Асинхронный электрический генератор.Возбуждение асинхронного генератора. Асинхронный генератор переменного тока


Асинхронный электрический генератор.Возбуждение асинхронного генератора

Принцип работы асинхронного электрического генератора

Во всех случа­ях асинхронная электрическая машина потребляет из сети реактивную мощность, необходимую для создания магнитного поля. При автономной работе асинхронной электрической машины в генераторном режиме магнитное поле в воздушном зазоре создается в результате взаимодействия магнитной движущийся силы магнитной силы всех фаз и магнитной движущийся силы обмотки ротора. Характер распределения магнитной движущийся силы точ­но такой же, как и в асинхронном электрическом двигателе(АД) , он также определяет характер распределения магнитного поля на полюсном делении. В асинхронном генераторе этот поток весьма близок к си­нусоидальному и при вращении ротора индуцирует в фазах статора и в обмотке ротора ЭДС Е| и Е2, которые можно принять синусоидальными.В отличие от асинхронного электрического двигателя в  асинхронном электрическом генераторе в данном случае ЭДС Е1 и Е2 являются активными, поддерживают ток в соответствующих цепях и в нагрузке, подклю­ченной к выходным зажимам.

В установившемся режиме работы основные соотношения для асинхронного электрического генератора с самовозбуждением определя­ются из схемы замещения. Основное отличие только в том, что к ее выводам подключено сопро­тивление нагрузки 2Н = Кн +]ХН и конденсаторы для обеспечения само­возбуждения и регулирования на­пряжения при изменении нагрузки асинхронного электрического генератора  с сопротивлениями Хс = 1/соС и Хск = 1/соСк.Как видно, напряжение при работе под нагрузкой изменяется как за счет падения напряжения на сопротивлениях r1 и х1, так и за счет сни­жения магнитного потока Фот , связанного с размагничивающим действи­ем магнитной движущийся силы  ротора. Если магнитная цепь асинхронного электрического генератора выполнена с достаточно силь­ным насыщением, то поток Фот остается почти постоянным и напряжение U1 при увеличении нагрузки изменяется в меньшей степени, а его внешняя характеристика получается более «жесткой».

Способы регулирования напряжения автономного асинхронного генератора. Самовозбуждение асинхронного электрического генератора

Особенности самовозбуждения асинхронного генератора. Асинхронный элетродвигатель, под­ключенный к трехфазной сети переменного тока, при частоте вращения ротора, больше, чем частота вращения поля статора, переходит в генера­торный режим и отдает в сеть активную мощность, потребляя из сети ре­активную мощность, необходимую для создания вращающегося магнитно­го поля взаимной индукции. Тормозной электромагнитный момент, дейст­вующий на роторе, преодолевается приводным двигателем — дизелем, гид­ротурбиной, ветродвигателем и т.п.Для возбуждения  асинхронного электрогенератора необходимо наличие источника реактивной мощности — батареи конденсаторов или синхронно­го компенсатора, подключенных к обмотке статора. При этом почти есте­ственной представляется работа асинхронного генератора  при сверх синхронном скольжении, ко­гда скорость вращения ротора выше скорости вращающегося магнитного поля. Однако практически асинхронный генератор может возбуждаться при частоте вращения ротора, значительно меньшей синхронной, причем значения напряжения и частоты тока оказываются пропорциональными частоте вращения ротора и, кроме того, зависящими от схемы соединения конденсаторов. Так, в эксперименте ( по опытным данным гл. инж. Штефана А.М. (НК ЭМЗ, г. Н.Каховка)) конденсаторный асинхронный мотор-редуктор типа АИРУ112-М2 при соединении бата­реи конденсаторов емкостью 3×120 мкФ в «звезду» возбуждается при ско­рости пр= 2133 об/мин с напряжением ГГф = 60 В и током фазы 1ф = 0,8 А, а при соединении тех же конденсаторов в «треугольник» напряжение  =52 В и ток 1ф = 1,4А возникают при скорости пр= 1265 об/мин.

Весьма интересное явление наблюдалось в асинхронном генераторе серии А ИМН 90-L4 при включении емкости 40 мкФ только в одну из трех фаз. В этом случае возбуждение асинхронного генератора наступило при скорости п2 = 1369 об/мин с параметрами U1ф = =209 В, I = 1,29 А, Г = 44 Гц. При емкости С = 60 мкФ, включенной в одну из фаз, параметры возбуждения асинхронного электрогенератора были равны: п2 — 1300 об/мин, U = 500 В, I = 6,4 А, Г = 124 Гц. При увеличении частоты вращения ротора до син­хронной (1500 об/мин) наблюдалось увеличение частоты тока до 400Гц. В некоторых случаях, наоборот, не удавалось добиться устойчивого возбуж­дения асинхронного генератора  даже при сверх синхронной частоте вращения ротора. Например, для намагниченных гладких стального массивного и шихтованного рото­ров самовозбуждения не возникало при любых величинах присоединенной емкости.

