WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Совершенствование источника питания автономной системы электроснабжения на основе асинхронного вентильного генератора

На правах рукописи

ВОКИН Игорь Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ

АСИНХРОННОГО ВЕНТИЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА

Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный

технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Артюхов Иван Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ерошенко Геннадий Петрович доктор технических наук, профессор Казаков Юрий Борисович
Ведущая организация: ГОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет»

Защита состоится «25» декабря 2008 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу:

410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, корп.1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан « » ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ю.Б. Томашевский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Автономные источники электроэнергии (АИЭ) становятся все более популярными при решении вопросов электроснабжения потребителей различного назначения. Это может быть связано как с невозможностью подключения к централизованной системе электроснабжения (по разным оценкам, от 60 до 70 % территории России не охвачены централизованными электросетями), так и с экономическими соображениями. Кроме того, микро- и мини-электростанции являются единственно возможным решением при создании надежных систем гарантированного питания.

Широкое распространение АИЭ получили в нефтегазовой промышленности. Большинство объектов отрасли привязано к месторождениям нефти и газа, которые находятся, в основном, в труднодоступных малонаселенных районах. Как следствие, АИЭ должны отвечать целому ряду требований: экономичность, надежность, большой срок службы, простота и удобство эксплуатации, малые масса и габариты. В связи с этим перспективной выглядит замена традиционно используемых в автономных электростанциях синхронных генераторов (СГ) на асинхронные (АГ).

Для электроснабжения технологических комплексов различных производств зачастую более целесообразна выработка электроэнергии на постоянном токе (ПТ). В этом случае актуально применение в составе АИЭ асинхронного вентильного генератора (АВГ), который представляет собой электротехнический комплекс, состоящий из АГ, батареи конденсаторов возбуждения и выпрямительного устройства.

Долгое время считалось, что использование АГ в автономном режиме связано с большими сложностями, а потому не является целесообразным. Если проблема значительной массы и большой стоимости конденсаторов возбуждения в настоящее время решена, благодаря успехам в конденсаторостроении, то вопрос создания простой и надежной системы стабилизации выходного напряжения АГ остается открытым. Все известные на сегодняшний день способы регулирования напряжения АГ имеют определенные недостатки, в результате, область применения таких генераторов ограничена. Для улучшения эксплуатационных характеристик источника питания автономной СЭС необходимо проведение теоретических и экспериментальных исследований АВГ, что обусловливает актуальность проводимой работы.

Цель работы заключается в улучшении эксплуатационных характеристик источника питания автономной системы электроснабжения на основе асинхронного вентильного генератора.

Основные задачи

Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи:

  1. Обосновать целесообразность применения асинхронных вентильных генераторов в составе АИЭ.
  2. Провести эксперименты и аналитические расчеты для оценки влияния входных параметров АВГ на выходное напряжение.
  3. Разработать способ стабилизации напряжения источника питания автономной системы электроснабжения на основе АВГ и структуру системы, реализующей разработанный способ стабилизации напряжения.
  4. Разработать методику выбора параметров источника питания автономной системы электроснабжения на основе АВГ, для реализации дискретно-непрерывного двухканального способа стабилизации напряжения.
  5. Проанализировать возможность использования существующих технических устройств для построения источника питания на основе АВГ с предложенной системой стабилизации напряжения.

Методы исследования



Исследования проводились методами теоретического и физического эксперимента с широким использованием математического аппарата, а также основных законов теоретических основ электротехники и теории электрических машин. Для реализации аналитических расчетов и обработки результатов теоретических исследований применялся пакет прикладных математических программ Mathcad 2001. Для проведения экспериментальных исследований использовалась установка на основе асинхронной машины АИР80А2У3 и современные контрольно-измерительные приборы.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Для повышения точности стабилизации выходного напряжения АВГ необходимо, наряду с изменением емкости конденсаторов возбуждения осуществлять изменение частоты вращения вала приводного двигателя.

2. Система стабилизации выходного напряжения источника питания на основе АВГ должна состоять из двух контуров, один из которых производит дискретное изменение емкости конденсаторов в зависимости от величины тока выпрямителя, а другой – непрерывное изменение частоты вращения вала приводного двигателя в зависимости от рассогласования между заданным и фактическим значениями выходного напряжения.

