характере нагрузки. Решение этой проблемы возможно с использованием асинхронных (АГ) и синхронных (СГ) генераторов. Требования стабилизации параметров вырабатываемой электроэнергии (частоты и амплитуды напряжения) при переменной скорости вала движителя приводят к двум вариантам построения ЭК: с механическими (дифференциальные редукторы, гидромеханические и пневмомеханические устройства) и электрическими (статические преобразователи частоты (ПЧ)) регуляторами. Оба варианта обеспечивают требуемую стабилизацию параметров вырабатываемой электроэнергии, однако второй, отличающийся простотой механической части ЭК, наиболее приемлем для малой и средней мощности (до 1000кВт). В этом случае ЭК может быть построен как на базе АГ с ПЧ в роторе (машина двойного питания (МДП)), так и по схеме СГ-ПЧ в статоре. Мощность ПЧ в роторе АГ для ЭК по схеме МДП пропорциональна отклонению частоты вращения вала генератора от синхронной. Мощность ПЧ в статоре СГ рассчитана на передачу всей мощности генератора, что увеличивает капитальные затраты.
Генераторные комплексы и приводящие их во вращение движители образуют электромеханические структуры (ЭМС), которые в зависимости от направления потока активной мощности классифицируются на неразветвленные и разветвленные [1]. В неразветв-ленных ЭМС существует только один канал передачи активной мощности от движителя к
ЭК. Примерами таких систем являются МГЭС и ВЭУ (рис. 1). В этом случае вся мощность движителя (турбина, ветроколесо) поступает на вал генератора. Ее величина не согласована с величиной подключенной к генератору нагрузки. Устранение этого недостатка, необходимое для обеспечения баланса мощности в автономной системе «ЭК-нагрузка», а, следовательно, и для стабилизации параметров генерируемой электроэнергии, осуществляется балластной нагрузкой /?Б и полупроводниковым преобразователем. Наличие /?Е в составе силового электрооборудования является отличительной особенностью ЭК, работающих в неразветвленных ЭМС при автономном режиме.
В разветвленной ЭМС на вал ЭК поступает только часть мощности движителя, равная подключенной к генератору нагрузке. Это позволяет выполнить условие баланса мощности в системе «ЭК-нагрузка» без использования /?Б. Другая (основная) часть мощности движителя идет на механизм передвижения объекта. Примером разветвленной ЭМС является судовая валогенераторная установка, когда основная часть мощности главного судового дизеля поступает на винт судна, а другая - на вал ЭК (рис. 1).
ВГУ
ООО
Рис. 1. Структурная схема и состав элементов электрооборудования автономного ЭК на основе МДП
Для стабилизации параметров генерируемой электроэнергии в автономном ЭК (здесь и далее под термином ЭК будем понимать ЭК на основе МДП) должен поддерживаться баланс активных и реактивных мощностей в системе «ЭК-нагрузка». Изменение величины и характера нагрузки в автономной сети либо частоты вращения вала приводного движителя нарушают баланс мощностей и при отсутствии управления со стороны ЭК приводят к изменению параметров генерируемой электроэнергии (частоты и амплитуды напряжения). Регулирование величины активной и реактивной составляющих генерируемой мощности МДП-генератором в соответствии с изменением мощности и характера нагрузки либо частоты вращения вала движителя - необходимое условие стабилизации параметров электроэнергии в системе «ЭК-нагрузка».
Принцип регулирования заключается в возможности управления амплитудой, фазой и частотой тока в роторе МДП с помощью преобразователя частоты. Для обеспечения установившегося режима работы МДП-генератора необходимо выполнение равенства:
СО] = ю + СЙ2 .
где Ю| = сос!Р~частота вращения поля статора АГ;
сос - частота вращения поля сети;
р - число пар полюсов АГ.
со2 - частота тока в роторе относительно частоты вращения тела ротора.
Для выполнения И) = const при переменной частоте вращения вала приводного движителя со (турбины МГЭС, ветроколеса ВЭУ, валопровода ВГУ) преобразователь обеспечивает формирование со? в роторе МДП в соответствии с выражением:
С02 = С0| — со.
