CC BY
16
Електротехнiчнi комплекси та системи. Силова електронка
УДК 621.313.333 doi: 10.20998/2074-272X.2018.3.02
К.М. BacraiB
ЗАКОНОМ1РНОСТ1 ЕЛЕКТРОМАГН1ТНИХ ПРОЦЕС1В БЕЗКОНТАКТНО1 СИСТЕМИ ЗБУДЖЕННЯ АСИНХРОН1ЗОВАНОГО ГЕНЕРАТОРА НА БАЗ1 КАСКАДНОГО ТРИФАЗНО-ТРИФАЗНОГО МОДУЛЯТОРА НАПРУГИ ЗА СХЕМОЮ В ОДНУ З1РКУ
Встановлено законом1рност1 перебку електромагштних процеав, як в1дбуваються в безконтактнш систем1 збу-дження асинхротзованого генератора на баз1 каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну з1рку на предмет можливост1 розширення д1апазону двозонного ковзання генератора. Запропоновано спосгб корегуван-ня параметр1в ротор1в машин модулятора i генератора, який дае змогу стабШзувати роботу комутатора для дшпа-зону ковзання в1д мтус одинищ до плюс п'яти десятих b збереженням працездатност1 асинхротзованого генератора. Бiбл. 3, рис. 8.
Ключовi слова: асинхротзований генератор, модулятор напруги, комутатор, безконтактна система збудження, ковзання.
Установлено закономерности электромагнитных процессов, протекающих в бесконтактной системе возбуждения асинхронизированного генератора на базе каскадного трехфазно-трехфазного модулятора напряжения по схеме в одну звезду на предмет возможности расширения диапазона двухзонного скольжения генератора. Предложено способ корректировки параметров роторов машин модулятора и генератора, позволяющий стабилизировать работу коммутатора для диапазона скольжения от минус единицы до плюс пяти десятыш с сохранением работоспособности асинхронизированного генератора. Библ. 3, рис. 8.
Ключевые слова: асинхронизированный генератор, модулятор напряжения, коммутатор, бесконтактная система возбуждения, скольжение.
Вступ. Базовими структурними елементами сучасних стацюнарних електроенергетичних систем е TeraoBi та атомш електричш станци. Водночас прак-тикуеться використання дoвoлi велико! кшькосп рiз-номаштних автономних електроенергетичних установок (АЕЕУ) як у промисловосп, так i в шших галузях, зокрема, на транспорта та в агро-промисловому комплекса £ потреба в АЕЕУ також на мапстралях тран-спортування оргашчних енергоносив (нафтопроводах та газогонах). Перспективним вбачаеться використання вгтроенергетичних установок, яш можуть працюва-ти як паралельно 3i стацюнарною енергосистемою, так i в автономному режима АЕЕУ на сьогодш стано-влять вагому частку генерування та споживання елек-троенергп загалом. Тому увага до них, з погляду нау-кових дoслiджeнь як в теоретичному, так i в практичному аспектах з метою !х вдосконалення, е достат-ньо аргументованою i закoнoмiрнoю.
Для спoживачiв електроенергп необхвдно мати не лише надшне електроживлення, але й отримувати яшсну eлeктрoeнeргiю, одним з найважливiших показ-ник1в яко! е частота напруги. Стабшьшсть частоти напруги принципово необхщна як для стацioнарних енергосистем, так i для автономних джерел електро-живлення (АДЕЖ). Адже зниження частоти напруги в стацюнарних енергосистемах призводить до втрати стiйкoстi !х роботи i, як наслiдoк, до розвалу.
Для АДЕЖ характерш пeвнi oсoбливoстi до най-вагoмiших з яких лопчно вiднeсти так1. Перше - висо-ка ймoвiрнiсть нeoбхiднoстi роботи в рeжимi гра-ничних навантажень, що робить актуальною проблему надшносп !х функцiювання загалом. Друга особ-ливiсть таких установок полягае в ютотнш нестабшь-нoстi та широкому дiапазoнi змiни частоти обертання рушiя автономного генератора, наприклад, впроенер-гетичних установок (ВЕУ), що спричиняе шшу склад-ну проблему - нестаб№нють частоти напруги.