3. При определении границ интервала изменения частоты вращения вала приводного двигателя и числа ступеней батареи конденсаторов возбуждения необходимо учитывать возможность перегрузки генератора по току статора.

4. Для выбора параметров источника питания автономной СЭС на основе АВГ необходимо использовать математическую модель АВГ, учитывающую изменение индуктивного сопротивления цепи намагничивания в схеме замещения АВГ в зависимости от частоты вращения ротора генератора.

Достоверность научных результатов подтверждается сравнением результатов, полученных расчетно-аналитическими методами, с результатами экспериментов на физической модели, а также корректным использованием математического аппарата теории электрических машин.

Научная новизна

  1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность дискретно-непрерывной двухканальной стабилизации напряжения на шинах автономной системы электроснабжения, источник питания которой построен на основе АВГ.
  2. Предложена структура системы управления, реализующая разработанный дискретно-непрерывный двухканальный способ стабилизации напряжения источника питания автономной системы электроснабжения на основе АВГ.
  3. Разработана методика выбора параметров источника питания автономной системы электроснабжения на основе АВГ, для реализации дискретно-непрерывного двухканального способа стабилизации напряжения.

Практическая ценность работы

Разработанный дискретно-непрерывный двухканальный способ стабилизации напряжения улучшает эксплуатационные характеристики источника питания автономной СЭС на основе АВГ и позволяет расширить область его применения.

Реализация и внедрение результатов работы

Результаты работы использованы предприятием ООО МПП «Энерготехника» при разработке и проектировании электроэнергетического оборудования для предприятий магистрального транспорта газа, в филиале ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» в г. Сызрани при чтении курса лекций по дисциплинам «Электрические машины» и «Производство, передача и распределение электроэнергии». Экспериментальная установка используется для проведения лабораторных занятий.

Апробация работы

Основные результаты работы были представлены на VI Международной научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (Пенза, 2005), V Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (Ульяновск, 2006), VII Международной научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (Пенза, 2006), IV Международной конференции «Методы и средства управления технологическими процессами МСУТП-2007» (Саранск, 2007).





Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 12 научных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем диссертации

Работа включает в себя введение, 4 главы, заключение, список использованной литературы из 114 наименований. Объем диссертации – 130 страниц, включая 47 рисунков и 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и новизна работы, определены её цели и задачи, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор областей применения АИЭ, рассмотрена их классификация. На примере электротехнического комплекса буровой установки рассмотрены типовые схемы автономных СЭС и проведен анализ их особенностей. На основе результатов анализа сделан вывод о целесообразности использования для электроснабжения технологического комплекса с частотно-регулируемыми приводами автономной СЭС с источником электроэнергии постоянного тока. Рассмотрена возможность использования в составе АИЭ асинхронного генератора и, в частности, АВГ, представляющего собой электротехнический комплекс, состоящий из генератора АГ, батареи конденсаторов возбуждения БК и выпрямителя В (рис. 1).

Также отмечено, что единственным сдерживающим фактором в расширении области применения АВГ на сегодняшний день остается отсутствие простой и надежной системы стабилизации напряжения, поскольку проведенный обзор выявил определенные недостатки у существующих систем управления напряжением АГ.

 Структурная схема асинхронного вентильного генератора В заключение-0

Рис. 1. Структурная схема асинхронного вентильного генератора

В заключение главы сформулированы задачи исследования, из которых основной является совершенствование источника питания автономной СЭС на основе АВГ с целью улучшения его эксплуатационных характеристик.

Вторая глава посвящена построению математической модели АВГ, работающего в автономном режиме.

АВГ, по сути, представляет собой асинхронный генератор с конденсаторным возбуждением, работающий на выпрямительную нагрузку. Поэтому на первом этапе рассмотрена математическая модель автономного АГ с конденсаторным возбуждением. При расчете установившихся режимов асинхронной машины обычно используют Т-образную схему замещения, которой соответствует следующая система уравнений

, (1)

где – фазное напряжение статора; – ток статора; – ток ротора, приведенный к обмотке статора; R1 и X1 – активное и реактивное сопротивления статора, R’2 и X’2 – приведенные активное и реактивное сопротивления ротора; – ток холостого хода или намагничивающий ток; s=(±2)/ – скольжение ( – угловая скорость поля статора, 2 – угловая скорость ротора); – ЭДС холостого хода; X – индуктивное сопротивление взаимоиндукции.