Для массивного стального ротора с тонким экраном из меди, а также для массивного стального зубчатого ротора с торцовыми медными конца­ми АГ устойчиво возбуждается при расчетном значении емкости. Асин­хронная машина с гладкими роторами из меди или алюминия возбуждает­ся без каких-либо дополнительных воздействий извне.

Таким образом, физические процессы самовозбуждения асинхронного генератора с пол­ным основанием можно отнести к недостаточно изученным, что связано, по нашему мнению, с преимущественным использованием до настоящего времени АМ в качестве двигателя, с разработкой для него теории, расчет­ных методик и проектирования, а для генераторного режима эти машины проектировались и выпускались достаточно редко.В маломощных системах генерирования применяются, как правило, АМ, предназначенные для работы в двигательном режиме с конденсатор­ным возбуждением.

Описание процесса самовозбуждения на принципе остаточной намагниченности магнитной цепи.

Современные работы по са­мовозбуждению АГ с помощью статических конденсаторов по­строены на трех подходах. Один из них базируется на принципе остаточной намагниченности маг­нитной цепи машины, начальная ЭДС от которой затем усиливает­ся емкостным током в статоре . Рассмотрим этот подход.

Автономная работа асинхронного генератора в режиме самовозбуждения от потока остаточного намагничивания возмож­на, если к выводам обмотки статора подключить конденсаторы, необходи­мые как источник реактивной мощности от для возбуждения магнитного поля асинхронного электрогенератора, а при его работе на активно-индуктивную нагрузку эти конденсаторы должны служить источником реактивной мощности 0Н и для нагруз­ки.

Понравилось это:

Нравится Загрузка...

Похожее

vetrodvig.ru

Синхронные и асинхронные генераторы переменного тока | ProElectrika.com

Генераторы переменного тока являются основными источниками переменного напряжения, используемого в промышленности и в аграрном секторе.

Гидрогенераторы ГЭС и турбогенераторы ТЭЦ, выходящие на разветвленную сеть станций и систем линий ЛЭП, имеют “семейство младших родственников”- автономные передвижные электростанции, основной частью которых всегда является синхронный генератор переменного тока.

Синхронные генераторы переменного тока

В ротор генератора укладывается обмотка возбуждения, питаемая постоянным током. В статоре находится обмотка переменного напряжения, с которой снимается и подается в сеть вырабатываемое напряжение. Обмоток переменного выходного напряжения на некоторых генераторах бывает несколько, соответственно обеспечивая объект необходимым классом напряжения.

Генераторы небольшой мощности (до нескольких киловатт) могут иметь полюса статора, выполненные из материалов, сохраняющих остаточный магнетизм, и, соответственно, требуют для возбуждения генератора однократной подачи постоянного тока в обмотку ротора. На практике – это обычный автомобильный аккумулятор от 12 до 40 вольт.

Генераторы большей мощности и относящиеся к классу вырабатываемого напряжения выше 1000 вольт, обладают более сложной схемой возбуждения. Принцип следующий – аккумуляторная батарея 20-40 вольт для генераторов, имеющих мощность в несколько десятков и сотен киловатт, либо аккумуляторно-зарядная станция из множества щелочных, как правило, батарей, для установок, вырабатывающих напряжение выше 1000 вольт, подают постоянный ток в обмотку возбуждения ротора.

Катушки вспомогательного генератора-возбудителя, собранного на одном валу с с генератором переменного напряжения, получив импульс наведенной ЭДС в статорной обмотке , подают ЭДС через выпрямительный мост на ту же обмотку ротора-обмотку возбуждения. Таким образом, подача постоянного тока в обмотку возбуждения ротора кратковременно на 1-2 секунды производится от внешнего источника, а при выходе на рабочий режим осуществляется снятием напряжения с обмотки переменного тока, подачей его через устройства контроля и регулировки в цепь ротора.

Уменьшая или увеличивая подаваемое в цепь ротора напряжение, уменьшают или увеличивают выходное напряжение на зажимах генератора. Можно добавить, что на практике, кроме обмотки переменного напряжения и ее полюсов, статоры генераторов оснащаются дополнительными полюсами и дополнительными обмотками, улучшающими работу генератора и качество вырабатываемой им энергии.

Асинхронные генераторы переменного тока

Существует так же разновидность генераторов переменного тока, называемая асинхронными генераторами. Частным проявлением асинхронной генерации является работа асинхронных двигателей с фазным ротором, применяемых на грузоподъемных механизмах. Когда вес опускаемого груза заставляет вращаться ротор двигателя быстрее, чем это обусловливается вращающимся магнитным полем в его статоре, двигатель перестает потреблять активную энергию из сети, начиная отдавать ее в сеть со своих силовых зажимов.

Однако, именно в этот момент, двигатель, превратившийся в асинхронный генератор, начинает усиленно потреблять реактивную мощность сети, что является определенным минусом для энергосистемы. Повторим, это касается таких установок, как краны, нории, лифты и прочие, имеющие в приводе асинхронные электродвигатели с фазным ротором.