Вектор тока ротора может быть сдвинут с помощью ПЧ относительно ЭДС на некоторый угол. Активная и реактивная составляющие тока ротора МДП-генератора:
/;„ = /;• cos ері (і)
»
І'ір = ¡'і ’ sin <Рг (2)
»
где ф2 - фаза тока ротора относительно ЭДС ротора.
Активная составляющая тока ротора определяет величину активной мощности и генераторного момента МДП, а реактивная составляющая вместе с током намагничивания ¡о - реактивную мощность. Из (1) и (2) следует, что в МДП-генераторе регулированием величины и фазы тока ротора можно независимо изменять активную и реактивную мощности. Таким образом, МДП-генератор способен обеспечивать необходимый для стабилизации параметров электроэнергии баланс мощностей в системе «ЭК-нагрузка» при изменении мощности и характера нагрузки, а также частоты вращения вала движителя.
Тип электромеханической структуры ЭК (разветвленная или неразветвленная), а также режим ее работы (автономный или параллельно с энергосистемой) оказывают определяющее значение на состав элементов силового электрооборудования ЭК на основе МДП. Например, для работы МДП-генератора в автономном режиме обязательными элементами силовой структуры (рис. 1) являются: емкость Св, обеспечивающая возбуждение АГ, источник реактивной мощности СИрм, предназначенный для генерирования реактивной мощности в нагрузку Хн. Регулируемая балластная нагрузка Rh является необходимым элементом автономного МДП-генератора, работающего в нераз-ветвленной ЭМС (МГЭС, ВЭУ) и позволяет снижать установленную мощность АГ.
Заметим, что при работе МДП-генератора параллельно с энергосистемой в составе как неразветвленных, так и разветвленных ЭМС емкость возбуждения Св, СИрм и Rs не требуются. В этом случае реактивная мощность для возбуждения АГ 00. нагрузки QH и ПЧ ¡Эпч поступает из энергосистемы. Необходимость в балластной нагрузке отпадает, поскольку стабилизация параметров режима работы (/, и U0 поддерживаются также за счет энергосистемы.
Установившийся режим автономного МДП-генератора обусловлен балансом активных и реактивных мощностей между ЭК и нагрузкой и характеризуется конкретными величинами амплитуды Ut и частоты /І напряжения при определенной скорости вращения вала движителя. Нарушение баланса мощностей вызывает переходный процесс, который заканчивается гакже установившимся режимом, но с новыми значе-
ниями U1 и/i. Причиной нарушения баланса мощностей в автономной системе «ЭК-нагрузка» может быть изменение скорости вращения вала АГ или (и) параметров нагрузки (Sh, cos<pH). Например, в автономной системе с МДП-валогенератором увеличение частоты гребного вала приводит к возрастанию активной мощности, генерируемой МДП (Рмдп). Если мощность нагрузки при этом постоянна (Рн = const), то равновесие между Рмдп и Р-ц нарушается, что приводит к изменению параметров генерируемой электроэнергии [2].
Исследовать вопросы стабилизации параметров электроэнергии автономного МДП-генератора целесообразно с позиции теории активных цепей, используя его схему замещения (рис. 2). Элементы схемы - активные и реактивные сопротивления. Они характеризуют соответственно активные и реактивные мощности, генерируемые или потребляемые различными элементами системы «ЭК-нагрузха». С целью получения более удобных для анализа зависимостей в схеме замещения не учитываются сопротивления Г], *18, *25, соответствующие потерям активной мощности в обмотке статора АГ, реактивным мощностям рассеивания обмоток и незначительно влияющими на количественные результаты.
Потребляемая (генерируемая) мощность представлена соответственно положительным (отрицательным) значениями сопротивлений. Величина и направление потока мощностей в элементах системы «ЭК-нагрузка» могут изменяться в процессе работы ЭК. Поэтому одни элементы (сопротивления) в схеме замещения имеют постоянную величину и знак, другие — переменны по величине, но постоянны по знаку, третьи - могут иметь переменные как величину, так и знак.