Аналiз науково! лтератури та практичних рiшeнь показують, що oбидвi цi складш i актуальш проблеми можуть буди ефективно виргшет використанням у АДЕЖ асинхрoнiзoваних гeнeратoрiв (АСГ) з безкон-тактною вентильною системою збудження (БВСЗ) на базi каскадного модулятора напруги (КМН) [3]. З погляду схемного ршення асинхрошзоваш генератори з БВСЗ на базi КМН можуть бути рeалiзoванi в багатьох варiантах (порядку 16-ти схем). Ва так1 генератори працюють за однаковим принципом, але кожне схемне ршення силового електричного кола модулятора, комутатора i самого генератора вносить сво! спeцифiчнi oсoбливoстi з погляду фiзики прoцeсiв. Тому в науко-вих дoслiджeннях необхвдно прoаналiзувати кожну з таких схем окремо. Виходячи з цього, об'ектом досль дження в статтi е безконтактна вентильна система збудження асинхрoнiзoванoгo генератора на базi каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги (К Т-Т МН) за схемою в одну зiрку. Схему силового електри-чного кола тако! системи збудження зображено на рис. 1. З цього рисунку видно, що К Т-Т МН складаеться з двох асинхронних машин АМ1 та АМ2, фазш обмотки рoтoрiв яких рoзщeплeнi на три гшки та з'еднанi м1ж собою послвдовно перехресними зв'язками, а на вхoдi рoзщeплeнi фазнi плки можуть мати пoтeнцiальнe кoмбiнoванe з'еднання або можуть бути спoлучeнi в один спшьний вузол. Варiанти цих з'еднань визнача-ють положенням ключа К. Коли ключ К рoзiмкнeний (вдентиф^емо такий його стан як К=1) - перший варь ант, а коли ключ К замкнений (К=2) - другий. Статoрнi обмотки машин модулятора АМ1 та АМ2 живляться ввд двох трифазних джерел живлення Е1 та Е2, яш ма-ють взаемно протилежну послвдовтсть фаз. Тут апрю-рi приймаеться, що такими джерелами е акумуляторш батаре! з керованими iнвeртoрами напруги.
© К.М. Васил1в
Рис. 1. Схема силового електричного кола асинхрошзованого генератора
До решти структурних елементiв схеми (рис. 1) належать: ТК - тиристорний комутатор циклоконвер-торного типу з природною комутащею, яким слугуе безпосереднiй тиристорний перетворювач частоти (БТПЧ), в - асинхрошзований генератор, яким слугуе трифазна асинхронна машина з фазним ротором, обмотки фаз ротора яко! з'еднаш в зiрку. Усi решта по-значення на цiй схемi е загальноприйнятими - лггера-ми Е, ф та i позначенi електрорушшш сили, електрич-нi потенцiали в вузлах та струми електричних гшок схеми. Лiтерами Б, в у нижшх iндексах позначено належнiсть координат (струмiв, напруг i т. ш.) до машин модулятора та АСГ, а литерами 8, Я у нижнiх iндексах позначено належшсть координат до статора i ротора електричних машин, вшповшно. Тиристори БТПЧ пронумероваш числами. Числами 1 та 2 в дужках у верхшх шдексах позначено належнiсть до пер-шого Е1 та другого Е2 джерел живлення, вiдповiдно.
На думку автора, з метою полегшення сприйня-ття основних положень матерiалу статтi, логiчним е лаконiчно описати принцип роботи АСГ такого типу. Вш грунтуеться на тому, що модулятор напруги шляхом додавання напруг i частот фазних гшок роторiв машин модулятора формуе сумарну напругу модульо-вано! форми, частота заповнення яко! пропорцiйна
частотi обертання роторiв машин модулятора i кшь-костi 1х пар полюсiв (ротори АМ1 та АМ2 розмщеш на одному валi з АСГ), а частота модуляцп визнача-еться частотою двозонного ковзання. Послiдовно з'ед-наний з обмотками роторiв машин модулятора комутатор циклоконверторного типу декодуе модульовану напругу, внаслвдок чого на його виходi (на обмотцi ротора генератора) утворюеться система трифазних напруг частоти ковзання. Це забезпечуе стабшьну частоту обертання магнiтного поля генератора сто-совно його обмотки статора, що, своею чергою, формуе частоту напруги генератора, яка дорiвнюе частот мереж живлення Е1 та Е2. Отже, теоретично частота напруги АСГ мае дорiвнювати частот мереж живлення Е1 та Е2 асинхронних машин модулятора АМ1 та АМ2 i не залежати вш частоти обертання ротора АСГ.
