Asinhroni Generator

УНИВЕРЗИТЕТ У БАЊОЈ ЛУЦИ ЕЛЕКТРОТЕХНИЧКИ ФАКУЛТЕТ

ДИПЛОМСКИ РАД

РАД АСИНХРОНОГ ГЕНЕРАТОРА НА СОПСТВЕНОЈ МРЕЖИ

Ментор : Ментор : доц. доц. др Милош Миланковић

Кандидат : Кандидат : Момчило Клеут

Бања Лука, Лука, септембар 2004. септембар 2004. год. год.

Момчило Клеут

Дипломски рад Дипломски рад

УНИВЕРЗИТЕТ У БАЊОЈ ЛУЦИ ЕЛЕКТРОТЕХНИЧКИ ФАКУЛТЕТ КАТЕДРА ЗА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКУ Предмет : Предмет : ЕЛЕКТРИЧНЕ МАШИНЕ Тема : РАД АСИНХРОНОГ ГЕНЕРАТОРА НА СОПСТВЕНОЈ МРЕЖИ

Задатак за дипломски рад дипломски рад 1. Навести и описати основне карактеристике асинхроних машина. машина. 2. Анализирати генераторски режим рада асинхроне машине (биланс и карактеристике активне и реактивне снаге у функцији оптерећења и брзине, брзине, предуслови за рад за рад асинхроне машине у генераторском режиму генераторском режиму). ). 3. Рад асинхроног генератора на сопственој мрежи и мрежи бесконачне снаге 4. Динамички модел асинхроне машине у режиму генератора 5. Утицај оптерећења на карактеристике самопобуђивања. самопобуђивања. Коментарисати ситуације које настају при преоптерећењу и подоптерећењу генератора при константној брзини обртања и капацитивности. капацитивности. 6. Написати рачунарски програм који при познатим параметрима еквивалентне шеме мотора и карактеристике магнећења испитује сљедеће: сљедеће: а) да ли ће доћи до самопобуђивања при задатој брзини и капацитивности кондензатора и колики ће тада бити напон празног хода генератора. генератора. б) при коликој минималној брзини и познатој капацитивности долази до самопобуђивања и колики тада напон празног хода в) колика треба да буде капацитивност кондензатора да би при познатој брзини обртања дошло до самопобуђивања и колики је тада напон празног хода. хода. 7. Коментарисати добијене резултате и навести неке примјене асинхроних генератора. генератора.

Ментор : Ментор : доц. доц.др Милош Миланковић Кандидат : Кандидат : Момчило Клеут, Клеут, бр. бр. индекса 5866/93 индекса 5866/93 У Бањој Луци, Луци, 15.04.2004.год 15.04.2004. год..

2



САДРЖАЈ

1

УВОД………………………………………………………………………... УВОД………………………………………………………………………... 5

2

АНАЛИЗА РАДА АСИНХРОНОГ ГЕНЕРАТОРА У УСТАЉЕНОМ СТАЊУ………….….................... СТАЊУ………….…........................................... .............................................. .............................................. .......................7 7 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7.

