Закономірності електромагнітних процесів безконтактної системи збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку

Встановлено закономірності перебігу електромагнітних процесів, які відбуваються в безконтактній системі збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку на предмет можливості розширення діапазону двозонного ковзання генератора....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2018
Автор:	Василів, К.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2018
Назва видання:	Електротехніка і електромеханіка
Теми:	Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147929
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Закономірності електромагнітних процесів безконтактної системи збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку / К.М. Василів // Електротехніка і електромеханіка. — 2018. — № 3. — С. 17-22. — Бібліогр.: 3 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-147929
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1479292019-02-17T01:23:18Z Закономірності електромагнітних процесів безконтактної системи збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку Василів, К.М. Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка Встановлено закономірності перебігу електромагнітних процесів, які відбуваються в безконтактній системі збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку на предмет можливості розширення діапазону двозонного ковзання генератора. Запропоновано спосіб корегування параметрів роторів машин модулятора і генератора, який дає змогу стабілізувати роботу комутатора для діапазону ковзання від мінус одиниці до плюс п’яти десятих із збереженням працездатності асинхронізованого генератора 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 десятых с сохранением работоспособности асинхронизированного генератора. The regularities of electromagnetic processes occurring in a noncontact 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. 2018 Article Закономірності електромагнітних процесів безконтактної системи збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку / К.М. Василів // Електротехніка і електромеханіка. — 2018. — № 3. — С. 17-22. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2018.3.02 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147929 621.313.333 uk Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка
spellingShingle	Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка Василів, К.М. Закономірності електромагнітних процесів безконтактної системи збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку Електротехніка і електромеханіка
description	Встановлено закономірності перебігу електромагнітних процесів, які відбуваються в безконтактній системі збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку на предмет можливості розширення діапазону двозонного ковзання генератора. Запропоновано спосіб корегування параметрів роторів машин модулятора і генератора, який дає змогу стабілізувати роботу комутатора для діапазону ковзання від мінус одиниці до плюс п’яти десятих із збереженням працездатності асинхронізованого генератора
format	Article
author	Василів, К.М.
author_facet	Василів, К.М.
author_sort	Василів, К.М.
title	Закономірності електромагнітних процесів безконтактної системи збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку
title_short	Закономірності електромагнітних процесів безконтактної системи збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку
title_full	Закономірності електромагнітних процесів безконтактної системи збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку
title_fullStr	Закономірності електромагнітних процесів безконтактної системи збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку
title_full_unstemmed	Закономірності електромагнітних процесів безконтактної системи збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку
title_sort	закономірності електромагнітних процесів безконтактної системи збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2018
topic_facet	Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/147929