Аналiз публiкацiй та мета досл1дження. 1део-логiю генераторiв стабшьно! частоти (ГСЧ) з безкон-тактною вентильною системою збудження на базi КМН започатковано в [3]. За збiгом обставин питан-нями наукового досл1дження та розвитку автономних системи електроживлення (АСЕЖ) на базi АСГ з БВСЗ займаеться доволi вузьке коло науковщв та ш-женерiв, а тому вагома частка публжацш, спрямо-ваних на дослвдження зазначених систем електро-
живлення шляхом математичного моделювання нале-жить автору цieï статгi. Поява низки публжацш, спря-мованих на розробку методiв i математичних моделей, а також на вивчення закономiрностей перебiгу електромагнiтних i електромеханiчних процеав, як вiдбуваються в зазначених вище АСЕЖ, пояснюеться наявнiстю в них рiзнотипних елементiв - асинхрон-них машин та БТПЧ за низкою схем 1'х силових електричних шл, а також наявнiстю системи керування комутатором та системи автоматичного керування окремими координатами (зокрема напругою), що спричинюе складнiсть електромагнiтних i електро-механiчних процесiв, як1 ввдбуваються в цих АСЕЖ.
Однiею з основних наукових праць, як1 стосу-ються дослвдження АСЕЖ на базi АСГ з БВСЗ, е пуб-лiкацiя [1]. Вона спрямована на розробку математичних моделей i ввдповвдних програмних комплексiв як засобу для вивчення закономiрностей перебiгу еле-ктромагнiтних i електромеханiчних процесiв, як ввд-буваються в АСЕЖ на базi АСГ з БВСЗ за трифазно-трифазною схемою модулятора напруги. Математичш моделi i вiдповiднi програмш комплекси дають змогу вивчати електромагнггш i електромеханiчнi процеси, якi ввдбуваються в автономнiй системi електроживле-ння пiд час роботи АСГ на типове навантаження, яким слугують: асинхронш двигуни, активно^ндук-тивне та активно^ндуктивно-емшсне навантаження.
У публiкацiях, як1 стосуються дослвдження елек-тромагнiтних i електромехашчних процесiв АСЕЖ на базi АСГ з БВСЗ вважаеться, що асинхронш машини модулятора напруги та генератора мають типову кон-струкцш. Виходячи саме з цього, дiапазон двозон-ного ковзання, який забезпечуе нормальну роботу АСЕЖ становить S = -0,06 + +0,06. Це вказуе на те, що загалом АСЕЖ на базi АСГ з БВСЗ е працездат-ною. Але такий дiапазон ковзання розщнюеться за-надто вузьким, щоби стверджувати про достатнi мож-ливостi для практичного застосування таких асин-хрошзованих генераторiв в АСЕЖ. Тому дослвдження продовжуються з метою досягнення розширення дiа-пазону ковзання до меж, яш б дали змогу практичного використання АСГ цього класу навпъ в таких елек-троенергетичних установках як ВЕУ.
Враховуючи ту обставину, що працездатнiсть АСГ з БВСЗ значною мiрою визначаеться належною роботою комутатора, всю увагу слад сконцентрувати на процеси, як1 ввдбуваються саме в БВСЗ i ïï окремих структурних елементах, до яких належать машини модулятора, сам тиристорний комутатор та обмотка збудження АСГ (його роторна обмотка).
Першою працею, яка спрямована на виршення такоï проблеми, була публiкацiя [2], яка стосуеться безконтактноï системи збудження АСГ на базi каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою у двi зiрки (коли кожна з фаз обмотки ротора генератора розщеплена на двi гiлки, а утворенi таким чином 6 гшок з'еднаш у двi окремi трифазнi зiрки). У [2] розглянуто одну схему модулятора, в яшй роз-щепленi фазш гiлки роторiв машин модулятора на входi з'еднанi в один спшьний вузол (для схеми рис. 1 це - К=2). За результатами дослвдження [2] встанов-лено, що дiапазон ковзання можливо розширити ввд
S = -0,06 до S = +0,2 шляхом збшьшення сшвввдноше-ння кiлькостi витков обмотки статора до кшькосп витков обмотки ротора машин модулятора.