Еквивалентна шема и биланс активне снаге асинхроног мотора …..7 мотора …..7 Механичке карактеристике асинхроног мотора ……………………..10 мотора ……………………..10 Струја празног хода асинхроног мотора………………………….….13 мотора………………………….….13 Генераторски режим Генераторски режим асинхроног мотора………………………….…..16 мотора………………………….…..16 Паралелени рад Паралелени рад асинхроног генератора с синхроним генератором…19 генератором…19 Рад асинхроног генератора на сопственој мрежи ………………….... мрежи ………………….... 21 Рад асинхроног генератора при констнтној брзини обртања погонске машин…………………………………………………………………..…26 машин…………………………………………………………………..…26 2.7.1 Индуковани напон једне напон једне фазе......................................................27 фазе......................................................27 2.8 Карактеристике асинхроног генератора при различитим оптерећењима………………………………………………………………………….28 оптерећењима………………………………………………………………………….28 3.АНАЛИЗА 3.АНАЛИЗА РАДА АСИНХРОНОГ ГЕНЕРАТОРА У ДИНАМИЧКОМ СТАЊУ ……………………................... …………………….......................................... .............................................. .............................................. ........................31 .31 3.1 Динамички модел асинхроног генератора ............................................ .......................................................31 ...........31 3.2 Програм и алгоритам………….....……….………………………………... алгоритам………….....……….………………………………... 34 3.3 Карактеристике међуиндуктивности L међуиндуктивности LM и њени утицаји на самопобуђивање и стабилан рад стабилан рад асинхроног генератора…………………………..36 генератора…………………………..36 3.4 Минимална вриједности брзине и капацитивности потребни за самопобуђивање……………………………………………………………..41 самопобуђивање……………………………………………………………..41 3.5 Ефекти при промјени оптерећења………....………………………….…42 оптерећења………....………………………….…42 3.6 Примјер асинхроног генератора као вјетрогенератора …………………...46 вјетрогенератора …………………...46 3.7 Утицај занемаривања активних губитака у жељезу на вриједност капацитивности кондензатора и статорског напона код самопобуђивања….…....49 самопобуђивања….…....49 3.8 Симулација асинхроног генертора у Матлабу 6.5……………………….…51 Матлабу 6.5……………………….…51 4. ЗАКЉУЧАК…………………………….…………………………………...….54 ЗАКЉУЧАК…………………………….…………………………………...….54 5. ДОДАТАК……………………………..………………………...…………….55 ДОДАТАК……………………………..………………………...…………….55 6. ЛИТЕРАТУРА……………………………………………...…………………58 ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………...…………………58

3



РАД АСИНХРОНОГ ГЕНЕРАТОРА НА СОПСТВЕНОЈ МРЕЖИ

ВЈЕТРОАГРЕГАТ

4



УВОД

Било о којем се типу генератора наизмјеничног напона се радило се радило они свој принцип рада принцип рада заснивају на феномену електромагнетне индукције. индукције. Фарадејов закон електромагнетне индукције гласи : гласи : d Φ e=− dt Промјену флукса у времену мoжемо постићи или временским промјењивим струјама струјама у непокретним проводницима или кретањем проводника у којима тече електрична струја или и једно и друго. друго. Код великих генераторски јединица кроз роторске кроз роторске намотаје тече једносмјерна тече једносмјерна електрична струја која усљед обртања ротора обртања ротора у односу на статорски намотај ствара промјенљив магнетни флукс кроз намотаје статора. статора. Рад генератора се заснива на постојању међусобно галвански раздвојена галвански раздвојена два електрична кола али електромагнетни спрегнуто , спрегнуто , једно једно је је електрично коло ротора а друго је друго је електрично коло статора. статора.О природи ове спреге зависи и о којем је типу генератора ријеч генератора ријеч тако да имамо : имамо : • Синхрони генератор , који се обично уграђује у веће енергетске објекте као што хидроелектране или термоелектране генератор , који се примјењује као вјетрогенератор и • Асинхрони генератор , код агрегата мањих снага . снага . Сваки од ових генератора има своје подручје примјене при претворби механичке енергије у електричну енергију. енергију.

Слика 1-1: Слика 1-1: Инсталисани генераторски капацитети у свијету

5


Дипломски рад

Видимо из горње табеле да је инсталисана снага у генераторским јединицама иде на страну синхроних генератора . Међутим , по тренду градње нових енергетских капацитета највећи раст биљежи градња на бази вјетра као енергента што и примјећујемо на слици испод.

Слика 1-2:Просјечан годишњи раст генераторских јединица између 1990-1998 године

Овај тренд изградње генераторских јединица покретани снагом вјетра је додатни мотив за рад на овоме дипломском раду јер има директну посљедицу узимању у праксу асинхроног генератора користећи обновљив енергент за производњу електричне енергије.