citation_txt	Закономірності електромагнітних процесів безконтактної системи збудження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку / К.М. Василів // Електротехніка і електромеханіка. — 2018. — № 3. — С. 17-22. — Бібліогр.: 3 назв. — укр.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT vasilívkm zakonomírnostíelektromagnítnihprocesívbezkontaktnoísistemizbudžennâasinhronízovanogogeneratoranabazíkaskadnogotrifaznotrifaznogomodulâtoranaprugizashemoûvodnuzírku
first_indexed	2025-07-11T03:07:44Z
last_indexed	2025-07-11T03:07:44Z
_version_	1837318293095972864
fulltext	Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №3 17 © К.М. Василів УДК 621.313.333 doi: 10.20998/2074-272X.2018.3.02 К.М. Василів ЗАКОНОМІРНОСТІ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПРОЦЕСІВ БЕЗКОНТАКТНОЇ СИСТЕМИ ЗБУДЖЕННЯ АСИНХРОНІЗОВАНОГО ГЕНЕРАТОРА НА БАЗІ КАСКАДНОГО ТРИФАЗНО-ТРИФАЗНОГО МОДУЛЯТОРА НАПРУГИ ЗА СХЕМОЮ В ОДНУ ЗІРКУ Встановлено закономірності перебігу електромагнітних процесів, які відбуваються в безконтактній системі збу- дження асинхронізованого генератора на базі каскадного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку на предмет можливості розширення діапазону двозонного ковзання генератора. Запропоновано спосіб корегуван- ня параметрів роторів машин модулятора і генератора, який дає змогу стабілізувати роботу комутатора для діапа- зону ковзання від мінус одиниці до плюс п’яти десятих із збереженням працездатності асинхронізованого генератора. Бібл. 3, рис. 8. Ключові слова: асинхронізований 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 ком- мутатора для диапазона скольжения от минус единицы до плюс пяти десятых с сохранением работоспособности асинхронизированного генератора. Библ. 3, рис. 8. Ключевые слова: асинхронизированный генератор, модулятор напряжения, коммутатор, бесконтактная система воз- буждения, скольжение. Вступ. Базовими структурними елементами сучасних стаціонарних електроенергетичних систем є теплові та атомні електричні станції. Водночас прак- тикується використання доволі великої кількості різ- номанітних автономних електроенергетичних устано- вок (АЕЕУ) як у промисловості, так і в інших галузях, зокрема, на транспорті та в агро-промисловому комп- лексі. Є потреба в АЕЕУ також на магістралях тран- спортування органічних енергоносіїв (нафтопроводах та газогонах). Перспективним вбачається використан- ня вітроенергетичних установок, які можуть працюва- ти як паралельно зі стаціонарною енергосистемою, так і в автономному режимі. АЕЕУ на сьогодні стано- влять вагому частку генерування та споживання елек- троенергії загалом. Тому увага до них, з погляду нау- кових досліджень як в теоретичному, так і в прак- тичному аспектах з метою їх вдосконалення, є достат- ньо аргументованою і закономірною. Для споживачів електроенергії необхідно мати не лише надійне електроживлення, але й отримувати якісну електроенергію, одним з найважливіших показ- ників якої є частота напруги. Стабільність частоти на- пруги принципово необхідна як для стаціонарних енергосистем, так і для автономних джерел електро- живлення (АДЕЖ). Адже зниження частоти напруги в стаціонарних енергосистемах призводить до втрати стійкості їх роботи і, як наслідок, до розвалу. Для АДЕЖ характерні певні особливості до най- вагоміших з яких логічно віднести такі. Перше – висо- ка ймовірність необхідності роботи в режимі гра- ничних навантажень, що робить актуальною пробле- му надійності їх функціювання загалом. Друга особ- ливість таких установок полягає в істотній нестабіль- ності та широкому діапазоні зміни частоти обертання рушія автономного генератора, наприклад, вітроенер- гетичних установок (ВЕУ), що спричиняє іншу склад- ну проблему – нестабільність частоти напруги. Аналіз наукової літератури та практичних рішень показують, що обидві ці складні і актуальні проблеми можуть буди ефективно вирішені використанням у АДЕЖ асинхронізованих генераторів (АСГ) з безкон- тактною вентильною системою збудження (БВСЗ) на базі каскадного модулятора напруги (КМН) [3]. З по- гляду схемного рішення асинхронізовані генератори з БВСЗ на базі КМН можуть бути реалізовані в багатьох варіантах (порядку 16-ти схем). Всі такі генератори працюють за однаковим принципом, але кожне схемне рішення силового електричного кола модулятора, ко- мутатора і самого генератора вносить свої специфічні особливості з погляду фізики процесів. Тому в науко- вих дослідженнях необхідно проаналізувати кожну з таких схем окремо. Виходячи з цього, об’єктом дослі- дження в статті є безконтактна вентильна система збу- дження асинхронізованого генератора на базі каскад- ного трифазно-трифазного модулятора напруги (К Т-Т МН) за схемою в одну зірку. Схему силового електри- чного кола такої системи збудження зображено на рис. 1. З цього рисунку видно, що К Т-Т МН складається з двох асинхронних машин АМ1 та АМ2, фазні обмотки роторів яких розщеплені на три гілки та з’єднані між собою послідовно перехресними зв’язками, а на вході розщеплені фазні гілки можуть мати потенціальне комбіноване з’єднання або можуть бути сполучені в один спільний вузол. Варіанти цих з’єднань визнача- ють положенням ключа К. Коли ключ К розімкнений (ідентифікуємо такий його стан як К=1) – перший варі- ант, а коли ключ К замкнений (К=2) – другий. Статорні обмотки машин модулятора АМ1 та АМ2 живляться від двох трифазних джерел живлення Е1 та Е2, які ма- ють взаємно протилежну послідовність фаз. Тут апріо- рі приймається, що такими джерелами є акумуляторні батареї з керованими інверторами напруги. 18 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №3 1E 2E  '' 0  ' 0 K 2AM iFS )2( 1 iFS )2( 2 iFS )2( 3 E )2( 3E )2( 2E )2( 1 E )1( 1 E )1( 3E )1( 2 1AM  1 iFR1  2 iFR2 iFR4  4 3 iFR3 iFR5  5 iFR6 iFR7  7 6 iFR8  8 iFR9  9 iFS )1( 2 iFS )1( 1 iFS )1( 3  0  0 18 17 1 TK 2 4 iGS2  0 iGS3 iGS1 G 5 3 10 iGR1 10 7 6 11 8 11  1 3 13 12 9 14 16 iGR2 15 17 12 iGR3 18 14 15 16 ' 19 ' 20  '' 0  ' 0 iFS )2( 1 iFS )2( 2 iFS )2( 3 E )2( 3 )2()2( )1( E )1( 3 )1( 1 iFR1 2 iFR2 iFR4 43 iFR3 iFR5 5 iFR6 iFR7 76 iFR8 8 iFR9  9 iFS )1( 2 iFS )1( 1 iFS )1( 3 0 0 18 17 iGS2 0 iGS3 iGS1 G 10 iGR1 11 1 3 iGR2 12 iGR3 14 15 16 ' 19 ' 20 Рис. 1. Схема силового електричного кола асинхронізованого генератора До решти структурних елементів схеми (рис. 1) належать: ТК – тиристорний комутатор циклоконвер- торного типу з природною комутацією, яким слугує безпосередній тиристорний перетворювач частоти (БТПЧ), G – асинхронізований генератор, яким слугує трифазна асинхронна машина з фазним ротором, об- мотки фаз ротора якої з’єднані в зірку. Усі решта по- значення на цій схемі є загальноприйнятими – літера- ми Е, φ та і позначені електрорушійні сили, електрич- ні потенціали в вузлах та струми електричних гілок схеми. Літерами F, G у нижніх індексах позначено належність координат (струмів, напруг і т. ін.) до ма- шин модулятора та АСГ, а літерами S, R у нижніх індексах позначено належність координат до статора і ротора електричних машин, відповідно. Тиристори БТПЧ пронумеровані числами. Числами 1 та 2 в дуж- ках у верхніх індексах позначено належність до пер- шого Е1 та другого Е2 джерел живлення, відповідно. На думку автора, з метою полегшення сприйня- ття основних положень матеріалу статті, логічним є лаконічно описати принцип роботи АСГ такого типу. Він ґрунтується на тому, що модулятор напруги шля- хом додавання напруг і частот фазних гілок роторів машин модулятора формує сумарну напругу модульо- ваної форми, частота заповнення якої пропорційна частоті обертання роторів машин модулятора і кіль- кості їх пар полюсів (ротори АМ1 та АМ2 розміщені на одному валі з АСГ), а частота модуляції визнача- ється частотою двозонного ковзання. Послідовно з’єд- наний з обмотками роторів машин модулятора кому- татор циклоконверторного типу декодує модульовану напругу, внаслідок чого на його виході (на обмотці ротора генератора) утворюється система трифазних напруг частоти ковзання. Це забезпечує стабільну частоту обертання магнітного поля генератора сто- совно його обмотки статора, що, своєю чергою, фор- мує частоту напруги