Способ повышения коэффициента мощности асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором при работе параллельно с сетью



 


Владельцы патента RU 2448357:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевская государственная сельскохозяйственная академия" (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в серийно выпускаемых асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, используемых в качестве генераторов энергетических установок для преобразования механической энергии в электрическую. Технический результат - повышение эффективности работы асинхронного генератора, которая оценивается по его коэффициенту мощности. В способе повышение коэффициента мощности осуществляют перераспределение реактивной и активной составляющих тока внутри каждой фазы асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором при его работе параллельно с сетью. Реактивная составляющая тока фазы уменьшается путем уменьшения линейного напряжения сети относительно номинального линейного напряжения генератора на одну ступень из расчета: , тем самым создается возможность увеличения нагрузки генератора и повышения его коэффициента мощности. Активная составляющая тока фазы увеличивается в пределах номинального значения тока фазы при работе асинхронного генератора путем увеличения мощности, подводимой к валу асинхронного генератора со стороны его приводного двигателя энергетической установки для преобразования механической энергии в электрическую. В результате перераспределения реактивной и активной составляющих тока в пределах номинального тока фазы повышается коэффициент мощности асинхронного генератора. 2 табл.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к серийно выпускаемым асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором, используемым в качестве генераторов энергетических установок для преобразования механической энергии в электрическую.

Асинхронные генераторы промышленностью не выпускаются, выпускаются серийно только асинхронные двигатели. Однако генераторный режим представляет определенный научный и практический интерес при использовании его в энергетических установках для преобразования механической энергии в электрическую.

При переводе асинхронного двигателя в режим генератора необходимо рассмотреть изменение его характеристик.

Эффективность использования асинхронной машины оценивается по коэффициенту мощности, определяемому отношением активной мощности к полной (результирующей) мощности или равнозначно отношением активной составляющей тока к полному току фазы.

Асинхронная машина, подключенная к электрической сети, при работе как в режиме двигателя, так и в режиме генератора потребляет реактивную намагничивающую мощность, необходимую для создания магнитного поля машины, а также активную мощность для совершения работы (преобразования электрической энергии в механическую или механической в электрическую в зависимости от режима работы машины) [1]. При этом реактивная мощность и соответствующая ей реактивная составляющая тока дополнительно (нежелательно) нагружают как электрическую питающую сеть, так и фазную обмотку асинхронной машины. Поэтому для повышения эффективности работы асинхронной машины стремятся скомпенсировать реактивную мощность, а следовательно, и реактивную составляющую тока.

Известен способ повышения коэффициента мощности асинхронной машины, подключенной к электрической сети, путем компенсации реактивной мощности с помощью конденсаторов, присоединенных параллельно фазам машины. Каждая фаза асинхронной машины содержит индуктивные сопротивления. Реактивная мощность, потребляемая конденсатором, находится в противофазе с реактивной мощностью, потребляемой индуктивными сопротивлениями фазы, поэтому происходит компенсация общей реактивной мощности, потребляемой из сети. Такой способ компенсации реактивной мощности рассмотрен в учебнике [2].

Но этот известный способ позволяет скомпенсировать только ту составляющую реактивной мощности, которая передается по электрической сети от источника до потребителя, он не позволяет уменьшить реактивную мощность и реактивную составляющую тока внутри каждой фазы асинхронной машины и тем самым не позволяет увеличить коэффициент мощности асинхронного генератора.

Цель настоящего изобретения состоит в увеличении коэффициента мощности асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором при работе параллельно с сетью.

Поставленная цель достигается посредством перераспределения реактивной и активной составляющих тока внутри каждой фазы асинхронного генератора и основывается на следующем.

Для серийно выпускаемых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, которые используются в качестве генераторов энергетических установок, нами установлены теоретические зависимости реактивной и активной составляющих тока фазы.

Реактивная составляющая тока фазы зависит в основном прямо пропорционально от напряжения сети. Активная составляющая тока фазы зависит прямо пропорционально как от напряжения сети, так и от скольжения ротора, следовательно, путем воздействия на отношение напряжения сети к номинальному напряжению генератора и скольжение ротора в режиме генератора имеется возможность влиять на перераспределение активной и реактивной составляющих тока фазы.

