Асинхронизированный синхронный генератор

Программа Jigrein имеет две модели обобщенной электрической машины – двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и двухфазную асинхронную машину с фазным ротором. Модель двигателя с короткозамкнутым ротором составлена из предположения, что пользователям не потребуется контроль электрического состояния обмотки ротора при построении моделей привода. По этой причине модель упрощена, и, в частности, частота токов ротора в ней приведена к частоте сети, т.е. остается неизменной во всех режимах. Модель асинхронной машины с фазным ротором имеет спаренный ротатор, трансформирующий частоту тока в цепях ротора. В качестве примечания обратим внимание – разработчик моделей считает, что вариант с трансформацией частот токов ротора выигрывает. Модель вычисляется чуть быстрее, и по причине медленного изменения токов в обмотке ротора точнее просчитывается решателями.

На чертеже 1 представлена асинхронная машина с фазным ротором в режиме асинхронизированного синхронного генератора. Этот режим работы машины известен давно. Но лишь смещение приоритетов энергетики в сторону альтернативных и возобновляемых источников дал шанс более широкому внедрению соответствующих машин в комплексы ветроустановок и малых электростанций.

Машина запитана по схеме двойного питания. Магнитное поле создается обмоткой ротора, подключенной к инвертеру (к преобразователю частоты). Механическая энергия движителя передается валу и преобразуется в электрическую энергию в обмотке статора. При номинальной частоте вращения вала трансформация энергии между обмотками не существенна. Малы так же потери в стали ротора (перемагничивание происходит медленно). Механическая энергия с максимальной скоростью преобразуется в электрическую. Но если вал неподвижен, то машина работает в режиме трансформатора электрической энергии.

Вал асинхронной машины через механический демпфер подключен к источнику угловой скорости, которые, в соответствии с методом электрических аналогий, представлены активным сопротивлением и источником ЭДС соответственно. Параллельно валу машины включено сопротивление большого номинала. Со встроенного в него датчика физических величин первого и второго рода на осциллограф поступает сигнал равный угловой скорости вала. Оставшаяся часть чертежа модели особенностей не имеет.

Ни каких систем автоматического регулирования для поддержания процесса преобразования энергии в модели нет. Вал машины просто разгоняется движителем. На осциллографах можно наблюдать динамику координат машины.

Эксперимент № 1. Запустите модель представленную на чертеже. Убедитесь в том, что: угловая скорость вала увеличивается линейно; преобразователь частоты уменьшает частоту токов в обмотке ротора; частота и амплитуда генерируемого напряжения в обмотке статора неизменны. Т.е. асинхронная машина в режиме асинхронизированного синхронного генератора позволяет получить стабильные параметры вырабатываемого напряжения при нестабильном источнике механической энергии.

Эксперимент № 2. Подключите к осциллографу порт считывания падения напряжения на обмотке ротора (Ur). Запустите процесс симуляции повторно. Убедитесь в том, что по мере разгона вала машины уменьшается напряжение на обмотке ротора, требуемое для возбуждения магнитного поля.

Чертеж 1

Примечание от 23.11.2008. В случае если для питания асинхронной машины используется инвертер тока, в модели появляются JL-контуры с девяносто градусным сдвигом координат. Математические решатели моделирующих программ лишь при активации особых методов интегрирования позволяют получить правильное решение. Подробней об этом можно прочесть в параграфе "Технология моделирования основанная на итерации потенциалов: Дискретные интеграторы и цепи с JL- и EC-контурами". Библиотечная модель асинхронной машины программы Jigrein доработана. В индуктивностях замещены библиотечные интеграторы. В цепях ротора из простейших математических блоков собраны интеграторы с упреждением по фазе (DERK11). В цепях статора – в соответствии с методом трапеций (DERK12). В модели емкости, представляющей момент инерции ротора, так же произведены изменения. В результате модель рассчитывается решателем в два раза быстрее. Точность расчетов повысилась. А для модели в целом можно активировать любой метод интегрирования.

23.08.2008; 23.11.2008