генератора, яка дорівнює частоті мереж живлення Е1 та Е2. Отже, теоретично частота напруги АСГ має дорівнювати частоті мереж живле- ння Е1 та Е2 асинхронних машин модулятора АМ1 та АМ2 і не залежати від частоти обертання ротора АСГ. Аналіз публікацій та мета дослідження. Ідео- логію генераторів стабільної частоти (ГСЧ) з безкон- тактною вентильною системою збудження на базі КМН започатковано в [3]. За збігом обставин питан- нями наукового дослідження та розвитку автономних системи електроживлення (АСЕЖ) на базі АСГ з БВСЗ займається доволі вузьке коло науковців та ін- женерів, а тому вагома частка публікацій, спрямо- ваних на дослідження зазначених систем електро- ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №3 19 живлення шляхом математичного моделювання нале- жить автору цієї статті. Поява низки публікацій, спря- мованих на розробку методів і математичних моде- лей, а також на вивчення закономірностей перебігу електромагнітних і електромеханічних процесів, які відбуваються в зазначених вище АСЕЖ, пояснюється наявністю в них різнотипних елементів – асинхрон- них машин та БТПЧ за низкою схем їх силових елек- тричних кіл, а також наявністю системи керування комутатором та системи автоматичного керування окремими координатами (зокрема напругою), що спричинює складність електромагнітних і електро- механічних процесів, які відбуваються в цих АСЕЖ. Однією з основних наукових праць, які стосу- ються дослідження АСЕЖ на базі АСГ з БВСЗ, є пуб- лікація [1]. Вона спрямована на розробку матема- тичних моделей і відповідних програмних комплексів як засобу для вивчення закономірностей перебігу еле- ктромагнітних і електромеханічних процесів, які від- буваються в АСЕЖ на базі АСГ з БВСЗ за трифазно- трифазною схемою модулятора напруги. Математичні моделі і відповідні програмні комплекси дають змогу вивчати електромагнітні і електромеханічні процеси, які відбуваються в автономній системі електроживле- ння під час роботи АСГ на типове навантаження, яким слугують: асинхронні двигуни, активно-індук- тивне та активно-індуктивно-ємнісне навантаження. У публікаціях, які стосуються дослідження елек- тромагнітних і електромеханічних процесів АСЕЖ на базі АСГ з БВСЗ вважається, що асинхронні машини модулятора напруги та генератора мають типову кон- струкцію. Виходячи саме з цього, діапазон двозон- ного ковзання, який забезпечує нормальну роботу АСЕЖ становить S = –0,06 ÷ +0,06. Це вказує на те, що загалом АСЕЖ на базі АСГ з БВСЗ є працездат- ною. Але такий діапазон ковзання розцінюється за- надто вузьким, щоби стверджувати про достатні мож- ливості для практичного застосування таких асин- хронізованих генераторів в АСЕЖ. Тому дослідження продовжуються з метою досягнення розширення діа- пазону ковзання до меж, які б дали змогу практичного використання АСГ цього класу навіть в таких елек- троенергетичних установках як ВЕУ. Враховуючи ту обставину, що працездатність АСГ з БВСЗ значною мірою визначається належною роботою комутатора, всю увагу слід сконцентрувати на процеси, які відбуваються саме в БВСЗ і її окремих структурних елементах, до яких належать машини модулятора, сам тиристорний комутатор та обмотка збудження АСГ (його роторна обмотка). Першою працею, яка спрямована на вирішення такої проблеми, була публікація [2], яка стосується безконтактної системи збудження АСГ на базі каскад- ного трифазно-трифазного модулятора напруги за схемою у дві зірки (коли кожна з фаз обмотки ротора генератора розщеплена на дві гілки, а утворені таким чином 6 гілок з’єднані у дві окремі трифазні зірки). У [2] розглянуто одну схему модулятора, в якій роз- щеплені фазні гілки роторів машин модулятора на вході з’єднані в один спільний вузол (для схеми рис. 1 це – К=2). За результатами дослідження [2] встанов- лено, що діапазон ковзання можливо розширити від S = –0,06 до S = +0,2 шляхом збільшення співвідноше- ння кількості витків обмотки статора до кількості ви- тків обмотки ротора машин модулятора. Враховуючи специфіку кожної із схем тиристор- ного комутатора і модулятора, однозначно очевидною є