Собственно асинхронный генератор собирается на одном валу и, как правило, в одном корпусе с асинхронным короткозамкнутым двигателем. Имеет специальное применение, так как позволяет вырабатывать переменное напряжение повышенной частоты, ввиду особенностей протекания электромагнитных процессов и конструкции статора асинхронного генератора. Например, для питания высокочастотных закалочных печей на металлообрабатывающих предприятиях и подключения высокочастотных стригальных машин в сельском хозяйстве.

proelectrika.com

Асинхронный генератор

Столкнувшись с проблемой выбора генератора, несомненно, вы встретите и такое понятие, как асинхронный генератор. Не всем понятно его значение. Если обратиться за толкованием к словарям, то там мы найдем такое определение: асинхронным генератором называется электрическая машина, которая работает в режиме генератора. Она является вспомогательным источником электрического тока малой мощности и тормозным устройством. Ротор генератора приводится в движение с помощью приводного двигателя. Направление его вращения совпадает с магнитным полем, но происходит с большей скоростью. При скольжении ротора, которое приобрело отрицательное значение, на валу генератора появляется тормозящий момент, и машина отдает в сеть электроэнергию. Для работы такого генератора требуется, чтобы в сети был генератор реактивной мощности, для чего подходит синхронная машина.

Чтобы выбрать генератор для дома и обеспечить свое жилище бесперебойным электричеством, необходимо познакомиться с его параметрами. Прежде всего, необходимо учитывать мощность генератора и суммарную нагрузку на него, сколько устройств он должен будет обеспечивать электроэнергией. К ним относятся самые необходимые в быту приборы: электроплита, освещение, чайник, бойлер. Все устройства не обязательно должны быть включены в сеть одновременно, главное, чтобы мощности генератора хватало без аварийных отключений обеспечивать их работу. При выборе надо ориентироваться на следующие характеристики: асинхронный генератор или синхронный, дизельный или бензиновый, мощность устройства и количество фаз.

Мощность генератора можно рассчитать следующим образом: для этого необходимо величину cosφ, которую имеет каждый электроприбор, разделить на его мощность, указанную в его технических характеристиках. Также можно вычислить мощность генератора.

Генераторы бывают двух видов: однофазные и трехфазные. Они предназначаются для различных целей. Если вы применяете трехфазный генератор, то необходимо обеспечивать между тремя фазами равномерную нагрузку. При использовании однофазного генератора такой проблемы не возникает. Генератор, работающий на бензине, удобнее применять в зимнее время, его бесперебойная работа равняется восьми часам. В отличие от него, дизельный генератора располагает большими моторесурсами и рассчитан на более длительный срок службы.

Перед тем как выбирать синхронный или асинхронный генератор, нужно определиться, каковы возможности генератора по обеспечению качественной работы с приборами, которые потребляют реактивную мощность, и как он выдерживает высокий пусковой ток. Синхронный генератор способен генерировать и активную, и реактивную мощность и вырабатывает электричество он более качественно. Такой генератор выдерживает пусковые токи, которые превышают в два-три раза номинальные. В то же время, цена его достаточно высока.

В отличие от синхронного, асинхронный генератор плохо приспособлен к пусковым токам, но является устойчивым к коротким замыканиям, а также перегрузкам. У асинхронного генератора выходное напряжение в меньшей степени подвержено нелинейным искажениям. Его используют для питания ламп накаливания, печи, утюга, радиотехники, электронагревателей, компьютеров и электронных устройств. Если предполагается использовать генератор с реактивными нагрузками, тогда потребуется запас по мощности в два-три раза. Его стоимость ниже, чем у синхронного генератора.

К положительным характеристикам генератора относят его низкий клирфактор, говорящий о количестве в его выходном напряжении высших гармоник. Это значение у него равно двум процентам. Таким образом, асинхронный двигатель-генератор способен вырабатывать только полезную энергию. К преимуществам асинхронного генератора можно отнести отсутствие у него деталей, чувствительных к внешним воздействиям, которые требуют замены и ремонта. По этой причине генератор в малой степени подвержен износу и рассчитан на длительную эксплуатацию.

Если вам необходим асинхронный двигатель, в режиме генератора функционирующий, то для этой цели подойдет коллекторный электродвигатель, имеющий постоянный магнит на статоре. При этом даже не потребуется вносить какие-либо серьезные переделки. Когда вал двигателя вращается с близкой к номинальному значению частотой, то будет вырабатываться постоянное напряжение. В качестве асинхронного генератора подойдут и шаговые двигатели, однако их надо будет вращать с небольшой частотой.

fb.ru

Трехфазный асинхронный генератор переменного тока с короткозамкнутым ротором

 

Трехфазный асинхронный генератор переменного тока с короткозамкнутым ротором относится к электротехнике, а именно к генераторам переменного тока, и может быть использован при проектировании и производстве источников переменного электрического тока. Трехфазный асинхронный генератор переменного тока с короткозамкнутым ротором представляет собой установленный внутри статора ротор на цилиндрическом валу, который установлен в корпусе. Цилиндрический вал соединен с бензиновым двигателем. На внешней поверхности ротора находиться короткозамкнутая обмотка возбуждения, на внутренней поверхности статора - обмотка переменного тока. С обмотки переменного тока наружу с корпуса выходят шесть проводов: три провода начала обмоток (фазы) и три провода концов обмоток, являющиеся нейтральными (нулевыми), которые соединены в одну точку «звездой». Снаружи начала этих обмоток соединены попарно через конденсаторы между собой «треугольником». Технический результат состоит в упрощении конструкции и увеличении функциональности генератора, возможности преобразования механической энергии в электрический ток с напряжением 220 В или 380 В по выбору потребителя без использования якоря, щеток и щеткодержателей.

