Технические науки /4

Технические науки/Энергетика

проф., к.т.н. Сиротюк В.М., магістрант Магац Т.М., асистент Магац М.І.

Львівський національний аграрний університет

Обґрунтування параметрів генератора
промислової та підвищеної частоти потужністю не менше 5 кВт

Постановка проблеми. Електричне живлення асинхронних двигунів підвищеної частоти струму, здійснюється, найчастіше, від електромашинних і транзисторних перетворювачів частоти з властивими їм недоліками - наявністю у вихідній напрузі помітних амплітуд вищих гармонік, що є причиною значного нагріву двигунів і призводить до термічного пошкодження їх обмоток. автономного мобільного джерела живлення промислової та підвищеної частоти для засобів малої механізації.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Сьогодні широко використовуються перевірені часом засоби електромеханізації. За останні роки розроблений ряд нових електрифікованих машин, у тому числі для роботи на дрібноконтурних ділянках, теплицях, садах і городах. Як електричний привід в них використовуються асинхронні двигуни на частоту струму 50, 200, 400 Гц з одиничною потужністю від 0,1 до 4,0 кВт і особистою напругою живлення [1, 2, 3].

Об'єкт дослідження - асинхронний генератор з конденсаторним збудженням із спеціальною обмоткою статора для отримання частот струму 50 і 200 Гц для автономного живлення засобів малої механізації сільського господарства.

Постановка завдання. Покращувати вихідні параметри перетворювачів можна за допомогою спеціальних фільтрів, що включаються в трифазну мережу низької напруги частотою 200 Гц, що вимагає вступу додаткових реактивних елементів.

Враховуючи вимоги до підключення асинхронних двигунів від автономних джерел, потужність генератора повинна складати не менше 5,0 кВт.

Для вирішення завдань роботи необхідно обґрунтувати пропозиції щодо розробки ефективного асинхронного генератора (АГ) із спеціальною обмоткою статора на частоту струму 50 і 200 Гц для живлення мобільних засобів електромеханізації сільськогосподарського.

Виклад основного матеріалу. Для створення генератора на частоту 50/200 Гц автономної електростанції без мультиплікатора при частоті обертання валу приводного двигуна близькою до 3000 , вимагаються обмотки із співвідношенням пар полюсів 4/1.

Таким чином, за основу для генератора на частоту струму 50/200 Гц приймаємо одно-двошарову обмотку із співвідношенням чисел витків в одношарових і двошарових котушках 4/3.

Обмотки з однаковим числом витків в одношарових котушках більш технологічні при укладанні в пази статора, при цьому для зменшення електричних втрат одношарові котушки виконуються провідником більшого перерізу.

Співвідношення витків в одношарових і двошарових котушках впливає на число витків фазної обмотки , на переріз провідника і на активний опір обмотки. При іншому можливому з'єднанні фаз обмотки за схемою YY/ співвідношення напруги при частоті 200 і 50 Гц складає 1,73/1.

Аналіз різних обмоток показав, що раціональною для АГ на 50 / 200 Гц являється одно-двошарова обмотка статора на 8/2 полюси з схемою з'єднання фаз YY/Y із співвідношенням витків в одношарових і двошарових котушках рівним 4/3. Для цієї обмотки =0,883, = 0,79, = 0,064, = 0,0057.

Для оптимальної міри насичення магнітного ланцюга і для використання габаритних розмірів АГ на частоту струму 50 / 200 Гц відповідають базові чотирьохполюсні асинхронні двигуни серії АИР100L4.

Номінальний струм статорної обмотки при активному навантаженні і втрати в статорній обмотці генератора при частоті 50 Гц.)

==14,1 A;

Загальні електричні втрати генератора при частоті струму 50 Гц (330 + 165 = 495 Вт) нижче електричних втрат базового двигуна (507 Вт). З урахуванням падінь напруги на обмотці при активному навантаженні номінальна фазна напруга генератора становить 127 В. Номінальна лінійна напруга генератора при частоті струму 50 Гц рівна 220 В.

Напруга холостого ходу (рис. 1) і робоча напруга конденсаторів

Рис 1. Векторна діаграма при холостому ході і зовнішня характеристика АГ при активному навантаженні (50 Гц)

Величина струму ротора і його приведене значення при частоті 200 Гц:

=203 A;

Таким чином, за основу для генератора на частоту струму 50/200 Гц приймаємо одно двошарову обмотку із співвідношенням чисел витків в одношарових і двошарових 4/3 (рис. 2).

Рис.2. Схема одно-двошарової обмотки генератора на 50/200Гц,YY/Y

Висновки

Розроблено методику розрахунку обмотувальних параметрів, що враховує розмагнічувальну дію реактивного струму ротора та гармонічних складових на енергетичні показники,та на основі цієї методики обґрунтовано систему збудження генератора з переключенням частоти струму з 50 Гц на 200 Гц шляхом зміни числа пар полюсів.

Аналіз отриманих даних показує, що при роботі генератора на низькій напрузі, він має достатню жорсткість зовнішньої характеристики при різних характерах навантаження і коефіцієнтах потужності.

Бібліографічний список

1. Заруцкий В. М. Обоснование параметров электроинструментов повышенной частоты тока / В. М. Заруцкий, Т. Х. Кабалоев, И. К. Хумуев. // Науч.-техн. бюл. по электрификации сел. хоз - ва. № 2/46 - М.: ВИЭСХ, 1982. - С. 19 - 22.

2. Заруцкий В. М. Электротрансмиссии повышенной частоты тока для мобильных сельскохозяйственных установок / В. М. Заруцкий // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. - 2001. - № 9. - С. 12 - 15.

3. Кицис С. И. Метод стабилизации выходного напряжения асинхронного самовозбуждающегося генератора / С. И. Кицис, П. Л. Белоусов // Электромеханика: изв. вузов - 1991.- №5. -С. 50-53.