практична потреба в виконані аналогічного дослід- ження безконтактної вентильної системи збудження АСГ на базі трифазно-трифазного каскадного моду- лятора напруги за схемою в одну зірку, характерним для якої є удвічі менша кількість тиристорів, аніж для схеми у дві зірки, що кваліфікується як перевага з погляду практичного застосування. Таким чином, метою дослідження є встановлен- ня закономірностей перебігу електромагнітних проце- сів, які відбуваються в безконтактній вентильній сис- темі збудження АСГ на базі каскадного трифазно- трифазного модулятора напруги за схемою в одну зірку на предмет можливості розширення робочого діапазону двозонного ковзання. Виклад основного матеріалу. Результати попе- редніх досліджень [1, 2] вказують на те, що робота ко- мутатора істотно визначається співвідношенням пара- метрів обмоток статорів і роторів машин модулятора. Великі значення параметрів роторів спричиняють інер- ційність електромагнітних процесів в колі модулятора і збуджувача генератора, внаслідок чого порушується нормальна робота комутатора, що унеможливлює фор- мування трифазної напруги частоти ковзання в обмотці ротора генератора, а отже, формування напруги ста- більної частоти в обмотці статора АСГ. З метою створення сприятливих умов роботи ко- мутатора на підставі позитивного результату дослі- дження, отриманого в [2], запропоновано зменшити індуктивні опори роторних обмоток не лише машин модулятора, але й генератора шляхом збільшення спів- відношення кількості витків обмоток статора і ротора (тобто, збільшенням їх коефіцієнтів трансформації). Перевірку впливу зміни коефіцієнтів трансформації на працездатність БВСЗ асинхронізованого генератора виконаємо аналізом функцій струмів і напруг фазних гілок роторів машин модулятора і генератора. Залеж- ності струмів і напруг отримаємо шляхом розрахунку електромагнітних процесів БВСЗ рис. 1 за допомогою розроблених в [1] математичної моделі і програмного комплексу. Моделювання виконаємо для АСГ потуж- ністю 100 кВт, вхідні дані якого мають такі значення: LGm = 0,1 Гн – робоча індуктивність (з боку статора); LGS = 0,005 Гн – індуктивність розсіювання статора; LGR = 0,005 Гн – приведена до обмотки статора індук- тивність розсіювання обмотки ротора; KGi = 10 – кое- фіцієнт трансформації генератора; PG0 = 2 – кількість пар полюсів генератора; RGS = 0,01 Ом – активний опір фаз обмотки статора; RGR = 0,05 Ом – активний опір фаз обмотки ротора. З метою уникнення переобтяження обсягом вхід- них даних, для машин модулятора наведемо лише найважливіші дані, до яких належать: K )1( i =20 – кое- фіцієнт трансформації АМ1; P )1( 0 =2 – кількість пар полюсів АМ1; K )2( i =20 – коефіцієнт трансформації АМ2; P )2( 0 =6 – кількість пар полюсів АМ2. 20 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №3 Принципово важливо зазначити, що відповідно до теорії АСГ з БВСЗ на базі каскадного модулятора напруги [3] для формування модульованої напруги частоти ковзання на виході модулятора співвідноше- ння кількості пар полюсів генератора і машин моду- лятора має задовольняти таку умову: P22)PP( G0 )2( 0 )1( 0  . (1) Наведені вище числові значення кількості пар полюсів генератора і асинхронних машин модулятора АМ1 та АМ2 задовольняють умову (1). Згідно з [2] максимальне значення ковзання, при якому вдалося досягнути працездатності АСГ з БВСЗ на базі КМН дорівнює 0,2 (S = +0,2). Тому за орієнтир для дослідження роботи АСГ з безконтактною вен- тильною системою збудження за схемою в одну зірку візьмемо саме таке значення ковзання. Виходячи з цього, на початку дослідження розглянемо розрахун- кові залежності напруг та струмів фазних гілок обмо- ток роторів машин модулятора та фазних струмів об- мотки ротора генератора для двох значень двозонного ковзання S = –0,2 та S = +0,2. На рис. 2 зображено розрахункові залежності від часу напруг фазних гілок роторів машин модулятора. -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 V,u,u,u F R 3FR 2F R1 t, s а ( u,u,u FR3FR2FR1 – напруги І, ІІ, ІІІ фазних гілок) -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 