Область техники, к которой относится полезная модель.

Трехфазный асинхронный генератор переменного тока с короткозамкнутым ротором относится к электротехнике, а именно к генераторам переменного тока, и может быть использован при проектировании и производстве источников переменного электрического тока.

Уровень техники

Известен трехфазный генератор переменного тока, в котором электричество вырабатывается путем вращения ротора, который представляет собой магнит, являющийся якорем, оси которых сдвинуты одна относительно другой на угол 120°. При вращении ротора в трех фазных обмотках статора индуктируются электродвижущая сила (ЭДС) (Элементарный учебник физики. Под ред. акад. Г.С. Ландсберга. М.: Наука, 1966. Т. 2, § 167, § 170). На статоре расположены три отдельные обмотки (фазные обмотки).

От каждой фазной обмотки отходят два провода: начало и конец.

Концы фазных обмоток соединены между собой «звездой» в одну общую нейтральную точку, от которой отходит нейтральный провод. Начала фазных обмоток генератора являются линейными. Напряжения между нулевым проводом и линейным (фазное напряжение) 220 В, а напряжения между линейными проводами (линейное напряжение) 380 В.

В таком генераторе ввиду невозможности прямой передачи электрической энергии при помощи проводов, подача электричества осуществляется при помощи токопроводящего кольца с прилегающими к нему щетками. Недостаток таких генераторов - наличие магнита, якорной обмотки, колец, щеток, щеткодержателей, что значительно усложняют конструкцию и делает менее надежной и долговечной.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является Трехфазный асинхронный генератор переменного тока с короткозамкнутым ротором без нейтрального контакта, в качестве которого на практике используют асинхронный двигатель (http://electro-shema.ru/asinxronnyj-elektrodvigatel-v-kachestve-generatora.html). Он состоит из статора и ротора. Статор представляет собой литой корпус (стальной или чугунный) цилиндрической формы. Внутри статора располагается магнитопровод с пазами, в которые укладывается статорная обмотка. Концы обмоток выводятся в клеммную коробку и могут быть соединены как треугольником, так и звездой. Корпус статора с торцов закрыт подшипниковыми щитами, в которые запрессовываются подшипники вала ротора. Ротор состоит из стального вала с напрессованным на него магнитопроводом. В пазы заливаются алюминиевые стержни и накоротко замыкаются по торцам. К обмоткам статора подводится трехфазное напряжение, а ротор вращается посредством вращающегося магнитного поля, создаваемого системой трехфазного тока.

Если отключенный от сети асинхронный двигатель привести во вращение от какого-либо первичного двигателя, то в соответствии с принципом обратимости электрических машин при достижении синхронной частоты вращения, на зажимах статорной обмотки под действием остаточного магнитного поля образуется Э.Д.С. Если теперь к зажимам статорной обмотки подключить батарею конденсаторов, то в обмотках статора потечет опережающий емкостный ток, являющийся в данном случае намагничивающим.

В таком генераторе кольца и щетки вообще не нужны. Однако выдаваемое напряжение равно 380 В, так как нет нейтрального контакта.

Раскрытие полезной модели.

Представляемый Трехфазный асинхронный генератор переменного тока с короткозамкнутым ротором, представляет собой установленный внутри статора ротор на цилиндрическом валу, который установлен в корпусе. Цилиндрический вал соединен с бензиновым двигателем. На внешней поверхности ротора находиться короткозамкнутая обмотка возбуждения, на внутренней поверхности статора - обмотка переменного тока. С обмотки переменного тока наружу с корпуса выходят шесть проводов: три провода начала обмоток (фазы) и три провода концов обмоток, являющиеся нейтральными (нулевыми), которые соединены в одну точку «звездой». Снаружи начала этих обмоток соединены попарно через конденсаторы между собой «треугольником». Таким образом, на выходе генератор вырабатывает ток с напряжением 220 В или 380 В по выбору потребителя.

Технический результат состоит в упрощении конструкции и увеличении функциональности генератора, возможности преобразования механической энергии в электрический ток с напряжением 220 В или 380 В по выбору потребителя без использования якоря, щеток и щеткодержателей.

Краткое описание чертежей.

Трехфазный асинхронный генератор переменного тока с короткозамкнутым ротором представляет собой ротор 1, с короткозамкнутой обмоткой 2 установленный на цилиндрический вал 3, который установлен в корпусе 4. На внешней поверхности ротора находиться короткозамкнутая обмотка возбуждения 2, на внутренней поверхности статора 5 - обмотка переменного тока 6. С обмоток переменного тока наружу с корпуса выходят шесть проводов: три провода начала обмоток 7 и три провода концов обмоток 8, являющиеся нейтральными, которые соединены в одну точку 9. Снаружи начала этих обмоток соединены между собой попарно через конденсаторы 10.