Предлагаемый способ повышения коэффициента мощности асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором при работе параллельно с сетью реализуется следующим образом.

Первое, что необходимо сделать в предлагаемом способе - это уменьшить реактивную составляющую тока фазы путем уменьшения напряжения сети относительно номинального напряжения генератора. С учетом имеющихся стандартных величин напряжений рекомендуется уменьшить линейное напряжение сети относительно номинального линейного напряжения генератора на одну ступень из расчета: . Тем самым при работе генератора уменьшается реактивная составляющая тока фазы вследствие уменьшения напряжение сети по отношению к номинальному напряжению асинхронного генератора.

Далее при работе асинхронного генератора параллельно с сетью увеличивается активная составляющая тока фазы до номинального значения путем увеличения активной мощности, подводимой к валу асинхронного генератора со стороны приводного двигателя генератора. В результате перераспределения реактивной и активной составляющих тока в пределах номинального тока фазы значительно повышает коэффициент мощности асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором при работе параллельно с сетью. Процесс контролируется по увеличению частоты вращения и скольжения ротора, а также по загрузке асинхронного генератора до номинальной величины тока фазы.

Этот способ был экспериментально подтвержден на лабораторной установке, содержащей:

1) асинхронный двигатель типа АИМЛ71В4УЗ, работающий в качестве генератора и имеющий следующие номинальные значения:

- мощность 0,75 кВт,

- напряжение 380/220 B,

- ток 1,9/3,3 A,

- частота вращения ротора 1395 мин-1,

- коэффициент полезного действия 74%,

- коэффициент мощности 0,75,

2) приводной двигатель постоянного тока типа П21У4, имеющий следующие номинальные данные:

- мощность 1,0 кВт,

- напряжение 220 B,

- ток 6,14 A,

- частота вращения якоря 2200 мин-1,

- коэффициент полезного действия 74%.

При проведении экспериментов были проведены сравнительные испытания генератора при разных фазных напряжениях сети: при напряжении 220 В, равном номинальному напряжению генератора, и при пониженных напряжениях сети 200, 180, 160, 140, 110 B.

Проводились измерения тока фазы Iф, мощности на выходе генератора Pвых, частоты вращения n, угла отклонения балансирного механизма α, по которому рассчитывался момент на валу асинхронного генератора.

По опытным данным были рассчитаны скольжение ротора S, момент на валу асинхронного генератора Mвх, мощность на валу Pвх, активная и реактивная составляющая токов Iак, Iреак, а также коэффициент мощности асинхронного генератора cosφ.

Ниже в таблицах 1 и 2 для сравнения приведены опытные и расчетные данные, снятые при напряжении сети 220 и 110 B.

Таблица 1
Опытные и расчетные данные по испытанию асинхронного генератора при напряжении сети 220 B
Опытные данные Расчетные данные
Iф, A Pвых, Вт n, мин-1 α, град. S, отн.ед. Мвх, Нм Pвх, Вт Iак, A Iреак, A cosφ, отн.ед.
1,80 0 1500 1,0 0 0,09 14,3 0 1,80 0
1,90 144 1514 14 -0,009 1,26 200,4 0,22 1,88 0,11
2,02 348 1526 28 -0,017 2,48 392,3 0,53 1,93 0,26
2,08 452 1534 36 -0,023 3,07 493,8 0,69 1,96 0,33
2,14 513 1541 42 -0,027 3,50 564,7 0,78 2,00 0,36
2,19 596 1548 51 -0,032 4,06 658,8 0,91 2,01 0,41
2,28 680 1558 60 -0,038 4,50 751,0 1,03 2,03 0,45
Таблица 2
Опытные и расчетные данные по испытанию асинхронного генератора при пониженном напряжении сети 110 B по отношению к номинальному напряжению генератора
Опытные данные Расчетные данные
Iф, A Pвых, Вт n, мин-1 α, град. S, отн.ед. Мвх, Нм Pвх, Вт Iак, А Iреак, A cosφ, отн.ед.
0,62 0 1500 1,0 0 0,09 14,1 0 0,62 0
0,78 130 1538 13 -0,025 1,17 188,4 0,40 0,67 0,51
0,97 225 1553 20 -0,035 1,79 291,0 0,68 0,70 0,70
1,19 300 1580 26 -0,053 2,29 378,8 0,91 0,77 0,76
1,33 345 1600 30 -0,067 2,61 437,3 1,05 0,82 0,79
1,67 450 1640 38 -0,093 3,22 552,9 1,35 0,97 0,81
2,20 590 1692 52 -0,128 4,12 730,0 1,78 1,27 0,81

При рассмотрении данных таблиц 1 и 2 видно следующее:

1. При напряжении сети, равном номинальному напряжению генератора 220 B, при скольжении S=0 реактивная составляющая тока имеет значения 1,8 A, что составляет 94,7% от номинального значения тока фазы, это ограничивает нагрузку генератора.

