CC BY
74
УДК 621.548.4
A.С. Татевосян, A.S. Tatevosyan, e-mail: ast [email protected]
B.В. Фокина, V.V. Fokina, e-mail: [email protected] А.А. Татевосян, A.A. Tatevosyan, e-mail: [email protected]
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ
DEVELOPMENT OF THE LABORATORY STAND FOR RESEARCH OF CHARACTERISTICS OF THE SYNCHRONOUS GENERATOR ON PERMANENT MAGNETS
Проведено обоснование укрупненной схемы лабораторного стенда для испытания синхронного генератора на постоянных магнитах (СГПМ). В состав лабораторного стенда входят: преобразователь частоты, асинхронный двигатель, синхронный генератор, трехфазный выпрямитель, активное нагрузочное сопротивление, блок защиты и включения промышленной сети. Построение синхронного генератора на постоянных магнитах строится на базе серийного асинхронного двигателя.
Justification of the integrated scheme of the laboratory stand for test of the synchronous generator on permanent magnets is carried out (SGPM). A part of the laboratory stand are: frequency converter, asynchronous engine, sy n-chronous generator, three-phase rectifier, active load resistance, block of protection and inclusion of an industrial network. Creation of the synchronous generator on permanent magnets is based on the basis of the serial asynchronous engine.
Ключевые слова: электрическая схема, лабораторный стенд, синхронный генератор, постоянные магниты, конструирование, опытный образец
Keywords: electric circuit, laboratory stand, synchronous generator, permanent magnets, designing, prototype
Появление в последнее десятилетие большого числа научных работ [1, 2], посвященных разработке и исследованию основных режимов работы синхронных генераторов с постоянными магнитами, отличающихся разнообразием принимаемых конструктивных реше-
366
Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014
ний, обусловлено широкими возможностями их практического использования в качестве нетрадиционных источников энергии. Использование постоянных магнитов вместо электромагнитного возбуждения генератора, созданных на основе редкоземельных металлов, таких как Кё (неодим, химическая формула КёБеВ) позволяет существенно повысить КПД синхронного генератора, уменьшить его массогабаритные показатели и обеспечить надежность работы при практически неограниченном сроке службы постоянных магнитов. Привлекательной также является идея построения синхронных генераторов на базе серийных асинхронных двигателей (АД) небольшой мощности исполнения 1Р44 или 1Р54 [3]. Такие синхронные генераторы, работающие на выпрямитель с последующим преобразованием электрической энергии постоянного тока в инверторе в ток промышленной частоты, пользуются повышенным спросом у широкого круга потребителей. Неотъемлемой частью учебного процесса является исследовательская работа со студентами, направленная на изучение перспективных нетрадиционных источников энергии, какими являются синхронные генераторы на постоянных магнитах.
В данной статье предлагается разработка лабораторного стенда для исследования характеристик синхронного генератора на постоянных магнитах. В состав лабораторного стенда входят:
электромеханическая система, состоящая из АД и СГПМ, связанных между собой приводным ремнем;
трехфазный выпрямитель (В); нагрузочное сопротивление (Н);
частотный преобразователь (ЧП) для регулирования скорости вращения ротора АД; блок защиты и включения сети, трансформаторы тока, резистивная цепочка для измерения фазного напряжения асинхронного двигателя, соединительные провода. Укрупненная схема лабораторного стенда приведена на рис. 1.
Генераторная установка
Рис. 1. Схема лабораторного стенда для испытания СГПМ
В качестве нагрузки системы «Синхронный генератор на постоянных магнитах -трехфазный выпрямитель» используется нихромовая проволока, сопротивление которой практически не зависит от температуры нагрева и при протекании постоянного тока достигает несколько сотен градусов. Подключение к сети осуществляется путем нажатия кнопки на
367
Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014
«блоке защиты и подключения сети». Автоматический выключатель защиты от короткого замыкания и перегрузок должен находиться во включенном состоянии. Частотный преобразователь позволяет получить 3-фазную систему ЭДС с плавным регулированием частоты выходного напряжения в диапазоне от 1 - 20 Гц, то есть обеспечивать скорость вращения магнитного поля в диапазоне 60 - 600 оборотов в минуту. Плавная регулировка частоты осуществляется потенциометром (на дисплее ЧП частота высвечивается в герцах). Выходное напряжение ЧП вырабатывается силовым блоком, управляемым микроконтроллером. В качестве силовых электронных ключей используются силовые транзисторы ЮБТ (биполярные транзисторы, управляемые электрическим полем). Временная форма выходного напряжения ЧП представляет собой прямоугольные импульсы постоянной амплитуды, модулированные по длительности в течение каждого периода по ширине (широтно-импульсная модуляция) по синусоидальному закону. На панели частотного преобразователя расположены трансформаторы тока, предназначенные для измерения входного тока ЧП и тока одной из обмоток статора АД, включенных по схеме «звезда». На стенде предусмотрена также возможность измерения напряжения фазы «А» обмотки статора АД. Для этого к фазам А, Б, С частотного преобразователя подключена резисторная цепь, представляющая звезду с заземленной общей точкой. Ветвь фазы «А» этой звезды представляет собой делитель фазного напряжения, состоит из последовательно соединенных сопротивлений большой величины 130 кОм и измерительного сопротивления малой величины 3 кОм. Это позволяет измерить низковольтным электронным прибором действующее значение напряжения фазы «А» обмотки статора АД.
С целью изготовления опытного образца СГПМ на базе асинхронного двигателя серии АИР804А номинальной мощностью 1,1 кВт, диаметром 83,5 мм и длиной активной части ротора 78 мм, в соответствии с методикой [4] произведен расчет необходимого объема постоянных магнитов, равный 22,5*103 мм3. Расположение постоянных магнитов на боковой поверхности ротора производится двумя рядами одинаковой полярности. Число полюсов генератора соответствует числу полюсов обмотки статора. Постоянные магниты имеют осевое намагничивание, диаметр 10 мм, высоту 5 мм. Общее число магнитов, распределенных рав-
номерно по боковой поверхности ротора, равно 80. Ротор плотно посажен на вал и изготавливается из фторопластового цилиндра.
Библиографический список
1. Кулагин Р.Н. Анализ конструкций тихоходных генераторов с постоянными магнитами // Известия Волгоградского государственного технического университета: межвуз. сб. науч. ст. № 13 (86) / ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. - 115 с. (Сер. Прогрессивные технологии в машиностроении. Вып. 7).
2. Корнеев В. В. Проектирование синхронных машин с постоянными магнитами / В. В. Корнеев; науч. рук. А. Г. Приступ // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: 20 междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов, Москва, 27-28 февр. 2014 г. : тез докл. - Москва : Издат. дом МЭИ, 2014. - Т. 2. - С. 137.
3. Кулешов Е.В. Магнитоэлектрический синхронный генератор на базе асинхронной машины для автономной ветроэлектрической установки: автореферат на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. - Владивосток, ДВГТУ, 2001 - 20 с.
4. Кривцов В.С. Неисчерпаемая энергия. Кн.1. Ветроэлектрогенераторы: учебник / В.С. Кривцов, А.М. Олейников, А.И. Яковлев. - Харьков: Нац. Аэрокосмич. унив-т, 2003 -400 с.