Осуществление полезной модели Трехфазный асинхронный генератор переменного тока с короткозамкнутым ротором позволяет преобразовывать механическую энергию бензинового генератора в электрическую энергию напряжением 220 В или 380 В по выбору потребителя. Бензиновый двигатель вращает вал 3, на котором установлен ротор 1, с короткозамкнутой обмоткой возбуждения 2. Ротор 1 находится внутри статора 5, на внутренней поверхности которого установлены обмотки переменного тока 6. Начала этих обмоток 7 соединяются между собой попарно конденсаторами 10 и отходящие от них провода являются фазными и находятся под напряжением 380 В. Концы обмоток 8 являются нейтральными и соединяются в один нейтральный провод 9. Таким образом, напряжение между двумя фазными проводами равно 380 В, а напряжение между фазным проводом и нейтральным проводом 220 В.

Трехфазный асинхронный генератор переменного тока с короткозамкнутым ротором, представляет собой ротор с короткозамкнутой обмоткой возбуждения на цилиндрическом валу, соединенном с бензиновым двигателем, установленный внутри статора, на внутренней поверхности которого находятся обмотки переменного тока, с которых наружу выходят шесть проводов: три провода начала обмоток, соединенных между собой попарно через конденсаторы, и три нейтральных провода концов обмоток, соединенных в одну точку, что дает возможность преобразовывать механическую энергию в электрический ток.

РИСУНКИ

poleznayamodel.ru

Асинхронные генераторы, назначение, особенности, принцип работы

Трехфазные асинхронные машины как генераторы используются значительно реже, чем синхронные, так как имеют худшие экс-плуатационные характеристики. частота ЭДС асинхронных генераторов переменная (зависит от нагрузки), они имеют низкий коэф-фициент мощности и загружают сеть реактивным током. Кроме того, напряжение асинхронного генератора можно регулировать лишь изменением частоты вращения, что также влияет на частоту тока.

Как и все электрические машины общепромышленного применения, асинхронная машина обратима, т. е. может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора.

Если S < 0, то машина будет работать в режиме генератора. Отрицательное скольжение обеспечивается, когда ротор вращается быстрее, чем поле (л2 > пх). Электромагнитная сила (электромагнитный момент) противодействует вращению ротора. Для обеспечения работы генератора необходимо передавать ротору мощность от внешнего источника энергии.Асинхронные генераторы используют на транспорте (кораблях, самолетах, тепловозах и др.). Они генерируют ЭДС неустановив-шейся частоты, однако имеют надежную конструкцию и работают со скоростными двигателями, имеющими частоту вращения до 12 000 об/мин. Такие энергетические установки обладают хорошими массово-габаритными характеристиками.

При автономной работе асинхронные генераторы потребляют индуктивную мощность. Для компенсации параллельно к обмоткам статора включают конденсаторы.Достаточно интересно использование асинхронных двигателей в генераторном режиме. Его используют для ограничения скорости вращения вала. Когда исполнительный механизм ускоряет движение, то переводом двигателя в режим генератора можно осуществить рекуперативное торможение, т. е. работу с возвращением энергии в сеть. Такой режим обеспечивается, например, при движении железнодорожного состава под уклон. Опытный машинист башенного крана может таким образом экономить достаточно большое количество электроэнергии, опуская грузы на стройплощадке.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

pue8.ru

Асинхронный генератор.Генератор из асинхронного двигателя.

Общая характеристика генератора в асинхронном режиме

Асинхронный генератор (АГ) является наиболее распространенной электрической машиной переменного тока, применяемой преимуществен­но в качестве двигателя. Только низковольтные АГ (до 500 В пи­тающего напряжения) мощностью от 0,12 до 400 кВт потребляют более 40% всей вырабатываемой в мире электроэнергии, а годовой их выпуск со­ставляет сотни миллионов, покрывая самые разнообразные потребности промышленного и сельскохозяйственного производства, судовых, авиаци­онных и транспортных систем, систем автоматики, военной и специальной техники.[ad#строчный]

Эти двигатели сравнительно просты по конструкции, весьма на­дежны в эксплуатации, имеют достаточно высокие энергетические показа­тели и невысокую стоимость. Именно поэтому непрерывно расширяется сфера использования асинхронных двигателей  как в новых областях техники, так и взамен более сложных электрических машин различных конструкций.

Например, значительный интерес в последние годы вызывает приме­нение асинхронных двигателей в генераторном режиме для обеспечения питанием как потреби­телей трехфазного тока, так и потребителей постоянного тока через вы­прямительные устройства. В системах автоматического управления, в сле­дящем электроприводе, в вычислительных устройствах широко применя­ются асинхронные тахогенераторы с короткозамкнутым ротором для пре­образования угловой скорости в электрический сигнал.

