CC BY
53
УДК 45.29.31
И. В. Голубцова
СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР НА БАЗЕ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ В ИСТОЧНИКЕ РЕЗЕРВНОГО
ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия»
I. V. Golubtsova
THE SYNCHRONOUS GENERATOR ON THE BASIS OF THE ASYNCHRONOUS MACHINE WITH THE PHASE ROTOR IN THE SOURCE OF RESERVE POWER SUPPLY Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «Chelyabinsk State agro-engineering Academy»
В работе представлена возможность использования асин- In the article possibility of use of asynchronous machines with
хронных машин с фазным ротором в качестве синхронных ге- a phase rotor as synchronous generators in reserve sources of power
нераторов в резервных источниках электроснабжения. На осно- supply is presented. On the basis of thermal equivalent circuits it
ве тепловых схем замещения предложено определить допусти- is offered to define admissible current of a winding of a rotor and,
мый ток обмотки ротора и, соответственно, мощность синхрон- respectively, a capacity of the synchronous generator.
ного генератора. Keywords: asynchronous machine; synchronous generator;
Ключевые слова: асинхронная машина; синхронный гене- heating temperature; rotor windings; capacity of the synchronous
ратор; температура нагрева; обмотки ротора; мощность синхрон- generator. ного генератора.
Ирина Васильевна Голубцова
Irina Vasilyevna Golubtsova ассистент
Россия, 454092 г.Челябинск, ул. Воровского, 34, кв. 12 E-mail: emez [email protected]
Введение. Сельскохозяйственные предприятия получают электрическую энергию в основном от централизованной системы электроснабжения. Важной задачей электроснабжения является поддержание требуемых уровней напряжения у потребителей
[1]. Перерывы в электроснабжении наносят ощутимый экономический ущерб сельскохозяйственным предприятиям.
Для повышения надежности электропитания применяют резервные источники электроснабжения
[2]. В соответствии со своим назначением резервные источники электроэнергии работают только во время перерывов электроснабжения по линиям электропередачи.
В качестве автономных резервных электростанций для питания потребителей переменным током частотой 50 Гц, напряжением 230 и 400 В широко используются дизельэлектрические агрегаты [3]. Применение этих агрегатов и резервных электростанций не всегда экономически оправдано из-за малого числа часов работы их в течение года. Поэтому пред-
ставляет интерес использование имеющихся на предприятиях асинхронных машин с фазным ротором в режиме синхронных генераторов.
Практически реализуемым является использование асинхронных машин обкаточных стендов, которые применяются при ремонте двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Асинхронные машины при горячей обкатке ДВС работают в режиме генераторов параллельно с сетью переменного тока. Необходимо только перевести работу асинхронной машины в режим автономной работы синхронного генератора.
Имеются схемы возбуждения асинхронных машин в режиме синхронных генераторов. Например, в работе [4] приведена схема автономного источника электроэнергии. В этой схеме, как и во многих других, для самовозбуждения применяются статические конденсаторы. Данная схема имеет такие недостатки, как необходимость изменения схемы соединения фаз обмотки статора, наличие гальванической связи между обмотками статора и ротора.
Представляет интерес схема возбуждения синхронного двигателя [5], в которой используется параллельная работа на обмотку возбуждения двух блоков выпрямления, получающих питание от последовательных трансформаторов и трансформатора возбуждения.
Наиболее простой и надежной является схема возбуждения синхронного генератора на базе асинхронной машины с фазным ротором, представленная на рисунке 1 [6, 7].
Инженерно-техническое обеспечение
Вестник Курганской ГСХА № 4, 2012 сельского хозяйства
Рисунок 1 - Принципиальная схема возбуждения генератора
Схема содержит блок возбуждения, состоящий из трансформатора TV и выпрямителей VD7 - VD10 и блок компаундирования из трех последовательных трансформаторов ТА1 - ТА3, питающих обмотку возбуждения через трехфазный выпрямитель по схеме Ларионова. Блок компаундирования служит для поддержания необходимого напряжения у потребителей при увеличении тока нагрузки.
Самовозбуждение генератора происходит за счет емкостного тока статических конденсаторов С1 - С3, а необходимое напряжение на холостом ходу генератора устанавливается блоком возбуждения с помощью потенциометра RP.
Методика. Асинхронная машина как при работе в режиме двигателя, так и при работе в режиме асинхронного генератора для создания магнитного потока потребляет реактивный ток (мощность) из сети. При этом магнито-движущая сила (МДС) обмотки статора больше МДС обмотки ротора. Соответственно, конструктивно сечение меди проводов пазовых частей обмотки ротора составляет 70 - 80 % от общего сечения проводов пазовых частей обмотки статора.