V,u,u,u F R 6F R 5F R 4 t, s б ( u,u,u FR6FR5FR4 – напруги IV, V, VI фазних гілок) -150 -100 -50 0 50 100 150 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 V,u,u,u FR 9FR 8FR 7 t, s в ( u,u,u FR9FR8FR7 – напруги VII, VIII, IX фазних гілок) Рис. 2. Розрахункові залежності від часу миттєвих напруг фазних гілок роторів машин модулятора Зокрема, рис. 2,а ілюструє напруги перших трьох розщеплених фазних гілок роторів машин модулятора u,u,u FR3FR2FR1 (див. рис. 1). Кожна з цих кривих фор- мується сумою електрорушійних сил послідовно з’єд- наних розщеплених фазних гілок роторів машин мо- дулятора АМ1 та АМ2, які, своєю чергою, індукують- ся окремо для кожної з машин АМ1 та АМ2 струмами обмоток їх статорів. Аналогічно рис. 2, б ілюструє напруги u,u,u FR6FR5FR4 других трьох, а рис. 2,в – на- пруги u,u,u FR9FR8FR7 третіх трьох розщеплених фаз- них гілок роторів машин модулятора (рис. 1). З рис. 2 видно, що напруги послідовно з’єднаних фазних гілок роторів машин каскадного модулятора мають модульовану форму з частотою ковзання (тут ковзання S = +0,2), яке відповідає періоду Т = 0,1 с. При цьому кожна з трьох систем напруг, зображених на рис. 2,а-в зсунуті за фазою на кут 2π/3 за частотою ковзання, що досягається перехресним з’єднанням розщеплених фазних гілок роторів машин модулятора (див. рис. 1). Модульовані напруги з частотою ковза- ння дають підстави очікувати формування системи трифазних напруг частоти ковзання в роторній обмо- тці генератора. Факт взаємного зсуву напруг всіх трьох груп фазних гілок за частотою ковзання на 2π/3 забезпечує відповідний зсув фазних напруг і струмів обмотки ротора генератора. Для повнішого розуміння електромагнітних про- цесів, які відбуваються в системі збудження АСГ роз- глянемо криві миттєвих значень фазних струмів рото- рів машин модулятора. Їх зображено на рис. 3. -120 -80 -40 0 40 80 120 5.90 5.91 5.92 5.93 5.94 5.95 5.96 5.97 5.98 5.99 6.00 A,i,i,i FR 3FR 2FR1 t, s а ( i,i,i FR3FR2FR1 – струми І, ІІ, ІІІ фазних гілок) -120 -80 -40 0 40 80 120 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 A,i,i,i FR 6FR 5FR 4 t, s б ( i,i,i GR6GR5GR4 – струми IV, V, VI фазних гілок) -120 -80 -40 0 40 80 120 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 A,i,i,i FR9FR8FR 7 t, s в ( i,i,i GR9GR8GR7 – струми VII, VIII, IX фазних гілок) Рис. 3. Розрахункові залежності від часу миттєвих струмів фазних гілок роторів машин модулятора Додатна півхвиля струмів на рис. 3,а формується тиристорами 1, 2, 3, а від’ємна – тиристорами 4, 5, 6 (див. схему на рис. 1). Аналогічним чином формують- ся струми двох інших груп фазних гілок рис. 3,б та рис. 3,в відповідно. У контексті аналізу процесів, які відбуваються в БВСЗ АСГ принципово важливою інформацією слугує характер фазних напруг і струмів обмотки ротора гене- ратора. Адже для отримання стабільної частоти напруги ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №3 21 обмотки статора генератора в обмотці ротора генератора має буди трифазна система струмів частоти ковзання. Тому розглянемо фазні струми обмотки ротора АСГ. На рис. 4 зображено розрахункові залежності миттєвих значень фазних струмів обмотки ротора асинхронізованого генератора для ковзання S =+0,2. З цього рисунку видно, що в обмотці ротора АСГ сфо- рмовані трифазні струми, форма яких є близькою до синусоїдної за частотою ковзання. Період цих струмів відповідає частоті ковзання (S=+0,2) і становить Т=0,1 с. Така форма струмів в обмотці ротора АСГ дає підставу очікувати, що частота фазних напруг обмот- ки статора буде дорівнювати частоті напруги в обмо- тках статора машин модулятора. i,i,i GGG 321  -100 -50 0 50 100 5.80 5.85 5.90 5.95 6.00 A,i,i,i G R 3G R 2G R 1 t, s Рис. 4. Розрахункові залежності фазних струмів ротора АСГ i,i,i GR3GR 2GR1 Наведені вище результати моделювання, а також отримані результати досліджень, які не представлені тут, дають підставу стверджувати, що для ковзання АСГ, яке дорівнює плюс дві десяті (S=+0,2), його БВСЗ працездатна і забезпечує необхідну частоту на- пруги обмотки статора генератора, що