Применение асинхронного режима генератора

[adsense_id=»1″]В определенных условиях эксплуатации автономных источников электроэнергии применение асинхронный режим генератора оказывается предпочтительным или даже единственно возможным решением, как, например, в высокоскоростных передвижных электростанциях с безредукторным газотурбинным приво­дом с частотой вращения п = (9…15)103 об/мин. В работе [82] описан АГ с массивным ферромагнитным ротором мощностью 1500 кВт при п = =12000 об/мин, предназначенный для автономного сварочного комплекса «Север». В данном случае массивный ротор с продольными пазами прямо­угольного сечения не содержит обмоток и выполняется из цельной сталь­ной поковки, что дает возможность непосредственного сочленения ротора двигателя в  генераторном режиме  с газотурбинным приводом при окружной скорости на поверхности ро­тора до 400 м/с. Для ротора с шихтованным сердечником и к.з. обмоткой типа «беличья клетка» допустимая окружная скорость не превышает 200 — 220 м/с.[ad#строчный]

Другим примером эффективного применения асинхронного двигателя в генераторном режиме является давнее их использование в мини-ГЭС при устойчивом режиме нагрузки.

Асинхронный генератор отличаются простотой эксплуатации и обслуживания, легко включаются на параллельную работу, а форма кривой выходного напря­жения у них ближе к синусоидальной, чем у СГ при работе на одну и ту же нагрузку. Кроме того, масса АГ мощностью 5-100 кВт примерно в 1,3 — 1,5 раза меньше массы СГ такой же мощности и они несут меньший объем обмоточных материалов. При этом в конструктивном отношении они ни­чем не отличаются от обычных АД и возможно их серийное производство на электромашиностроительных заводах, выпускающих асинхронные ма­шины.

Недостатки  асинхронного режима генератора,асинхронного двигателя(АД)

Один из недостатков АД — это то, что они являются потребителями значительной реактивной мощности (50% и более от полной мощности), необходимой для создания магнитного поля в машине, которая должна по­ступать из сети при параллельной работе асинхронного двигателя в генераторном режиме с сетью или от другого ис­точника реактивной мощности (батарея конденсаторов (БК) или синхрон­ный компенсатор (СК)) при автономной работе АГ. В последнем случае наиболее эффективно включение батареи конденсаторов в цепь статора параллельно нагрузке хотя в принципе возможно ее включение в цепь ро­тора. Для улучшения эксплуатационных свойств асинхронного режима генератора в цепь статора допол­нительно могут включаться конденсаторы последовательно или парал­лельно с нагрузкой.

 

Во всех случаях автономной работы асинхронного двигателя в генераторном режиме источники реактивной мощ­ности (БК или СК) должны обеспечивать реактивной мощностью как АГ, так и нагрузку, имеющую, как правило, реактивную (индуктивную) со­ставляющую (соsφн < 1,  соsφн> 0).

Масса и размеры конденсаторной батареи или синхронного компен­сатора могут превосходить массу асинхронного генератора и только при соsφн =1 (чисто актив­ная нагрузка) размеры СК и масса БК сопоставимы с размером и массой АГ.

Другой, наиболее сложной проблемой является проблема стабилиза­ции напряжения и частоты автономно работающего АГ, имеющего «мяг­кую» внешнюю характеристику.

При использовании асинхронного режима генератора в составе автономной ВЭУ эта проблема ос­ложняется еще и нестабильностью частоты вращения ротора. Возможные и применяемые в настоящее время способы регулирования напряжения асинхронном режиме генератора.

При проектировании АГ для ВЭУ оптимизационные расчеты следует вести по максимуму КПД в широком диапазоне изменения частоты враще­ния и нагрузки, а также по минимуму затрат с учетом всей схемы управле­ния и регулирования. Конструкция генераторов должна учитывать клима­тические условия работы ВЭУ, постоянно действующие механические усилия на элементы конструкции и особенно — мощные электродинамиче­ские и термические воздействия при переходных процессах, которые возникают при пусках, перерывах питания, выпадении из синхронизма, ко­ротких замыканиях и других, а также при значительных порывах ветра.

Устройство асинхронной машины,асинхронного генератора

Устройство асинхронной машины с короткозамкнутым ротором по­казано на примере двигателя серии АМ (рис. 5.1).

Основными частями АД являются неподвижный статор 10 и вра­щающийся внутри него ротор , отделенный от статора воздушным зазором. Для уменьшения вихревых токов сердечники ротора и статора набираются из отдельных листов, отштампованных из электротехнической стали тол­щиной 0,35 или 0,5 мм. Листы оксидируются (подвергаются термической обработке), что увеличивает их поверхностное сопротивление.[adsense_id=»1″]Сердечник статора встраивается в станину 12, являющуюся внешней частью машины. На внутренней поверхности сердечника имеются пазы, в которых уложена обмотка 14. Статорную обмотку чаще всего делают трехфазной двухслойной из отдельных катушек с укороченным шагом из изолированного медного провода. Начала и концы фаз обмотки выводят на зажимы коробки выводов и обозначают так:

начала — СС2, С3 ;

концы — С 4, С5, Сб .