Враховуючи специфшу кожно! iз схем тиристор-ного комутатора i модулятора, однозначно очевидною е практична потреба в виконаш аналопчного дослвд-ження безконтактно1 вентильно1 системи збудження АСГ на базi трифазно-трифазного каскадного модулятора напруги за схемою в одну зiрку, характерним для яко! е удвiчi менша кшьшсть тиристорiв, ан1ж для схеми у двi зiрки, що квалiфiкуеться як перевага з погляду практичного застосування.
Таким чином, метою дослвдження е встановлен-ня закономiрностей перебiгу електромагнiтних процеав, якi ввдбуваються в безконтактнiй вентильнш сис-темi збудження АСГ на базi каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зiрку на предмет можливосп розширення робочого дiапазону двозонного ковзання.
Виклад основного матерiалу. Результати попе-реднiх дослвджень [1, 2] вказують на те, що робота комутатора ютотно визначаеться сшвввдношенням пара-метрiв обмоток статорiв i роторiв машин модулятора. Велик! значення параметрiв роторiв спричиняють шер-цiйнiсть електромагнiтних процесiв в кол! модулятора i збуджувача генератора, внаслвдок чого порушуеться нормальна робота комутатора, що унеможливлюе фор-мування трифазно! напруги частоти ковзання в обмотщ ротора генератора, а отже, формування напруги ста-бшьно! частоти в обмотщ статора АСГ.
З метою створення сприятливих умов роботи комутатора на пвдсташ позитивного результату досль дження, отриманого в [2], запропоновано зменшити шдуктивш опори роторних обмоток не лише машин модулятора, але й генератора шляхом збшьшення сшв-ввдношення шлькосп витков обмоток статора i ротора (тобто, зб!льшенням !х коеф!ц!ент!в трансформаци). Перев!рку впливу зм!ни коеф!ц!ент!в трансформаци на працездатнють БВСЗ асинхрон!зованого генератора виконаемо анал1зом функц!й струм!в i напруг фазних г!лок ротор!в машин модулятора i генератора. Залеж-носп струм!в i напруг отримаемо шляхом розрахунку електромагн!тних процес!в БВСЗ рис. 1 за допомогою розроблених в [1] математично! модел1 i програмного комплексу. Моделювання виконаемо для АСГ потуж-н!стю 100 кВт, вхвдш дан! якого мають так1 значення: LGm = 0,1 Гн - робоча шдуктившсть (з боку статора);
LGs = 0,005 Гн - !ндуктивн!сть розс1ювання статора; LGr = 0,005 Гн - приведена до обмотки статора шдуктившсть розсшвання обмотки ротора; KGi = 10 - кое-фщент трансформац!! генератора; PG0 = 2 - кшьшсть пар полюав генератора; RGs = 0,01 Ом - активний отр фаз обмотки статора; r^r = 0,05 Ом - активний
отр фаз обмотки ротора.
З метою уникнення переобтяження обсягом вх!д-них даних, для машин модулятора наведемо лише найважливш! дан!, до яких належать: K(1) =20 - кое-фщент трансформац!! АМ1; р01} =2 - кшьшсть пар полюав АМ1; к(2) =20 - коефщент трансформаци АМ2; р02) =6 - к1льк1сть пар полюав АМ2.
Принципово важливо зазначити, що ввдповвдно до теорп АСГ з БВСЗ на баз1 каскадного модулятора напруги [3] для формування модульовано! напруги частоти ковзання на виход1 модулятора сшввшноше-ння кшькосп пар полюав генератора i машин модулятора мае задовольняти таку умову:
(P01 + P02)V2 = 2 • PGo. (1)
Наведенi вище числовi значения шлькосп пар полюсiв генератора i асинхронних машин модулятора АМ1 та АМ2 задовольняють умову (1).