6



2 АНАЛИЗА РАДА АСИНХРОНОГ ГЕНЕРАТОРА У УСТАЉЕНОМ СТАЊУ 2.1 ЕКВИВАЛЕНТНА ШЕМА И БИЛАНС АКТИВНЕ СНАГЕ АСИНХРОНОГ МОТОРА

Како је асинхрони генератор у ствари асинхрони мотор у генераторском режиму рада ( касније о побуди ) тако да нам је полазна тачка анализе еквивалентна једнополна шема асинхроног мотора која је дата на сљедећој слици :

I 1

I ′2

jX 1σ

R1

j X 2′σ

R2′

I 0 I p

Im

U s R m

E

jXm

 1 − s  ′   R2  s 

Слика 2-1-1: Jеднополна еквивалентна шема асинхроног мотора

Гдје су : R1- еквивалентна отпорност намотаја статора, X 1- реактанса расипања статорског намотаја, Rm- отпорност гране магнећења, X m - реактанса гране магнећења, R2′ - еквивалентна отпорност намотаја ротора сведена на статор, σ

X σ ′ 2 - реактанса расипања роторског намотаја сведена на статор, 1− s R2′ s - фиктивна отпорност,

I ′1 - струја статора I 0 – струја гране магнећења

′ I 2 - струја ротора сведена на статор n −n - релативно клизање s = s ns Све роторске величине су сведене на статор помоћу израза :

7


R2′ = R2  N1 ξ 1     N 2 ξ 2 

Дипломски рад 2

 N ξ  X σ ′ 2 = X σ2  1 1   N ξ   2 2 

2

I 2′ = I 2

 N 2 ξ 2    N ξ  1 1 

гдје су : N1

- број завојака статора

N 2

- број завојака ротора

ξ1 –

навојни фактор статора

ξ 2 – навојни фактор ротора X σ1 = ω s L1 ; гдје је L1 еквивалентна индуктивност намотаја статора. X σ2 = ω s L2 ; гдје је L2 еквивалентна индуктивност намотаја ротора. X m = ω s L м ; гдје је L м еквивалентна индуктивност гране магнећења или међуиндиктивност кола ротора и кола статора . ω s – фреквенција напона U s . L м је нелинеарна функција напона U s условљена ефектом засићењем магнетног кола. У ствари промјене L м су строго зависне од врсте гвожђа који се користи у асинхроним машинама.

Lм у функцији напона Us м

L

3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1

1.1 1.2 U s

Сликa 2-1-2: Lм у функцији напона US у p.u.систему

Видимо да је L м константна за напоне мање од једне половине номиналне ефективне вриједност напона U s . Индуктивост Lм опада са појавом засићења. График L м = f(U s ) има раличите облике за различите изведбе асинхроног мотора као и за различита гвозђа у магнетном колу машине. Због веома изражене нелинеарне особине L м детаљна анализа рада асинхроног генератора је веома тешка. Вриједности појединих параметара еквивалентне шеме добијају се на основу : Мјерења отпора намотаја статора ( R1) Огледа празног хода ( Rm , X m )

8



Огледа кратког споја ( R2 ,' X σ1 , X σ2 ' ) Rm репрезунтује губитке усљед хистерезиса и губитке усљед вихорни струја. Губици усљед вихорни струја струја су пропоционални са квадратом фреквенције напона U s док су губици усљед хистерезиса директно пропоционални фреквенцији напона U s . Констатујемо да ће вриједност Rm увелико овисити од фреквенције напонаU s .Ако су поменути губици мали вриједност Rm ће бити већа. У аналаизима које не захтијевају превелику тачност занемарује се због своје веће вриједности у односу на статорске и роторске активне отпорности и импедансе.

Биланс активне снаге асинхроног мотора , уз занемаривање губитака у жељезу ротора и додатних губитака , дат је на сљедећој слици :

Pel

Pob

Pcu1

PFe1

Pmeh

PCu2

P

Pf

Слика 2-1-3: Биланс активне снаге у моторном режиму асинхроног мотора

P el - улазна електрична снага, P cu1 - снага губитака у бакру статора (Џулови губици), P Fe1 - снага губитака у жељезу статора, P ob - снага обртног поља, то је она електрична снага која се са статора преноси на ротор, P Cu2 - снага губитака у бакру ротора, P meh - укупна механичка снага ротора, P f - снага механичких губитака (трења и вентилације),

9



P - излазна механичка снага. Као и код параметара еквивалентне шеме поједине снаге се одређују на основу истих огледа.