і є предметом дослідження в цій публікації. А аналіз кривих напруг обмоток статора генератора становить предмет окре- мих досліджень з огляду на те, що на форму цих кри- вих впливають ще й інші чинники, які на тепер доста- тньо повно ще не вивчені, але з вже наявних результа- тів дослідження відомо, що вони змінюють гармоніч- ний спектр фазних напруг генератора. Для визначення крайньої межі робочого діапазо- ну додатної зони ковзання асинхронізованого гене- ратора з безконтактною вентильною системою збуд- ження необхідно мати інформацію про характер струмів обмотки ротора генератора для інших, біль- ших значень ковзання. Тому нижче наведемо розра- хункові залежності цих струмів для низки значень додатного ковзання. Форма цих кривих дасть інфор- мацію для розуміння закономірностей перебігу елек- тромагнітних процесів, які відбуваються в безкон- тактній вентильній системі збудження асинхронізо- ваного генератора і, як наслідок, дасть підставу для визначення крайнього допустимого робочого ковза- ння в його додатній області. На рис. 5 зображено розрахункові залежності фа- зних струмів обмотки ротора генератора для ковзання S=+0,5. З рис. 5 видно, що криві фазних струмів ротора генератора мають квазісинусоїдну форму з періодом основної гармоніки, який дорівнює 0,04 (Т=0,04) се- кунди, що відповідає частоті ковзання Fk=25 Гц (Fk=50·S=50·0,5=25). Така форма кривих фазних стру- мів з чітко визначеною частотою також забезпечує стабільність частоти напруги генератора, а отже для ковзання S=+0,5 БВСЗ АСГ є працездатною. -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 5.90 5.91 5.92 5.93 5.94 5.95 5.96 5.97 5.98 5.99 6.00 A,i,i,i G R 3G R 2G R 1 t, s Рис. 5. Фазні струми ротора АСГ i,i,i GR3GR2GR1 для ковзання S=+0,5 Подальше збільшення ковзання в додатній облас- ті призводить до зміни форми кривих фазних струмів, що видно з рис. 6 та рис. 7. На першому з них зобра- жено розрахункові залежності фазних струмів обмот- ки ротора генератора для ковзання S=+0,9, а на дру- гому – для ковзання S=+0,95. З цих рисунків видно, що фазні струми за формою не є синусоїдними. Нато- мість спостерігається тенденція до утворення системи напруг модульованої форми. Тому висновок є одно- значним, його сутність полягає в тому, що для додат- ного ковзання, значення якого перевищує S=+0,5, БВСЗ АСГ втрачає працездатність. Таким чином, крайньою межею додатного діапазону робочого ков- зання АСГ є ковзання зі значенням S=+0,5. -60 -40 -20 0 20 40 60 5.900 5.925 5.950 5.975 6.000 A,i,i,i G R 3G R 2G R 1 t, s Рис. 6. Фазні струми ротора АСГ i,i,i GR3GR2GR1 для ковзання S=+0,9 -60 -40 -20 0 20 40 60 5.800 5.825 5.850 5.875 5.900 5.925 5.950 5.975 6.000 A,i,i,i G R 3G R 2G R 1 t, s Рис. 7. Фазні струми ротора АСГ i,i,i GR3GR2GR1 для ковзання S=+0,95 Як уже було зазначено, АСГ з БВСЗ на базі кас- кадного модулятора напруги може працювати в ре- жимі двозонного ковзання. Адже збудження тут вико- нується з боку ротора, як у синхронній машині. Тому принципово важливо з’ясувати його функційні мож- ливості для від’ємного діапазону ковзання. З цією метою також проведено дослідження для низки зна- чень від’ємного ковзання. На рис. 8 зображено розрахункові залежності фа- зних струмів ротора генератора для трьох значень ковзання: S = –0,2; S = –0,8 та S = –1,0. З рис. 8 вираз- но видно, що фазні струми ротора АСГ мають близь- ку до синусоїди форму з частотою основної гармоні- ки, яка дорівнює частоті ковзання. Це дає підставу стверджувати, що на відміну від додатної області ков- зання, у від’ємній – БВСЗ працездатна в цілому її діа- пазоні від S = 0 до S = –1,0. 