Статья: Методология проектирования самовозбуждающегося асинхронного генератора

7. Пример выбора и перерасчета АМ на генераторное исполнение

Выбор АМ. При выборе АМ на основании которой разрабатывается АГ с конденсаторным возбуждением необходимо руководствоваться определенными техническими требованиями, а именно:

- минимально возможной величине воздушного зазора АМ, учитывая что при этом значение тока намагничивания минимальное, а следовательно, реактивная мощность АГ будет незначительна;

- область рабочих скольжений должна быть малых значений, особенно при номинальной нагрузке, что обеспечит пониженные потери в АМ;

- синхронная скорость вращения магнитного поля при частоте 50 Гц должна быть 750 или 1000 об/мин, что обеспечит достаточно легкое и надежное возбуждение АГ;

- мощность АМ выбирается на 15ч20% больше мощности разрабатываемого АГ.

С точки зрения выбора технических данных, электромагнитных нагрузок и других параметров АМ, необходимо провести их выбор на основании справочника [9]. Результаты выбора технических, электромагнитных и обмоточных данных приведены ниже, в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Основные конструктивные размеры АМ представлены в таблице 2.

Таблица 2

Форма и размеры пазов статора и ротора приведены соответственно на рис.6.1 и 6.2,а в [9]. Электромагнитные нагрузки согласно таблице 2.1 [9] имеют следующие значения:

- индукция в воздушном зазоре, Вд = 0,81 Тл;

- плотность тока в обмотке статора, ДС1 = 6,3 А/мм2;

-линейная токовая нагрузка, А = 230 А/см.

На основании выбранных технических данных АМ выполнен перерасчет АД на двухфазный вариант исполнения АГ.

Электромагнитный расчет АМ. В данной научно-исследовательской работе, все расчеты выполнены на основе методик проектирования асинхронных машин, согласно [5, 8].

1. Примерная мощность согласно геометрическим размерам сердечника статора

.

2. Общая мощность определенная по нагрузкам активных материалов

3. Активная мощность при к.п.д.=81%, сos щ = 0,84 составит

.

1. Число пар полюсов в зависимости от диаметра расточки и высоты спинки статора, будет иметь следующее значение

,

2. следовательно, с = 3, что соответствует синхронной скорости магнитного поля АГ

об/мин.

5. Величина магнитного потока полюсного деления АД

мкс.

6. Величина магнитного потока в воздушном зазоре АГ

мкс.

7. Пересчет индукции в воздушном зазоре при генераторном исполнении АМ

гс.

8. Значения магнитных нагрузок (индукций) в стальных участках магнитной цепи генератора при магнитных потоках п.5 и 6, индукции Вд п.7, имеют следующие значения: гс, гс,

гс, гс.

9. Расчет коэффициентов насыщения в различных участках магнитной цепи показал следующие значения:

- коэффициент насыщения зубцов kZ = 1,82,

- общий коэффициент насыщения kнас = 1,94.

10. Намагничивающий ток

,

где Fцепи= 893,6 намагничивающая сила магнитной цепи АМ, т.е. АГ.

11. Номинальный ток АГ

.

12. Сечение проводника при Д1 = 5,05 А/мм2 и номинальном токе 6,68А будет

,

следовательно провод сечением 1,32мм2 имеет следующие диаметры d = 1,45 мм, с изоляцией dиз. = 1,45 мм, при этом коэффициент паза статора равен

при Nпр= 28 (14 х 2).

Многофункциональная обмотка статора. Исполнение двухфазной статорной обмотки многофункционального назначения АГ выполнено в соответствии с рекомендациями [8, 9]. Для составления схемы обмотки и ее реализации надо знать определенные величины и показатели, которые определяются ниже.

1. Число пазов на полюс и фазу

.

2. Шаг обмотки статора по пазам

(1>7).

3. Обмотки статора сдвинуты в пространстве на 90 электрических градусов при угле между соседними пазами

электрических градусов.