В предлагаемом генераторе ток для создания магнитного потока подается в обмотку ротора, используемую в качестве обмотки возбуждения синхронного генератора. Так как МДС обмотки ротора меньше, чем МДС обмотки статора, то значение тока ротора ограничивает возможности использования номинальной мощности асинхронной машины с фазным ротором при работе ее в режиме синхронного генератора.
В соответствии с этим появляется необходимость определения значения тока обмотки ротора при допустимой температуре нагрева класса изоляции, примененной в данной электрической машине.
В работе [8] предложена методика расчета тем-
пературы нагрева обмотки ротора с помощью тепловых схем замещения. В методике отражены особенности устройства ротора, а также конструкция и материалы изоляции обмотки ротора. Температура нагрева обмотки ротора рассчитывается в зависимости от тока возбуждения. В результате получена зависимость, представленная графически на рисунке 2.
т Д
Тдоп
1в доп
Рисунок 2 - Зависимость температуры нагрева обмотки возбуждения от тока
По значению допустимой температуры для класса нагревостойкости изоляции, использованной на роторе, определяют допустимый ток обмотки возбуждения и по регулировочной характеристике определяют значение тока нагрузки генератора 1нг (рисунок 3).
Ь
1в доп
Рисунок 3 - Регулировочная характеристика генератора
Тогда мощность синхронного генератора на базе асинхронной машины с фазным ротором определяется по выражению:
S = • и • I • 10-3
нг
где 8 - мощность, кВА; и - линейное напряжение генератора, В.
Результаты. Исследована представленная на рисунке 1 схема возбуждения синхронного генератора на базе асинхронной машины с фазным ротором.
Схема содержит в основном стандартные элементы, в том числе и статические конденсаторы, применяемые в низковольтных распределительных шкафах для компенсации реактивной энергии потребителей. Все элементы схемы являются статическими и обладают высокой надежностью.
Синхронный генератор на базе асинхронной машины с фазным ротором позволяет использовать обкаточно-тормозной стенд двигателей внутреннего сгорания в качестве резервного источника электропитания временного назначения. Такой источник электропитания позволяет снабжать электроэнергией двигатели рабочих машин, обеспечивающих технологический процесс во время кратковременных перерывов электроснабжения.
Стандарт не устанавливает требования к качеству электрической энергии источников временного назначения (ГОСТ 13109-87). Источник электропитания на базе обкаточного стенда обеспечивает отклонение напряжения от номинального в пределах 10 %.
Выводы. 1 Схема возбуждения, состоящая из статических аппаратов, гарантирует высокую надежность работы.
2 Синхронный генератор на базе асинхронной машины с фазным ротором обкаточного стенда обеспечивает отклонение напряжения от номинального не более 10 %.
3 Теоретические расчеты и экспериментальные исследования показали, что мощность синхронного генератора составляет 70 % от номинальной мощности асинхронной машины с фазным ротором.
Список литературы
1 Будзко И. В., Лещинская Т. Т., Сукманов В. И. Электроснабжение сельского хозяйства. - М.: Колос, 2000. - 536 с.
2 Комаров Д. Т., Молоснов Н. Ф. Резервные источники электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. - М.: Энегроатомиздат, 1990. - 88 с.
3 Алексеев А. П. Дизельные и карбюраторные электроагрегаты и станции: справочник /Алексеев А. П., Кудряшов Р. Ф., Чекменов Е. Е., под ред. Андрейкова В. А. - М., 1973. - 544 с.
4 Брагида М. В. Асинхронный электродвигатель в качестве синхронного генератора // Техника в сельском хозяйстве. - 1986. - № 10. - С. 26-28.
5 Петелин Д. П. Автоматическое регулирование возбуждения синхронных двигателей. - М. -Л.: Госэнергоиздат, 1961. - 104 с.
6 Голубцова И. В. Расчет характеристик источника электропитания на базе асинхронной машины с фазным ротором // Материалы LVIII международной научно-технической конференции «Достижение науки - агропромышленному производству». Ч.4. - Челябинск, 2009. - С. 39-44.
7 Емец В. Ф., Петров Г.А. Перевод обкаточно-тормозных стендов с электрическими машинами мощностью 75, 90 и 160 кВт в режим автономной электростанции // Повышение надежности электроустановок в сельском хозяйстве: науч. тр. / ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1987. - С. 25-28.
8 Емец В. Ф., Голубцова И. В. Расчет температуры нагрева обмотки ротора синхронного генератора на базе асинхронной машины с фазным ротором // Вестник ЧГАУ. - Челябинск, 2009. - т. 55. - С. 61-64.