К первой группе относятся положительное реактивное сопротивление намагничивания АГ Хт и отрицательное сопротивление конденсаторной батареи возбуждения А'с- Указанные сопротивления соответствуют реактивной мощности намагничивания АГ Q0 и реактивной мощности возбуждения Qя.
Ко второй - положительные активное и индуктивное сопротивления нагрузки Дн и А’н, соответствующие активной и реактивной мощности нагрузки РИ и отрицательное активное эквивалентное сопротивление АГ в схеме МДП Ддг, соответствующее активной мощности Р\, генерируемой МДП через статор АГ; реактивное сопротивление ИРМ А'ирм, соответствующее реактивной мощности ИРМ £>Ирм5 а также положительное активное сопротивление балластной нагрузки ЯБ, характеризующее величину активной мощности, потребляемой балластом РБ.
В третью группу входят активное и реактивное эквивалентные сопротивления ПЧ 7?пч и Л'пч, характеризующие величину и направление активной и реактивной мощно-
стей, проходящих через ГТЧ Рт, <2т- Баланс мощностей в автономном МДП-генераторе поддерживается за счет регулирования величины активной и реактивной мощности ЭК средствами управления ГТЧ, что соответствует регулированию величин сопротивлений ЛАГ ,ЛПч и Лпч в схеме замещения.
Для МДП-генератора с ПЧ с широтно-импульсной модуляцией (ПЧ с ШИМ) выражение для выпрямленного тока имеет вид:
, Игг соіі Фг - С0!5 Фпч
'■'*-----------------------К--------------------------
(3)
где у2, уі - соответственно скважность тока роторного и сетевого коммутаторов ПЧ.
Опуская промежуточные преобразования и полагая (рПч = 0, что соответствует фпч = 0 и вполне корректно для ПЧ с ШИМ, получим выражение и, и/,:
и, =
6ирм
-Узсовфз +у,
я=-
пр
60
1 +
У\к
у2 совф2 1- 17^чу2 (1+^)
(4)
(5)
Анализ зависимости (4) показывает, что амплитуда напряжения автономного МДП-генератора зависит от параметров режима работы АГ и нагрузки. Величина 1/\ прямо пропорциональна мощности ИРМ 0ирм и обратно пропорциональна реактивной мощности нагрузки (2И. Стабилизацию С/, согласно (4) можно осуществить средствами управления ПЧ за счет регулирования фазы тока ротора <р2 или скважности тока роторного блока ПЧ у2. Закон регулирования у2, обеспечивающий стабилизацию Ц\ автономного МДП-генератора, получим из (4):
6ирм
с/,2
1.58.У 5ІП ф2 СОБ ф2 Л СОБфз
(6)
Частота напряжения /| автономного МДП-генерйтора прямо пропорциональна частоте вращения вала ЭК и обратно пропорциональна активной мощности нагрузки Рп. Стабилизация/| осуществляется средствами управления ПЧ. Закон регулирования скважности сетевого блока ПЧ у1, обеспечивающий стабилизацию частоты /, генерируемого напряжения, получим из (5):
60/!
пр
-1
У 2 С05(Р2
1.17Л^(1 + А)
(7)
Анализ зависимостей (4) и (5) автономного МДП-генератора показывает взаимосвязь амплитуды 1/\ и частоты /| генерируемого напряжения, что предполагает их системное' рассмотрение.
Отметим, что полученные зависимости параметров генерируемой электроэнергии и законов управления ПЧ для их стабилизации имеют универсальный характер и справедливы для ЭК, работающего как в составе разветвленных, так и неразветвленных ЭМС.
Одна из проблем применения АГ в подобных устройствах состоит в разработке компактного и регулируемого источника реактивной мощности (ИРМ). Для этих целей используются конденсаторные батареи, синхронные компенсаторы и тиристорные источники реактивной мощности ИРМ [4].
ИРМ является одновременно с АГ и ГТЧ одним из основных элементов силового оборудования ЭК и предназначен для поддержания баланса реактивной мощности между автономным МДП-генератором и нагрузкой. Установленная мощность ИРМ при заданной нагрузке существенно зависит от режима работы ПЧ.