2. При снижении напряжения сети в 2 раза реактивная составляющая тока фазы при скольжении S=0 приобрела значение 0,62 A, что составляет всего 32,6%, это дает возможность значительно увеличить нагрузку генератора.

3. При снижении напряжения сети относительно номинального напряжения генератора произошло перераспределение реактивной и активной составляющих тока фазы в пределах номинального значения, значительно повысился коэффициент мощности, тем самым подтвердилось достижение поставленной цели при предлагаемом способе повышения коэффициента мощности асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором при работе параллельно с сетью.

Источник информации

1. Вольдек, А.И. Электрические машины. - М.: Энергия, 1974.

2. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 1961.

Способ повышения коэффициента мощности асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором при работе параллельно с сетью, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности его работы, проводится перераспределение реактивной и активной составляющих тока внутри каждой фазы асинхронного генератора; реактивная составляющая тока фазы уменьшается путем уменьшения линейного напряжения сети относительно номинального линейного напряжения генератора на одну ступень из расчета: , тем самым создается возможность увеличения нагрузки генератора; активная составляющая тока фазы увеличивается в пределах номинального значения тока фазы при работе асинхронного генератора путем увеличения мощности, подводимой к валу асинхронного генератора со стороны его приводного двигателя энергетической установки для преобразования механической энергии в электрическую.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных генераторах, работающих параллельно с сетью или синхронным генератором. .

Изобретение относится к двухфазному асинхронному сварочному генератору и может быть использовано в устройствах для ручной дуговой электросварки. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматического регулирования реактивной мощности, поступающей в статор низковольтного асинхронного генератора от конденсаторной батареи для снижения отклонений его напряжения в автономных источниках энергии малой мощности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных асинхронных генераторах, применяемых в полевых условиях. .

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для регулирования и стабилизации напряжения асинхронных генераторов, применяемых в автономных системах электроснабжения, ветроэнергетических установках (ВЭУ), малых гидроэлектростанциях (миниГЭС).

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для регулирования напряжения переменного тока бесконтактных асинхронных генераторов и синхронных генераторов с постоянными магнитами автономных систем электроснабжения.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам частоты и напряжения автономных бесконтактных генераторов переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации трехфазного напряжения источника энергии переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для стабилизации напряжения асинхронных генераторов автономных систем электроснабжения. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания ручного инструмента в полевых условиях сельскохозяйственного производства. .

Изобретение относится к электротехнике и к электромашиностроению и может быть использовано в асинхронных и синхронных машинах. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для мощных и сверхмощных приводов газовых компрессоров для приводов насосов и других типов приводов сверхмощного оборудования.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для передачи мощности на нагрузку. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для равномерного распределения реактивной мощности между включенными на параллельную работу источниками напряжения, например синхронными генераторами, снабженными регуляторами напряжения этих источников.

Изобретение относится к области электротехники, к производству электроэнергии, в частности к особенностям выполнения генераторов электроэнергии и связанных с ними систем электроснабжения.

Изобретение относится к системе энергоснабжения для автономных электросетей, в частности, на нефтяных буровых платформах или судах. .

Изобретение относится к автономным источникам питания различной аппаратуры, приборов и комплексов связи, требующих для своей работы электрической энергии. .

Изобретение относится к области электротехники и энергетики, в частности к автономным системам электроснабжения трехфазным переменным током, при использовании энергии ветра.

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроэлектрическим станциям. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения устойчивой параллельной работы трансформаторов в наиболее экономичном режиме их работы.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для повышения коэффициента мощности потребителей, в частности электроподвижного состава переменного тока с полупроводниковыми преобразователями.
Наверх