Следовательно, начало следующей фазы, которая должна отстоять от начала предыдущей на 90 электрических градусов, должна находиться на расстоянии

90/30 = 3, трех пазовых делений.

Развернутая схема обмотки статора АГ составлена на отдельном листе для ее исполнения в двухфазном варианте. По каждой фазе сделаны определенные выводы-отводы для получения напряжений различной величины и назначения, в том числе: для питания конденсаторов возбуждения, нагрузки электрогенератора и аккумуляторной батареи.

Таким образом, общее число выводов стало больше, но все они должны быть выведены на панель зажимов электрогенератора.

UА1А4 = 220 V, UA2A4 = 156 V, UA3А4 = 48 V, UA1B1 = 311 V.

Рис.1 Принципиальная схема обмотки статора двухфазного АГ с самовозбуждением и векторная диаграмма напряжений генератора

При генераторном режиме работы АМ необходимый намагничивающий ток может быть получен в процессе конденсаторного самовозбуждения, поэтому к зажимам обмотки статора АГ необходимо подключить батарею конденсаторов соответствующей величины.

Процесс и условия самовозбуждения АГ подробно изложен в [10], а методика определения величины емкости изложена в работе [11] и рассчитывается по следующим формулам:

- проводимость фазы в номинальном режиме

,

- емкостная проводимость в относительных единицах

о.е.,

- емкостная проводимость фазы

,

- величина рабочей емкости одной фазы

мкФ.

Следует отметить, что при расчете величина емкости параллельного возбуждения может варьировать (изменяться) в определенных пределах из-за изменения индуктивного сопротивления контура намагничивания (Xm) и выходного напряжения АГ в функции нагрузки [12].

Заключение

В статье изложена методология и принципы проектирования асинхронного генератора с емкостным возбуждением на основе серийного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Разработанная методология проектирования позволяет учитывать показатели и конструктивные данные электродвигателя, на основе которого создается асинхронный генератор. При этом, обеспечивается приемлемая сходимость параметров и показателей генератора с экспериментальными данными. Кроме того, она имеет определенную особенность, что позволяет определить величину емкости батареи конденсаторов возбуждения при разработке системы стабилизации выходного напряжения, которая учитывает характер изменения нагрузки и частоты вращения ротора генератора.

Таким образом, важнейшие факторы, которые должны учитываться при проектировании асинхронного самовозбуждающегося генератора, это соответствие его технико-экономических показателей современному техническому уровню, надежности в работе и экономичности при эксплуатации в различных режимах работы.

Литература

1. Богуславский И.З. Генераторы автономных электростанций. - Известия Академии наук, «Энергетика», 2004, №6, с.29-37.

2. Радин В.И., Винокуров В.А., Аскеров В.С. Применение асинхронных генераторов как автономных источников переменного тока. - Электротехника, 1967, №8, с.17-20.

3. Глазенап М.С. Несимметричная нагрузка асинхронного самовозбуждающегося генератора. - Электричество, 1953, №3, с.37-38.

4. Бояр-Созонович С.П. Асинхронные генераторы: свойства и перспективы. - Электротехника, 1990, №10, с.11-13.

5. Сергеев П.С., Виноградов Н.В., Горяинов Ф.А. Проектирование электрических машин. - М.: «Энергия», 1969, 632 с.

6. Гольденберг О.Д. Качество и надежность асинхронных двигателей. - М.: «Энергия», 1968, 176 с.

7. Петров Г.Н. Электрические машины, часть первая. - М.: 1974, с.35-41.

8. Гурин Я.С., Кузнецов Б.И. Проектирование серий электрических машин. - М.: «Энергия», 1978, 479 с.

9. Справочник «Асинхронные двигатели серии 4А» - М.: Энергоиздат, 1982, 503 с.

10. Проблемы региональной энергетики, 2009, №1, с.43-53.

11. Адаменко А.И. Однофазные конденсаторные двигатели. - Киев, 1960, 247 с.

12. Известия ВУЗов «Электромеханика», 1981, №6, с.612-617.