Новые возможности по использованию МДП-генератор получил благодаря достижениям в области силовой электроники, созданию современных преобразователей частоты, которые обеспечивают практически синусоидальное питание цепей АГ при отсутствии ограничений по регулированию фаз токов ПЧ.
Из векторных диаграмм (рис. 3) видно, что при положительных значениях фаз тока ротора <р2 и тока ПЧ <рт, асинхронная машина и ПЧ потребляют реактивную мощность из автономной сети. Это означает, что ИРМ должен выбираться из условия компенсации реактивных мощностей нагрузки (£?н) и ПЧ (0пч)- При этом реактивная мощность намагничивания АГ (<2о) компенсируется отдельной конденсаторной батареей возбуждения (<2в) Шо = £}в)- С увеличением модуля <р2 в области отрицательных значений, при неизменной фазе тока ПЧ, снижается потребление реактивной мощности МДП-генератором. В этом случае направление потока реактивной мощности АГ меняется и, начиная с определенного значения <р2, МДП-генератор может генерировать реактивную мощность в автономную сеть, снижая тем самым установленную мощность ИРМ (<2ирм)- Дополнительно снизить 0ирм можно за счет работы МДП-генератора с <рт в области отрицательных значений (рис. 3). Необходимо отметить, что в этом случае увеличится установленная мощность ПЧ. Очевидно, что предельные величины (р2 и <рпч определяются номинальными значениями токов ротора и статора или ограничиваются установленной мощностью ПЧ.
а) б) в)
Рис. 3. Векторные диаграммы МДП-генератора при различных углах управления ПЧ:
а - ф2>0; фпч>0; б - ф2<0; фпч>0; в - фг<0; фпч<0
Особенность энергетического баланса в автономном ЭК в составе разветвленной ЭМС по сравнению с неразветвленной заключается в отсутствии балластной нагрузки в составе элементов силового электрооброудования. Баланс реактивной мощности для ЭК в составе разветвленных ЭМС аналогичен неразветвленным ЭМС.
В соответствие со схемами (рис. 2, 3), баланс реактивных мощностей в автономном ЭК можно представить следующим выражением:
бв + бирм = Q\\ ± бі ± бпч > (8)
где Оі - реактивная мощность статора АГ.
С учетом того, что
б. = 60 + 62, (9)
где (¿і - 3-£/2 /2 С05(р2 - реактивная мощность ротора, определяемая величиной и знаком ср2 (^2, ¡2 - действующие фазные значения напряжения и тока ротора МДП). Мощность ИРМ можно выразить, как
6ирм = бн ± бг - бпч- (10)
В выражениях (8-10) знак плюс соответствует потреблению, а знак минус - генерированию реактивной мощности роторной цепью АГ и ПЧ.
Реактивные мощности, потребляемые (генёрируемые) ротором и ПЧ МДП-
генератора. можно выразить в соответствии с векторной диаграммой (рис. 3):
02 = ±6. - бо = 3-1/,<±/,р - /о) = 3-<У,-/1а-1§ф2, (11)
бпч = 3-£/|-/пчр = 3 • С/1 '/ПЧа'1§ф,!чі (12)
где и і - напряжение статора; /0 - ток намагничивания статора АГ;
/іа, /|Р - активная и реактивная составляющие тока статора АГ.
Активная составляющая тока ПЧ определяется через активную составляющую тока нагрузки /На:
/пЧа = /на-/|а = Л</(3-£/,)-/1з, (13)
где Рн - активная мощность нагрузки.