При работе асинхронной машины в качестве автономного генератора, она включается не на сеть, а на нагрузку, которая в общем случае является активно-индуктивной . Кроме того, в автономном режиме для создания изменяющегося во времени магнитного поля, необходима реактивная мощность, источником которой в самом простом случае является батарея конденсаторов с фазной емкостью С. Схема замещения автономного генератора с конденсаторным возбуждением представлена на рис. 2.

 Схема замещения автономного асинхронного генератора с-8

Рис. 2. Схема замещения автономного асинхронного генератора

с конденсаторным возбуждением

Уравнения, описывающие эту схему, можно записать следующим образом:

, (2)

где XC – сопротивление батареи конденсаторов; – ток, протекающий через батарею конденсаторов; – ток нагрузки.

В отличие от АГ, работающего на мощную сеть, для автономного АГ остаются неопределенными частота тока статора f1 (то есть скольжение s и реактивные сопротивления АГ) и фазное напряжение (то есть ток нагрузки ). Кроме того, возникают трудности с определением значения индуктивного сопротивления цепи намагничивания X и, как следствие, зависимости ЭДС холостого хода от тока холостого хода .

Частоту тока статора f1 предложено определять, используя подход, сформулированный В.А. Балагуровым, А.А. Кецарисом, и В.В Лохниным. Полученная на основе баланса активных и реактивных сопротивлений система уравнений

; (3)

позволяет найти циклическую частоту = 2f1 и индуктивность магнитной цепи статора L. Однако, подстановка в систему (2) ЭДС холостого хода, вычисленной с помощью полученного значения L, даст либо нулевое решение, либо бесконечное множество решений. Необходимо найти более точное выражение для определения зависимости .

Для решения этой задачи предложена методика построения зависимости, основанная на использовании уравнений для проектирования асинхронных машин. Методика заключается в выполнении следующего алгоритма:

  1. Для заданного значения ЭДС холостого хода E определяется величина магнитного потока Ф.
  2. Вычисляются величины индукций магнитного поля во всех участках магнитной цепи генератора.
  3. По справочным кривым намагничивания в зависимости от величины магнитной индукции и марки стали, из которой выполнен соответствующий участок, находятся значения напряженности магнитного поля на каждом участке магнитной цепи.
  4. Вычисляются магнитное напряжение каждого из участков магнитной цепи и магнитное напряжение на пару полюсов Fц.
  5. Находится ток намагничивания I.
  6. Для нового значения E повторяются пункты 1 – 5.

В результате выполнения алгоритма, приведенного выше, образуются пары соответствующих значений тока и ЭДС холостого хода, которые в совокупности и определяют зависимость E=f(I). ЭДС холостого хода зависит от частоты тока в цепи статора f1, которая в свою очередь зависит от величины нагрузки. Поэтому зависимость E=f(I) необходимо определять для каждого нового режима асинхронного генератора.

Аналитическая форма зависимости E=f(I) выведена аппроксимацией графика, построенного на основании расчетов по вышеприведенному алгоритму формулой Фрелиха, которая применительно к рассматриваемому случаю записывается в виде

, (4)

где a и b – коэффициенты аппроксимации. Аппроксимация формулой Фрелиха имеет относительно небольшую погрешность. Для нахождения коэффициентов аппроксимации достаточно знать всего две точки аппроксимируемого графика.

На основе анализа основных зависимостей для шестипульсного мостового выпрямителя с использованием метода основной гармоники определены активное и реактивное сопротивления выпрямителя, которые для АВГ можно интерпретировать как сопротивления нагрузки:

, (5)

где Zd – сопротивление нагрузки АВГ; L – индуктивность входной цепи выпрямителя.