Зпдно з [2] максимальне значення ковзання, при якому вдалося досягнути працездатносп АСГ з БВСЗ на базi КМН дорiвнюе 0,2 (S = +0,2). Тому за орiентир для дослщження роботи АСГ з безконтактною вен-тильною системою збудження за схемою в одну зiрку вiзьмемо саме таке значення ковзання. Виходячи з цього, на початку дослщження розглянемо розрахун-ковi залежностi напруг та струмiв фазних гiлок обмоток роторiв машин модулятора та фазних струмiв обмотки ротора генератора для двох значень двозонного ковзання S = -0,2 та S = +0,2.
На рис. 2 зображено розрахунковi залежносп ввд часу напруг фазних гшок роторiв машин модулятора.
150- UFRl,UFR2,uFRз, V 100 50 0 -50 -100 -150
5.90 5.91 5. 92 5. 93 5.94 5.95 5. 96 5. 97 5.98 5.99 6.00 а
(uFR1, uFR2, uFR3 - напруги I, II, Ill фазних гшок)
uF„ ., uF„ .j V
150 100 50 0 -50 -100 -150
5.90 5.91 5.92 5.93 5.94 5.95 5.96 5.97 5.98 5.99 6.00 б
(uFR4, uFr5 , uFR6 - напруги IV, V, VI фазних гшок)
напруги uFR4,uFR5,uFR6
150 100 50 0 -50 -100 -150
uFR7,uFR8,uFR9, V
t, s
пруги uFR7,uFR
,uf
R9
других трьох, а рис. 2,в - на-третiх трьох розщеплених фаз-
них гшок роторiв машин модулятора (рис. 1).
З рис. 2 видно, що напруги послвдовно з'еднаних фазних гшок роторiв машин каскадного модулятора мають модульовану форму з частотою ковзання (тут ковзання 8 = +0,2), яке вщповшае перюду Т = 0,1 с. При цьому кожна з трьох систем напруг, зображених на рис. 2,а-в зсунуп за фазою на кут 2п/3 за частотою ковзання, що досягаеться перехресним з'еднанням розщеплених фазних гшок роторiв машин модулятора (див. рис. 1). Модульоваш напруги з частотою ковзання дають шдстави очiкувати формування системи трифазних напруг частоти ковзання в роторнш обмо-тцi генератора. Факт взаемного зсуву напруг вах трьох груп фазних гшок за частотою ковзання на 2п/3 забезпечуе вщповщний зсув фазних напруг i струмiв обмотки ротора генератора.
Для повшшого розумiння електромагнiтних про-цесiв, яш вiдбуваються в системi збудження АСГ розглянемо кривi миттевих значень фазних струмiв рото-рiв машин модулятора. 1х зображено на рис. 3.
^FR1,iFR2,iFRз, А
120 80 40 0 -40
IM A A Xrs w
5.90 5.91 5.92 5.93 5.94 5.95 5.96 5.97 5.98 5.99 6.00
а
(iFR1, iFR2, iFR3 - струми I, II, III фазних гшок)
120 80 40 0 -40 -80 -120
!fr . ^Fc . ^FD . , A
Ш f\rv
+t Ш XV V ' 1/ 11 u u и u V w 7t\
it
1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 б
(iGR4, iGR5, iGR6 - струми IV, V, VI фазних гшок)
120 80 40 0 -40 -80 -120
iF.7,iF„,iF,9, A
Чг K V 1 1 V 11 и V V 77^ я ft fh
ft г
t, s
1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 в
(uFR7, uFR8, uFR9 - напруги VII, VIII, IX фазних гшок)
Рис. 2. Розрахунюж залежноси вщ часу миттевих напруг фазних гшок роторш машин модулятора
Зокрема, рис. 2,а iлюструе напруги перших трьох розщеплених фазних гшок роторiв машин модулятора uFR1, uFR2, uFR3 (див. рис. 1). Кожна з цих кривих фор-
муеться сумою електрорушшних сил послвдовно з'еднаних розщеплених фазних гшок роторiв машин модулятора АМ1 та АМ2, яш, своею чергою, iндукують-ся окремо для кожно! з машин АМ1 та АМ2 струмами обмоток !х статорiв. Аналогiчно рис. 2, б iлюструе
1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 в
(, , - струми VII, VIII, IX фазних гшок)
Рис. 3. Розрахунюж залежноси вщ часу миттевих струмш фазних гшок роторш машин модулятора
Додатна твхвиля струмiв на рис. 3,а формуеться тиристорами 1, 2, 3, а вш'емна - тиристорами 4, 5, 6 (див. схему на рис. 1). Аналопчним чином формують-ся струми двох шших груп фазних гшок рис. 3,6 та рис. 3,в ввдповшно.