Выражение (3), с учетом величин ф2 и фпч, примет вид:
бирм = /н^Фн + 3-1/1 -/1 ^ф2 + Ъ-иЛРц / (З-С/і) - Ла)^фПЧ =
= Лг^фн + tgфпч) + 3 -С/г/и^фн - tgфпч)■ (14)
Таким образом, величина мощности ИРМ зависит от мощности (5Н) и характера (соБфц) нагрузки, частоты вращения вала движителя и фаз токов ротора и ПЧ, определяемых средствами управления преобразователя. Полученное уравнение (14) является универсальным для разных типов ПЧ в МДП-генераторе (ПЧ с ШИМ, токовый непосредственный преобразователь частоты (ТНГТЧ) и т. д.). В настоящей статье рассматривается вариант МДП-генератора с ПЧ с ШИМ, когда фПч = 0 и бпч = 0, что вполне корректно дпя данного типа преобразователя, поэтому выражение (14) примет вид:
биРМ = ЛИёфН + З-С/і'/ 1а'1§ф2- (15)
Требуемая мощность ИРМ для автономного ЭК на основе МДП-генератора определяется реактивной мощностью нагрузки и ротора АГ:
бирм = бн ± бг- (16)
С целью проведения анализа возможности минимизации бирм за счет регулирования фазы тока ротора ср2, используя (15), рассчитаны зависимости 6'ирм ~АЧг) (гДе б’ирм = бирм І бо)- О™ приведены на рис. 4 для двух значений характера нагрузки с СОБфн = 0,7 И СОБфн = 0,9.
Расчеты проводятся при условии, что ПЧ не потребляет из сети реактивной мощности, т. е. соБфпч =1 и в то же время позволяет регулировать фазу тока ротора (ф2) в области положительных и отрицательных значений, определяемых условиями баланса
активных и реактивных мощностей в автономной сети. При ф2 > 0 токи ротора и статора имеют индуктивный характер. При ф2 < О ток ротора имеет емкостной характер, а ток статора может быть индуктивным, активным и даже емкостным. Допустимый диапазон изменения фазы тока ротора ф2 ограничен условиями нагрева обмоток АГ, т. е. Л ^ /)Н, 12 < І2н- На рис. 4. эти ограничения отражены величинами бирмтю и бирмшт-
Рис. 4. Зависимости <2*ИРМ =/(<р2)
Значение бирмшах соответствует режиму работы МДП-геиератора с номинальными потерями активной мощности в статоре при ф2 > 0, т. е. когда АГ потребляет реактивную мощность из автономной сети. В этом случае ограничивающим условием является неравенство 1\ < /щ- Значение 2ирмшш соответствует режиму работы МДП-генератора с номинальными потерями активной мощности в роторе при ф2 < 0. Здесь ограничивающим условием является неравенство /2 < /2Н.
Анализ зависимостей 2*ирм =/(фг) показывает, что со снижением абсолютной величины ф2 уменьшается требуемое по условиям баланса мощностей значение 2ирм, ЧТО обусловлено снижением потребляемой АГ реактивной МОЩНОСТИ. С ростом СОБфн также наблюдается уменьшение (?Ирм, т.к. снижается реактивная мощность нагрузки. Отметим, что модули предельных величин ф2 в области отрицательных и положительных значений различны, так как они соответствуют разным ограничениям по номинальным потерям активной мощности.
В соответствие с рис. 4, например, при С05фи = 0,9, МДП-генератор может полностью обеспечить нагрузку реактивной мощностью, т. к. Оирмтт < 0. Работа с ИРМ, МОЩНОСТЬ которого соответствует ОиРМшш ДЛЯ СОБфн = 0.7, допустима и при СОЭфн = 0.9, так как в этом режиме за счет регулирования ф2 в области положительных значений (ф2> 0) можно скомпенсировать “излишнюю” мощность ИРМ. Предельная величина
Оирм в этом случае ограничивается значением Оирмтах, соответствующему номинальному току статора МДП-генератора. Очевидно, что завышение установленной мощности АГ и ПЧ в составе МДП-генератора приведет к снижению установленной мощности ИРМ, поскольку расширятся компенсирующие возможности (по реактивной мощности) асинхронной машины.
На рис.5, представлены зависимости минимально и максимально допустимых значений мощности ИРМ б’ирмтт = А$) и б'ирмтах = Ля) Для всего диапазона нагрузок. Указанные зависимости рассчитаны по выражениям (15) из условий II ^ 1|Н. 12 < 12н с учетом среднестатистического значения соБсрн = 0,7.