Таким образом, математическая модель АВГ представляет собой систему уравнений

(6)

Для решения этой системы предварительно определяются частота тока статора f1 по (3), подстановкой вместо активного и реактивного сопротивлений нагрузки Rн и Xн выражения (5) для активного и реактивного сопротивлений выпрямителя Rв и Xв, и коэффициенты аппроксимации a и b. После решения системы относительно неизвестных токов определяются значения тока нагрузки АВГ Id и напряжения на нагрузке Ud

, . (7)

На основании анализа математической модели АВГ сделан вывод, что на выходное напряжение АВГ на практике можно влиять изменением скорости вращения ротора n, емкости конденсаторных батарей C, сопротивления нагрузки Zd. АВГ как объект управления можно представить в виде, изображенном на рис. 3.

Рис. 3. АВГ как объект управления

Внешними воздействиями являются следующие величины: частота вращения n ротора АГ; емкость батареи конденсаторов возбуждения С; ток нагрузки Id. При этом первые две величины относятся к входным задающим воздействиям, а ток нагрузки является возмущающим.

В третьей главе осуществлена проверка адекватности полученного математического описания АВГ.

На рис. 4 изображена схема экспериментальной установки.

 Схема экспериментальной установки В качестве приводного двигателя-26

Рис. 4. Схема экспериментальной установки

В качестве приводного двигателя ПД использовался двигатель постоянного тока с независимым возбуждением типа 2ПН100LУХЛ4 с номинальной активной мощностью Pном = 2,2 кВт и номинальной частотой вращения nном = 3150 об/мин. Частота вращения ПД изменялась при помощи изменения коэффициента трансформации трансформатора Т, реостатом Rов в обмотке возбуждения.

Роль асинхронного генератора выполняла асинхронная машина АИР80А2У3. Ее параметры: номинальное напряжение Uном = 380 В; номинальная активная мощность Pном = 1,5 кВт; номинальный ток фазы статора Iном = 3,26 А; номинальная частота вращения nном = 2880 об/мин; номинальная частота питающей сети f = 50 Гц; номинальный коэффициент мощности cosном = 0,85.

Контактор КБК0 позволял осуществлять как мягкое, так и жесткое возбуждение генератора. При помощи контакторов КБК1 – КБК4 параллельно основной ступени батареи конденсаторов возбуждения C0 осуществлялось подключение еще четырех ступеней C1 – C4, что давало возможность изменять емкость батареи конденсаторов возбуждения от 8 до 16 мкФ на фазу с дискретностью 2 мкФ. При помощи измерителя RLC Е7-22 была проверена емкость каждой батареи и максимальная погрешность составила 5%.

К статорной обмотке генератора был подключен неуправляемый выпрямитель, собранный по трехфазной мостовой схеме на диодах VD1 – VD6 типа КД202Р. Выпрямитель работал на активную нагрузку, которая изменялась ступенчато посредством контакторов Кd1 - Кd4 в диапазоне от 0 до 1,5 кВт с шагом 0,25 кВт при номинальных значениях параметров режима работы установки.

В ходе экспериментов фиксировались значения практически всех параметров режима экспериментальной установки: ток статора асинхронного генератора I1, выпрямителя Iв, батареи конденсаторов IБК, нагрузки Id и напряжение на нагрузке Ud – посредством цифровых мультиметров М890G с классом точности 1,5; скорость вращения ротора генератора n – посредством тахогенератора ППЭ-Д2; частота тока в статоре f1 и напряжение на обмотках статора генератора U1 - посредством универсального измерительного прибора ДМК22.

В результате экспериментов построены внешние характеристики АВГ для различных значений емкости возбуждения. Аналитический расчет внешних характеристик по математической модели АВГ, полученной во второй главе, для условий, соответствующих проведенным экспериментам, выполнен при помощи пакета прикладных математических программ Mathcad 2001. В результате сравнения результатов максимальная погрешность составила 6,6 % (рис. 5), что позволяет сделать вывод о достаточной адекватности построенной математической модели АВГ.

 Внешние характеристики АВГ: 1 – при C=8 мкФ; 2 – при C=10 мкФ; 3 –-27

Рис. 5. Внешние характеристики АВГ:

1 – при C=8 мкФ; 2 – при C=10 мкФ; 3 – при C=12 мкФ; 4 – при C=14 мкФ;

– – – – экспериментальные кривые; –––– – расчетные кривые

В третьей главе также приводится полученное в ходе эксперимента и расчетным путем семейство кривых, соответствующих стабилизированному выходному напряжению Ud = 515 В при изменяющихся значениях мощности нагрузки Pd, емкости конденсаторов возбуждения C и частоты вращения генератора n (рис. 6). Пунктирная кривая соответствует номинальному току статора Iс ном, то есть режимы работы АВГ на характеристиках, расположенных выше этой кривой, приводят к перегрузке генератора и не могут являться длительными.