У контексп анал1зу процесiв, як1 вщбуваються в БВСЗ АСГ принципово важливою iнформацiею слугуе характер фазних напруг i струмш обмотки ротора генератора. Адже для отримання стабшьно! частоти напруги
t, s
t, s
обмотки статора генератора в обмотщ ротора генератора мае буди трифазна система струмш частоти ковзання. Тому розглянемо фазнi струми обмотки ротора АСГ.
На рис. 4 зображено розрахунковi залежностi миттевих значень фазних струмiв обмотки ротора асинхронiзованого генератора для ковзання 8 =+0,2. З цього рисунку видно, що в обмотщ ротора АСГ сформован трифазш струми, форма яких е близькою до синусо!дно! за частотою ковзання. Перюд цих струмiв ввдповвдае частот ковзання (8=+0,2) i становить 7=0,1 с. Така форма струмiв в обмотцi ротора АСГ дае пвдставу очiкувати, що частота фазних напруг обмотки статора буде дорiвнювати частотi напруги в обмотках статора машин модулятора.
_ it^.R1,io.R,,io„,, А
50 0 -50
-100 ^—.— "ч|"' I I—,—.—.—т—.— 'V ,—, —,—,—л г, я 5.80 5.85 5.90 5.95 6.00
Рис. 4. Розрахунюж залежноси фазних струмiв ротора АСГ
iGR^ iGR2 '
80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 5.
V,/ V \ \ 7 \
л м У л
\ \ \ \ , V / \
\ 1 \ /
( Ух к/ У ж У /
\ ' V, / А Г Г\ Г л г\
^ч/ ч/ 4 ч/ 4 ^ч/
г, я
90 5.91 5.92 5.93 5.94 5.95 5.96 5.97 5.98 5.99 6.00
Рис. 5. Фазш струми ротора АСГ ^ , ^
для ковзання Б=+0,5
Наведенi вище результати моделювання, а також отриманi результати дослвджень, якi не представленi тут, дають пiдставу стверджувати, що для ковзання АСГ, яке дорiвнюе плюс двi десятi (8=+0,2), його БВСЗ працездатна i забезпечуе необхвдну частоту напруги обмотки статора генератора, що i е предметом дослвдження в цш публжацп. А аналiз кривих напруг обмоток статора генератора становить предмет окре-мих дослвджень з огляду на те, що на форму цих кривих впливають ще й iншi чинники, якi на тепер доста-тньо повно ще не вивчещ але з вже наявних результа-пв дослвдження вiдомо, що вони змшюють гармошч-ний спектр фазних напруг генератора.
Для визначення крайньо! меж1 робочого дiапазо-ну додатно! зони ковзання асинхрошзованого генератора з безконтактною вентильною системою збуд-ження необхщно мати iнформацiю про характер струмiв обмотки ротора генератора для шших, бiль-ших значень ковзання. Тому нижче наведемо розра-хунковi залежностi цих струмiв для низки значень додатного ковзання. Форма цих кривих дасть шфор-мащю для розумiння закономiрностей переб^ елек-тромагнiтних процесiв, як1 вщбуваються в безкон-тактнiй вентильнiй системi збудження асинхрошзо-ваного генератора ^ як наслiдок, дасть шдставу для визначення крайнього допустимого робочого ковза-ння в його додатнiй области
На рис. 5 зображено розрахунковi залежностi фазних струмiв обмотки ротора генератора для ковзання 8=+0,5.