[like_to_read]

Обмотку статора можно соединить звездой (У) или треугольником (Д). Это дает возможность применять один и тот же двигатель при двух различных линейных напряжениях, находящихся в отношении напри­мер, 127/220 В или 220/380 В. При этом соединению У соответствует включение АД на высшее напряжение.

Сердечник ротора в собранном виде запрессовывается на вал 15 го­рячей посадкой и предохраняется от проворачивания при помощи шпонки. На внешней поверхности сердечник ротора имеет пазы для укладки обмот­ки 13. Обмотка ротора в наиболее распространенных АД представляет со­бой ряд медных или алюминиевых стержней, расположенных в пазах и замкнутых по торцам кольцами. В двигателях мощностью до 100 кВт и бо­лее обмотка ротора выполняется заливкой пазов расплавленным алюми­нием под давлением. Одновременно с обмоткой отливаются и за­мыкающие кольца вместе с вентиляционными крылатками 9. По форме та­кая обмотка напоминает «беличью клетку».

Двигатель с фазным ротором.Асинхронный режим генератора.

[adsense_id=»1″]

Для специальных асинхронных двигателях обмотка ротора может выполняться по­добно статорной. Ротор с такой обмоткой помимо указанных частей имеет три укрепленных на валу контактных кольца, предназначенных для соеди­нения обмотки с внешней цепью. АД в этом случае называется двигателем с фазным ротором или с контактными кольцами.

Вал ротора 15 объединяет все элементы ротора и служит для соеди­нения асинхронного двигателя с исполнительным механизмом.

[/like_to_read]

Воздушный зазор между ротором и статором составляет от 0,4 — 0,6 мм для машин малой мощности и до 1,5 мм у машин большой мощности. Подшипниковые щиты 4 и 16 двигателя служат опорой для подшипников ротора. Охлаждение асинхронного двигателя осуществляется по принципу самообдува вентилятором 5. Подшипники 2 и 3 закрыты снаружи крышка­ми 1 , имеющими лабиринтовые уплотнения. На корпусе статора устанав­ливается коробка 21с выводами 20 обмотки статора. На корпусе укрепля­ется табличка 17, на которой указываются основные данные АД. На рис.5.1 обозначено также: 6 — посадочное гнездо щита; 7 — кожух; 8 — корпус; 18 — лапа; 19 — вентиляционный канал.

Асинхронный режим генератора

 

Понравилось это:

Нравится Загрузка...

Похожее

vetrodvig.ru

Генерация электричества при помощи асинхронного генератора.

Закон индукции – закон Фарадея

В своей основе электрические машины являются  преобразователями энергии. Они преобразуют механическую энергию, например, энергию вращения ротора турбины в электрическую энергию. Электрические машины могут различаться по типу потребления энергии и их принципам конструирования.

Основной  закон  любой электрической машины  - закон индукции.

Закон индукции гласит, что в металлическом контуре, который находится в меняющемся  магнитном поле, возникает  электрический ток, напряжение индукции. Напряжение индукции заставляет электрический ток перетекать в этот контур.

Необходимым условием индукции является  смена со временем магнитного потока, т.е. магнитное поле со временем меняется. Например, изменение магнитного потока может быть достигнуто движением контура.

Кроме закона индукции, для функционирования электрических машин также важна сила на электрическом проводнике в магнитном поле. Эта сила, которая является перпендикулярной к проводнику, является основой для силы или крутящего момента электрической машины и называется электромагнитной или силой Лоренца. Единственное необходимое условие, что проводник проводит электрический ток.

Эффект генератора основывается на законе индукции; эффект двигателя основывается на силе Лоренца на токонесущий проводник в магнитном поле.

Использую принципы электромагнитной силы или силы Лоренца для строительства электродвигателя, самым простым способом будет использования постоянного магнита, ротора, катушки и статора. Когда напряжение  подается в катушку статора и ток перетекает в нее, сила воздействует на ротор, приводя его в движение, т.е. осуществляется вращение.

Асинхронный генератор трехфазного тока с короткозамкнутым ротором

В наше время, электрическая энергия генерируется, передается, и переходит к потребителю в форме трехфазного тока. Причины тому сохранение проводникового материала, легкость проектирования  и доступность двух уровней напряжения.

Трехфазная система состоит из трех синусоидальных напряжений, имеющих одинаковую частоту и уровень напряжения, но при сдвиге 120°.

Если трехфазная система соединена с тремя катушками, установленными под углом  120°  друг к другу,  эти катушки будут вызывать вращение магнитного поля.

Трехфазный асинхронный генератор в основном состоит из ротора и статора.

Статор состоит из трех катушек, установленных под углом смещения 120°. Таким образом, каждая катушка или обмотка имеет два магнитных полюс. Это называется двуполярной машиной.

Обычно, современные асинхронные генераторы имеют четыре полюса. Это означает, что статор состоит из шести обмоток, установленных под углом смещения  60°.