 Кривые зависимостей для Ud = 515 В при C=var, n=var, Pd=var -28

Рис. 6. Кривые зависимостей для Ud = 515 В при C=var, n=var, Pd=var

Полученные зависимости показывают, что стабилизированное напряжение может быть получено посредством изменения в различных комбинациях емкости конденсаторов возбуждения C и частоты вращения ротора генератора n.

В четвертой главе сформулированы принципы дискретно-непрерывного двухканального способа стабилизации напряжения источника питания автономной СЭС на основе АВГ.

На рис. 7 показаны экспериментальные графики зависимостей параметров АВГ от тока нагрузки при постоянной частоте вращения n и емкости конденсаторов возбуждения С (рис. 7а), при постоянной n и двухступенчатом изменении С (рис. 7б) и при изменяемой n и двухступенчатом изменении С (рис. 7в). В первом случае максимальное отклонение напряжения от заданной величины (в эксперименте Ud зад = 515 В) составило 9,7%, во втором случае – 4,5 %, в третьем на всем диапазоне изменения тока нагрузки удалось поддерживать напряжение на заданном уровне. Показано, что при предлагаемом способе стабилизации напряжения АВГ, дискретное изменение напряжения за счет емкости возбуждения дополняется возможностью непрерывного управления по частоте вращения генератора.

На основании проведенных исследований сделан вывод, что дискретно-непрерывный двухканальный способ стабилизации выходного напряжения источника питания на основе АВГ позволяет добиться высокой точности поддержания заданного значения напряжения.

а б в

Рис. 7. Экспериментальные графики зависимостей параметров АВГ от тока

нагрузки: а – при С = const, n = const; б – при С = var, n = const; в – при С = var, n = var

Описана разработанная методика выбора интервала изменения частоты вращения приводного двигателя nопт и емкости ступеней батареи конденсаторов возбуждения для реализации, а также их количества. На примере расчета суточного расхода топлива по комбинированной характеристике приводного дизельного двигателя 8ЧН 13/14 (ЯМЗ – 238Н) для заданного ступенчатого графика нагрузки источника питания на основе АВГ показано, что при правильном выборе интервала изменения частоты вращения можно добиться экономии топлива. В расчетах она составила 9 литров в сутки по сравнению с классическим принципом стабилизации напряжения источника питания при неизменной частоте вращения.

В то же время показано, что при выборе nопт необходимо учитывать то обстоятельство, что уменьшение частоты вращения влечет за собой необходимость увеличения емкости возбуждения. В результате может возникнуть перегрузка генератора по току статора. Соответственно, минимальное значение частоты вращения необходимо выбирать, основываясь на характеристиках АВГ.

На рис. 8 приведена функциональная схема системы, реализующей дискретно-непрерывный двухканальный способ стабилизации выходного напряжения источника питания на основе АВГ. В ее состав входят два основных контура управления – контур частоты вращения n ротора АГ и контур емкости C батареи конденсаторов возбуждения БК, а также два вспомогательных контура – контур контроля тока статора I1 и контур включения АВГ на нагрузку.

Рис. 8. Функциональная схема системы, реализующей

дискретно-непрерывный двухканальный способ стабилизации выходного напряжения

источника питания на основе АВГ

Контур частоты вращения ротора АГ построен по принципу непрерывной системы. Датчик частоты вращения передает в УУ информацию о значении n, который после оценки сигнала рассогласования Ud = Ud зад - Ud, поступающего с устройства сравнения УС, формирует соответствующий сигнал управления для устройства подачи топлива УПТ. Сигнал Ud зад вырабатывается задатчиком напряжения ЗН. Контур частоты вращения обеспечивает плавное изменение Ud в некотором диапазоне, при этом значение частоты вращения ротора генератора не должно выходить за пределы заданного интервала nопт.