З рис. 5 видно, що кривi фазних струмiв ротора генератора мають квазкинусо!дну форму з перюдом основно! гармонiки, який дорiвнюе 0,04 (7=0,04) се-кунди, що ввдповщае частотi ковзання 7^=25 Гц (7^=50-8=50-0,5=25). Така форма кривих фазних стру-мiв з чiтко визначеною частотою також забезпечуе стабшьшсть частоти напруги генератора, а отже для ковзання 8=+0,5 БВСЗ АСГ е працездатною.
Подальше збшьшення ковзання в додатнш облас-тi призводить до змши форми кривих фазних струмiв, що видно з рис. 6 та рис. 7. На першому з них зображено розрахунковi залежносп фазних струмiв обмотки ротора генератора для ковзання 8=+0,9, а на другому - для ковзання 8=+0,95. З цих рисуншв видно, що фазш струми за формою не е синусо!дними. Натомить спостерiгаеться тенденцiя до утворення системи напруг модульовано! форми. Тому висновок е одно-значним, його сутшсть полягае в тому, що для додат-ного ковзання, значення якого перевищуе 8=+0,5, БВСЗ АСГ втрачае працездатшсть. Таким чином, крайньою межею додатного дiапазону робочого ковзання АСГ е ковзання зi значенням 8=+0,5.
lGR ^lGR^ 'lGR
5.900
5.925
5.950
5.975
г, я 6.000
Рис. 6. Фазш струми ротора АСГ ^ , iGRз
для ковзання 8=+0,9
А
г, я
Рис. 7. Фазнi струми ротора АСГ ^^, iGRз для ковзання 8=+0,95
Як уже було зазначено, АСГ з БВСЗ на базi каскадного модулятора напруги може працювати в ре-жимi двозонного ковзання. Адже збудження тут вико-нуеться з боку ротора, як у синхроннш машинi. Тому принципово важливо з'ясувати його функцiйнi мож-ливостi для вiд'емного дiапазону ковзання. З щею метою також проведено дослщження для низки значень ввд'емного ковзання.
На рис. 8 зображено розрахунковi залежностi фазних струмiв ротора генератора для трьох значень ковзання: 8 = -0,2; 8 = -0,8 та 8 = -1,0. З рис. 8 вираз-но видно, що фазш струми ротора АСГ мають близь-ку до синусо!ди форму з частотою основно! гармошки, яка дорiвнюе частот ковзання. Це дае пвдставу стверджувати, що на в1дм1ну ввд додатно! областi ковзання, у ввд'емшй - БВСЗ працездатна в цшому !! дiа-пазош ввд 8 = 0 до 8 = -1,0.
А
R1
R 2
А
1gR1,1gR2,loH' A
-100
5.800 5.825 5.850 5.875 5.900 5.925 5.950 5.975 6.000 а
5.96 5.97
„ lGRl'lGR2'lGR3' A
t, s
Рис. 8. Фазнi струми ротора АСГ 1gri, 1gr2, 1gr3 (а - для S = -0,2; б - для S = -0,8; в - для S = -1,0)
На цьому етат за допомогою розроблено! в [1] математично! моделi i вщповщного програмного коду виконано аналiз електромагштних процесiв, яш вщбу-ваються в безконтактнш вентильнiй системi збудження АСГ на базi каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зiрку та вста-новлено закономiрностi ïx перебiгу на предмет впливу двозонного ковзання на працездатшсть асинхрошзо-ваного генератора.
У контекстi перспективи дослщжень з метою по-дальшого розвитку теорiï асинxронiзованиx генера-торiв цього типу вбачаеться необxiдним виконати аналiз електромагнiтниx процесiв, як1 вщбуваються в таких генераторах на предмет впливу двозонного ковзання на яшсть напруги АСГ i за критерieм частоти, i за критерieм гармошчного спектру. О^м цього, ставиться за мету виконати аналопчт дослщження для схеми модулятора зi спшьним з'еднанням розщеплених фазних гшок обмоток роторiв машин модулятора, коли ключ К замкнений (рис. 1) бо тут розглянуто схему з потенщальним комбiнованим з'еднанням, коли ключ К розiмкнений. Висновки.
1. Вузький дiапазон робочого двозонного ковзання асинхрошзованого генератора з безконтактною вен-тильною системою збудження на базi каскадного модулятора напруги за схемою в одну зiрку, який на час останшх дослщжень становив ±0,06, не дае змоги практичного застосування таких генераторiв як авто-номних джерел електроживлення.