На сегодняшний день,  в качестве ротора современных стандартных асинхронных генераторов используют короткозамкнутый ротор. Он сделан из электропроводимых металлических пластин, которые соединены между собой на концах, т.е. они закорочены. Таким образом, ротор имеет форму клетки.

Количество полюсов определяет синхронную скорость n1электромашины как функцию частоты  сети f:

Где  f= 50Hz  и вышеуказанный генератор, полюса = 4, составляет:

n1= 1,500об/мин.

Когда поступает трехфазный ток, каждая катушка заставляет вращаться два магнитных поля     с частотой трехфазной системы. Магнитное поле статора вызывает напряжение в роторе и в результате возникает ток. Сила Лоренца действует на пластины ротора, вызывая вращающий момент с тем же направлением, как и вращающееся поле. Асинхронная машина действует как двигатель.

Асинхронная машина названа так потому, что она никогда не работает на синхронной скорости. Разница между синхронной скоростью n1и данной скоростью nмашины называется сдвиг  sи измеряется в %:

 

Эксплуатационная характеристика асинхронной машины управляется вращающим моментом M, зависящим от скорости n. Эта зависимость отражается в кривой зависимости скорости от вращающего момента.

Из этой кривой видно, что асинхронная машина может работать как на субсинхронной, так и на сверсинхронной скорости.

Соотношение: (пример для четырехполярной машины)

•       Субсинхронная работа: сдвиг s > 0 – работа двигателя, nN= 1,480об/мин

•       Сверхсинхронная работа: сдвиг s < 0 – работа генератора, nN= 1,515об/мин

Принцип работы асинхронного генератора двойного питания

У асинхронного генератора двойного питания такой же статор, как и у стандартного асинхронного генератора, однако вместо обычного ротора используется фазный ротор. Обмотки фазного ротора соединены с  распределительной коробкой при помощи токособирательных колец ротора и карбоновых щеток. Таким образом, обмотки ротора могут быть доступны снаружи.

Становится возможным использование отдельного питание обмоток ротора и статора  (двойное питание). Ротор не присоединен прямо к сети, он питается через инвертор. При использовании инвертора питание ротора может быть контролировано.

Принципы асинхронного генератора двойного питания так же как система с меняющимися скоростями  применяются   ВЭУ. Это позволило использовать характерные принципы асинхронной машины двойного питания с отдельным питанием статора и ротора от двух трехфазных систем, независимых друг от друга.

С применением основного принципа асинхронных генераторов с прямым соединением к линии части генерируемой мощности, мощность скольжения не используется. Эта неиспользуемая мощность, генерируемая в роторе, но не передаваемая,  становится доступной для применения в сети через асинхронный генератор двойного питания. Также питание ротора возможно из сети через инвертор. Таким образом,  инвертор будет контролировать ток в роторе и будет возможно регулировать активную и реактивную мощность,  а также при желании коэффициент мощности (cosϕ).

Контроль коэффициента мощности осуществляется благодаря накладыванию частоты ротора и рабочей частоты инвертора. Полученная частота, поступившая в сеть, оставляет константу неизменной по отношению к скорости ротора. Это означает, что скорость ротора может меняться в диапазоне ± 30%. Таким образом, может быть использована скорость, максимально зависимая от мощности ВЭУ при изменении скоростей ветра.

Инвертор находится между ротором и точкой присоединения к сети. Статор непосредственно соединен с сетью. По этой причине  только часть мощности  передается через инвертор (около 35%) и  инвертор не должен быть рассчитан для всей мощности генератора. Таким образом, достигается снижение затрат, в сравнении с системами прямого инвертора и синхронного генератора.

Асинхронный генератор двойного питания сочетает в себе преимущества синхронной и асинхронной машины.

Это:

  • Работа на разных скоростях,
  • Раздельный контроль активной и реактивной мощности.

Используя принцип двойного питания, генератор может непрерывно управляться как при субсинхронной, так и при сверхсинхронной скорости.

Соединение:

  • Субсинхронная работа: сдвиг s > 0 – работа двигателя и генератора (потребление реактивной мощности)

Сверхсинхронная работа: сдвиг s < 0 – работа двигателя и генератора (выделение реактивной мощности)

Преимущества и недостатки двух систем

При сравнении потока энергии двух систем преимущество асинхронного генератора двойного питания по отношению к конвертированной мощности становится очевидным.

Благодаря своему дизайну, трехфазный асинхронный генератор является надежным и требует минимального обслуживания. Это большое преимущество этой технологии. Кроме того, это стандартно производимый доступный и дешевый двигатель или генератор.

Асинхронный генератор двойного питания имеет большое количество технических преимуществ в сравнении со стандартной асинхронной машиной. Однако при планировании системы необходимо учитывать высокую стоимость генератора и инвертора.

Использование асинхронного генератора двойного питания в ВЭУ большой мощности   является компромиссом с экономической и технической точки зрения. Асинхронные генераторы двойного питания уже использовались на различных ВЭС. И этот опыт работы может быть использован в других проектах.

 

работа двигателя, /strong

Свяжитесь со мной:

No related posts.

на Ваш сайт.

electric-zone.ru