Контур емкости батареи конденсаторов изменяет выходное напряжение Ud дискретно. Значение дискретности определяется емкостью ступеней батареи C0 – Cm. Общая емкость БК определяется положением контакторов КБК1 – КБКm, которые включаются и отключаются под устройства переключения ступеней УПС. УПС получает управляющие сигналы от УУ, которое реагирует на значение тока выпрямителя Iв, получаемое с ДТ2. Контур емкости построен по принципу системы релейного действия.

Вспомогательные контуры не участвуют непосредственно в стабилизации выходного напряжения. Контур включения АВГ на нагрузку работает при запуске генератора. После разгона двигателя и достижения выходным напряжением установленного значения, УУ подает сигнал на включение выключателя нагрузки Кd. Контур контроля тока статора защищает генератор от перегрузки, и на основании информации с датчика тока ДТ1 в случае выхода значения контролируемого параметра за допустимые пределы УУ останавливает установку.

На рис. 9 изображена структурная схема описанной системы стабилизации без учета вспомогательных контуров. Основу системы стабилизации составляет устройство УУ, реализующее заданный алгоритм.

 Структурная схема системы дискретно-непрерывной двухканальной -33

Рис. 9. Структурная схема системы дискретно-непрерывной двухканальной

стабилизации напряжения источника питания на основе АВГ

Современная микропроцессорная техника позволяет реализовывать законы управления практически любой сложности. Алгоритм функционирования устройства управления системы, реализующей разработанный дискретно-непрерывный двухканальный способ стабилизации выходного напряжения источника питания на основе АВГ может быть реализован, например, на одном из самых простых логических микроконтроллеров – на микроконтроллере компании Siemens LOGO Basic, который обладает всеми возможностями современных контроллеров, а именно предоставляет возможность реализации алгоритма логического и непрерывного управления.

Применение разработанного дискретно-непрерывного двухканального способа стабилизации напряжения позволяет значительно расширить область применения источников питания автономных СЭС на основе АВГ, поскольку для его реализации используются уже существующие технические устройства с большим диапазоном номинальных мощностей. Из источников питания на основе АВГ с разработанным способом стабилизации напряжения можно построить силовой блок электротехнического комплекса с частотно-регулируемыми приводами, например буровой установки. Схема такой автономной СЭС показана на рис. 10.

 Упрощенная схема автономной СЭС с источниками на основе -34

Рис. 10. Упрощенная схема автономной СЭС с источниками на основе

асинхронных вентильных генераторов: Д – приводной двигатель;

G – асинхронный генератор; Q – выключатель; В – выпрямитель;

И – инвертор; БК – батарея конденсаторов возбуждения; АВГ – асинхронный вентильный генератор

Предлагаемая схема автономной СЭС включает в себя n силовых агрегатов – АИЭ, состоящих из приводного двигателя Д и АВГ. Силовые агрегаты подключены к общей шине через выключатели Q11 – Q1n. Со стороны потребителей по сравнению с вариантом получения питания от автономных СЭС, построенных по традиционной схеме, изменения имеют направленность на упрощение структуры. В асинхронных частотно-регулируемых приводах отпадает необходимость в промежуточном выпрямительном звене. Для электроснабжения потребителей переменного тока устанавливается инвертор И, мощность которого незначительна по сравнению с мощностью основной нагрузки. Кроме того, внутренние сети автономной СЭС такой структуры будут работать в более экономичном режиме, поскольку электроэнергия передается на постоянном токе.

Заключение

В диссертационной работе получены следующие результаты:

  1. На основе анализа схем автономных СЭС обоснована целесообразность применения асинхронных вентильных генераторов (АВГ) в составе автономных источников электроэнергии СЭС с частотно-регулируемым приводом. Установлено, что расширению области применения источников питания на основе АВГ препятствует несовершенство существующих систем стабилизации напряжения АГ.
  2. Построена математическая модель АВГ, учитывающая изменение индуктивного сопротивления цепи намагничивания статора генератора в зависимости от частоты вращения ротора. Адекватность модели подтверждена физическим экспериментом на установке с асинхронной машиной АИР80А2. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что регулировать выходное напряжение АВГ целесообразно путем изменения емкости конденсаторов возбуждения и частоты вращения генератора.
  3. Предложен дискретно-непрерывный двухканальный способ стабилизации напряжения источника питания автономной системы электроснабжения на основе АВГ и разработана структурная схема системы, реализующей разработанный способ стабилизации напряжения. Разработана методика выбора параметров источника питания автономной системы электроснабжения на основе АВГ, для реализации дискретно-непрерывного двухканального способа стабилизации напряжения.
  4. Применение предложенного способа стабилизации напряжения источника питания на основе АВГ позволяет уменьшить погрешность поддержания заданного значения напряжения и повысить экономичность приводного двигателя.
  1. Для реализации предложенного дискретно-непрерывного двухканального способа стабилизации напряжения можно использовать уже существующие технические устройства с большим диапазоном номинальных мощностей, что позволяет значительно расширить область применения источников питания автономных СЭС на основе АВГ. Приведена схема автономной СЭС с частотно-регулируемым приводом, силовой блок которой построен на источниках питания с АВГ.

Публикации по теме диссертации

В изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

  1. Вокин, И.А. Влияние на питающую сеть установок СВЧ нагрева / М.В. Жабский, А.Д. Тютьманов, И.А. Вокин // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2006. – №4(19). – Вып. 4. – С. 138–144.
  2. Вокин, И.А. Двухканальное регулирование выходного напряжения блока «Асинхронный генератор - выпрямитель» / И.И. Артюхов, И.А. Вокин // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2007. – №4(29). – Вып. 2. – С. 97–101.

в других изданиях:

  1. Вокин И.А. Колебания напряжения как фактор, влияющий на качество продукции / А.А. Колесников, И.А. Вокин // Материалы VI Всерос. конф.-семинара. – Сызрань, 2003. – С. 102–105.
  2. Вокин, И.А. Особенности автономных систем электроснабжения с нелинейной нагрузкой / И.А. Вокин // Проблемы электроэнергетики: межвуз. науч. сб. – Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. – С. 97 – 101.
  3. Вокин, И.А. Об особенностях расчёта фильтрокомпенсирующих устройств для СЭС ограниченной мощности / И.А. Вокин // Проблемы электроэнергетики: межвуз. науч. сб. – Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. – С. 67–69.
  4. Вокин, И.А. Оценка влияния высших гармоник на расход топлива в автономных системах электроснабжения / И.А. Вокин // Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах : сб. ст. VI Междунар. науч.-практ. конф. – Пенза, 2005. – С. 64–66.
  5. Вокин, И.А. Особенности автономного электроснабжения буровых установок / И.А. Вокин // Электротехнические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление : межвуз. науч. сб. – Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. – С. 105–109.
  6. Вокин, И.А. Использование асинхронных генераторов в автономных электротехнических комплексах / И.А. Вокин // Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах : сб. ст. VII Междунар. науч.-практ. конф. – Пенза, 2006. – С. 56–59.
  7. Вокин, И.А. Применение асинхронных генераторов в автономных системах электроснабжения с перестраиваемой структурой / И.А. Вокин // Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности : материалы пятой Рос. науч.-техн. конф. – Ульяновск, 2006. – С. 144–147.
  8. Вокин, И.А. Моделирование на ЭВМ системы электроснабжения с асинхронным генератором / И.А. Вокин // Проблемы электроэнергетики: межвуз. науч. сб. – Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2007. – С. 123–126.
  9. Вокин, И.А. Исследование работы блока «Автономный асинхронный генератор – выпрямитель» / И.А. Вокин // Методы и средства управления технологическими процессами: МСУТП – 2007 : материалы IV Междунар. конф. – Саранск, 2007. – С. 32–35.
  10. Вокин, И.А. Математическое описание асинхронного вентильного генератора с конденсаторным возбуждением / И.И. Артюхов, И.А. Вокин // Проблемы электроэнергетики: межвуз. науч. сб. – Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2008. – С. 83–89.

ВОКИН Игорь Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ

АСИНХРОННОГО ВЕНТИЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА

Автореферат

Корректор О.А. Панина

Подписано в печать 17.11.08 Формат 60х84 1/16
Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0
Тираж 100 экз. Заказ 317 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Отпечатано в РИЦ СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77



 





<


 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.