22 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №3 i,i,i GGG 321  -100 -50 0 50 100 5.800 5.825 5.850 5.875 5.900 5.925 5.950 5.975 6.000 A,i,i,i G R 3G R 2G R 1 t, s а -100 -50 0 50 100 5.96 5.97 5.98 5.99 6.00 A,i,i,i G R 3G R 2G R 1 t, s б -100 -50 0 50 100 5.96 5.97 5.98 5.99 6.00 A,i,i,i G R 3G R 2G R 1 t, s в Рис. 8. Фазні струми ротора АСГ i,i,i GR3GR2GR1 (а – для S = –0,2; б – для S = –0,8; в – для S = –1,0) На цьому етапі за допомогою розробленої в [1] математичної моделі і відповідного програмного коду виконано аналіз електромагнітних процесів, які відбу- ваються в безконтактній вентильній системі збудже- ння АСГ на базі каскадного трифазно-трифазного мо- дулятора напруги за схемою в одну зірку та вста- новлено закономірності їх перебігу на предмет впливу двозонного ковзання на працездатність асинхронізо- ваного генератора. У контексті перспективи досліджень з метою по- дальшого розвитку теорії асинхронізованих генера- торів цього типу вбачається необхідним виконати аналіз електромагнітних процесів, які відбуваються в таких генераторах на предмет впливу двозонного ков- зання на якість напруги АСГ і за критерієм частоти, і за критерієм гармонічного спектру. Окрім цього, ста- виться за мету виконати аналогічні дослідження для схеми модулятора зі спільним з’єднанням розщеп- лених фазних гілок обмоток роторів машин модулято- ра, коли ключ К замкнений (рис. 1) бо тут розглянуто схему з потенціальним комбінованим з’єднанням, коли ключ К розімкнений. Висновки. 1. Вузький діапазон робочого двозонного ковзання асинхронізованого генератора з безконтактною вен- тильною системою збудження на базі каскадного мо- дулятора напруги за схемою в одну зірку, який на час останніх досліджень становив ±0,06, не дає змоги практичного застосування таких генераторів як авто- номних джерел електроживлення. 2. З метою вивчення можливостей розширення діа- пазону двозонного ковзання АСГ з БВСЗ виконано дослідження електромагнітних процесів, які відбува- ються в цій системі збудження. На підставі проведе- них досліджень шляхом математичного моделювання за допомогою розроблених автором математичних моделей і програмного комплексу встановлені зако- номірності перебігу цих процесів залежно від значен- ня двозонного ковзання. 3. Шляхом зміни параметрів роторів машин моду- лятора і АСГ через збільшення співвідношення кіль- кості витків обмотки статора до обмотки ротора асин- хронних машин модулятора і генератора досягнуто істотного розширення діапазону робочого ковзання асинхронізованого генератора. 4. Область від’ємного ковзання збільшено до зна- чення S = –1, а область додатного – до S=+0,5. 5. Розширення діапазону робочого ковзання до вка- заних меж створює реальні можливості для практич- ного впровадження генераторів цього класу в авто- номних системах електроживлення з широким діапа- зоном зміни частоти обертання рушія. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Василів К.М. Математична модель динамічних процесів автономної електроенергетичної системи на базі безкон- тактного асинхронізованого генератора з трифазно-трифаз- ним каскадним модульованим збуджувачем // Технічна еле- ктродинаміка. – 2004. – №5. – С. 50-55. 2. Василів К.М. Закономірності електромагнітних процесів безконтактної системи збудження асинхронізованого генератора за схемою у дві зірки на базі трифазно-трифазного модулятора напруги // Вісник НТУ «ХПІ». – 2016. – №32(1204). – С. 48-52. 3. Галиновский А.М. Бесконтактный асинхронизированный генератор с модулированным преобразователем частоты // Тру- ды І Международной (ІІІ 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 asyn- chronized generator with a three-phase-three-phase cascade modu- lated 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 modula- tor. Bulletin of NTU «KhPI», 2016, no.32(1204), pp. 48-52. (Ukr). 3. Galinovskiy A.M. Non-contact asynchronized generator with a modulated frequency converter. Trudy І Mezhdunarodnoi (ІІІ Vserossiiskoi) konferentsii po Elektromekhanotronike [Proceed- ings of the 1st International (III All-Russian) Conference on Elec- tromechanotronics]. St. Petersburg, 1997, pp. 182-192. (Rus). Надійшла (received) 25.02.2018 Василів Карл Миколайович, д.т.н., проф., Національний університет «Львівська політехніка», 79013, Львів, вул. С. Бандери, 28а, тел/phone +38 032 2226403, e-mail: karl.vasyliv@gmail.com 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 single- star 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.

Репозитарії

Схожі ресурси