Рис.5. Зависимости й'ирм™„ =№ И б'икмщд, =А$)
Анализ показывает, что регулирование фазы тока ротора средствами управления ПЧ позволяет осуществить работу МДП-генератора при стабильных значениях частоты и амплитуды генерируемого напряжения, так как обеспечивается баланс активных и реактивных мощностей ЭК и нагрузки. При этом для нагрузок с соБфн 5 0,85 для рассматриваемою варианта МДП-генератора не -требуется использование ИРМ. При работе с совфн < 0,85 для обеспечения реактивного баланса мощностей в автономном ЭК допустимо использование нерегулируемого ИРМ, установленная мощность которого определяется максимальным значением из ряда (ЖРМпип для наименьшего совфн- Например, если минимальное значение соэфн = 0,7, то, в соответствие с рис. 5, максимальное значение из ряда бирмтш определяется т. А. При этом использование нерегулируемого ИРМ с установленной мощностью, соответствующей т. А, допустимо на всем диапазоне нагрузок при соэфн 5 0,7, так как в этом случае величина бирм не превышает значений бирмтах, соответствующих верхней границе ограничений по тепловому перегреву АГ (рис. 5).
Приведенные в статье зависимости б’ирмтш = АУг) и б*ирмтах = № имеют универсальный характер. Количественные результаты расчетов соответствуют МДП-генератору мощностью Рн - 75 кВт.
В результате проведенных исследований получены универсальные аналитические зависимости амплитуды Ь\ и частоты /, напряжения автономного ЭК на основе МДП-генератора при переменных скорости вращения вала приводного движителя, величине и характере нагрузки и на их основе определены законы управления преобразователем частоты (углы управления роторным и сетевым блоками ТНПЧ, фазы и скважности токов роторного и сетевого блоков ПЧ с ШИМ) для стабилизации параметров электроэнергии, которые используются при синтезе системы автоматического регулирования автономного МДП-генератора. Законы управления имеют универсальный характер и справедливы для работы ЭК в составе как неразветвленных, так и разветвленных ЭМС.
Определена величина мощности ИРМ автономного МДП-генератора и показана возможность ее минимизации за счет векторного управления током ротора 12.
Список литературы
[1] Хватов О.С. Управляемые генераторные комплексы на основе машины двойного питания. Монография. НГТУ. - Н. Новгород, 2000.
[2] Титов В.Г., Хватов О.С. Стабилизация параметров электроэнергии автономного генератора на основе машины двойного питания // Электричество. - № 10. - 2001.
[3] Хватов О.С. Машина двойного питания в генераторном режиме на автономных объектах // Материалы 3-й международной (14-й всероссийской) НТК по автоматизированному электроприводу. - НГТУ. - 2001.
[4] Хватов О.С. Источник реактивной мощности валогенератора на основе МДП в составе судовой энергетической установки // Материалы НТК «ТРАНСПОРТ-ХХ1 ВЕК». - Ч. 3. -ВГЛВТ. - 2003.
ASYNCHRONOUS GENERATING COMPLEXES OF THE VARIABLE FREQUENCIES OF ROTATION
O. S. Hvatov
Questions of management of asynchronous generating complexes of the variable frequency of rotation in the structure of various independent electrodevices.
УДК 621.313.3
О. С. Хватов, д. т. п., профессор О. Л. Бурмакин, к. т. п., доцент,
И. М. Тарасов, аспирант, ВГАВТ.
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ АВТОНОМНОЙ СУДОВОЙ ВАЛОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ ГЕНЕРАТОРА ПО СХЕМЕ МАШИНЫ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ
Рассмотрены вопросы динамики переходных процессов автономной валогенератор-ной установки на основе генератора по схеме машины двойного питания. Проанализирована работа системы автоматического регулирования параметров валогенера-торной установки при нечетком управлении.
Создание автономных судовых валогенераторных установок (ВГУ) непосредственно связано с исследованием динамических режимов их работы. Разработана мате-