2. З метою вивчення можливостей розширення дiа-пазону двозонного ковзання АСГ з БВСЗ виконано дослщження електромагштних процеав, як1 вщбува-ються в цш системi збудження. На пiдставi проведе-них дослiджень шляхом математичного моделювання за допомогою розроблених автором математичних моделей i програмного комплексу встановлеш зако-номiрностi перебiгу цих процеав залежно вiд значен-ня двозонного ковзання.
3. Шляхом змши napaMeTpiB poTopiB машин модулятора i АСГ через збшьшення сшввщношення кшь-KOCTi витав обмотки статора до обмотки ротора асин-хронних машин модулятора i генератора досягнуто iстотного розширення дiaпaзону робочого ковзання aсинхронiзовaного генератора.
4. Область вщ'емного ковзання збiльшено до значення S = -1, а область додатного - до S=+0,5.
5. Розширення дiaпaзону робочого ковзання до вка-заних меж створюе реальш можливосп для практичного впровадження генерaторiв цього класу в авто-номних системах електроживлення з широким дiaпa-зоном змши частоти обертання рушiя.
СПИСОК ШТЕРАТУРИ
1. Вaсилiв К.М. Математична модель динaмiчних процесiв aвтономноï електроенергетичноï системи на бaзi безкон-тактного асинхрошзованого генератора з трифазно-трифаз-ним каскадним модульованим збуджувачем // Технiчнa еле-ктродинамжа. - 2004. - №5. - С. 50-55.
2. Василш К.М. Закономерности електромaгнiтних процесiв безконтактжа системи збудження асинхрон1зованого генератора за схемою у дм зiрки на бая трифазно-трифазного модулятора напруги // Вгсник НТУ «ХГО>. - 2016. - №32(1204). - С. 48-52.
3. Галиновский А.М. Бесконтактный асинхронизированный генератор с модулированным преобразователем частоты // Труды I Международной (Ш Всероссийской) конференции по Элек-тромеханотронике. - Санкт-Петербург. - 1997. - С. 182-192.
REFERENCES
1. Vasyliv K.M. Mathematical model of dynamic processes of an autonomous electric power system on the basis of contactless asynchronized generator with a three-phase-three-phase cascade modulated exciter. Technical electrodynamics, 2004, no.5, pp. 50-55. (Ukr).
2. Vasyliv K.M. Regularities of electromagnetic processes in the contactless excitation system of an asynchronous generator following a two-star scheme based on a threephase-threephase voltage modulator. Bulletin ofNTU«KhPI», 2016, no.32(1204), pp. 48-52. (Ukr).
3. Galinovskiy A.M. Non-contact asynchronized generator with a modulated frequency converter. Trudy I Mezhdunarodnoi (Ill Vserossiiskoi) konferentsii po Elektromekhanotronike [Proceedings of the 1st International (III All-Russian) Conference on Elec-tromechanotronics]. St. Petersburg, 1997, pp. 182-192. (Rus).
Надтшла (received) 25.02.2018
BacunieКарлМиколайович, д.т.н., проф., Нацюнальний ушверситет «Львшська полггехшка», 79013, Львш, вул. С. Бандери, 28а,
тел/phone +38 032 2226403, e-mail: [email protected] K.M. Vasyliv
Lviv Polytechnic National University, 28a, S. Bandera Str., Lviv, 79013, Ukraine. Regularities of electromagnetic processes of a contactless excitation system of an asynchronized generator based on a cascade three-phase-three-phase voltage modulator in a single-star circuit.
The regularities of electromagnetic processes occurring in a non-contact excitation system of an asynchronized generator based on a cascade three-phase - three-phase voltage modulator in a singlestar circuit for the possibility of expanding the range of a two-zone slip of a generator are established. A method for correcting the parameters of the machines ' rotors of modulator and generator is proposed which makes it possible to stabilize the operation of the switch for the slip range from minus one to plus five tenths with maintaining the performance of the asynchronized generator. References 3, figures 8.
Key words: asynchronized generator, voltage modulator, switch, contactless excitation system, slip.
t, s
lGRl,lGR2,lGR3, A
t, s