P Fe1 је даклен сума губитака усљед губитака усљед хистерезиса и губитака усљед вихорних струја. Из еквивалентне шеме можемо да пишемо : Е 2 PFe1 = 3 ..................... (2-1-1) R m Са повећавањем фреквенције напона U s имамо смањивање Rm тако да имамо пораст губитака у жељезу статора. У моторном режиму је U s >E за пад напона на отпору статора R1 и ректанси статора X σ1 . Обично је Rm веће за један ред величине од | X m| па се у неким простим шемама паралелна грана разматара само са ј X m која представља чисти индуктивни отпор.

2.2 МЕХАНИЧКЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ АСИНХРОНОГ МОТОРА

Механичке карактеристике приказују аналитичку или на графички начин зависност електричног момента мотора од брзине или клизања. Електрични моменат мотора (електромагнетни момент или момент конверзије ) добија се када се механичка (излазна ) снага подијели са угловном брзином ротора ωm тј: P P me = = П ω m ω гдје су • П број пари полова, и • ω угаона брзина ротора. Како се момент може изразити у функцији снаге обртног поља тј. : P me = П ob ω s P ob = 3

R 2 s

I2

'2

Уводећи статорску и роторску индуктивност умјесто еквивалентне индуктивности намотаја : L s=Lm+L1 Lr =Lm+L2. И коефицијент укупног расипања :

10


σ =1-

Lm


2

L 2 L r

па имамо формулу за ефективну вриједност роторске струје : I 2′ 2

Us

= Ls Lm

2

 R 2  2  2 ( ) ω σ L +    s r  s  

Коначно према Клосовој формули имамо : 2 me (s)= m p , гдје су : s s p s p

±m p=

 U  Π s  2  ω s  3

2

1 − σ σ L s

+

s

превални момент и s p=±

R 2 ' ω sσ L r

превално клизање.

на основу Клосове формуле цртамо карактеристику момент-клизање :

me

m p Моторски режим

Кочиони режим s p

- s p

s

Генераторски режим

- m p Слика 2-2-1: Механичка карактеристика асинхроног мотора

11



Кад пажњу усмјеримо на интервал клизања од +s p до - s p предходно линеаризујући криву me (s)добијамо слиједећу слику :

me

m p

s p

- s p

s

-m p Слика 2-2-2:Линеаризована крива me (s)

me (s)=

m p

• s=k •

s p

гдје је k=

m p

s,

..........................

(3)

.

s p

Из еквивалентне једнополне шема асинхроног мотора уз занемарење струје магнећења I 0 и статорске отпорности R1 добијамо сљедећи израз за ефективну вредност статорске струје: I 1=

Us 2

, односно

 R 2    + (X )2  s  Us

I 1=

2

X

 s p    + 1  s 

графички приказ ове формуле је на слиједећој слици :

12



Is

5


Моторни режим

0

1

ω

Слика 2-2-3: Ефективна вриједност струје статора у функцији ω

Примјећујемо да је ефективна вриједност струје за s =0 или ω=1 једнака нули што се има ако се занемари струја магнећења I 0 .

2.3

СТРУЈА ПРАЗНОГ ХОДА АСИНХРОНОГ МОТОРА/ГЕНЕРАТОРА

Да би се квалитено анализирало рад асинхроног генератора морамо посебно размотрити струју празног хода I 0 која код асинхроних машина достиже вриједности и до 0.3 I nom . Кад је мотор у празном ходу и ако занемаримо губитке усљед трења ротор се обрће приближно са истом брзином као и магнетно поље статора ( n s = n ) тј. имамо стање синхронизма . Уврставајући ове податке у формулу за клизање добивамо : n −n s= s ≈0 ns

13



I0

U s

R 1

jωL1

Е

jωLm

Im

I p

R m

Слика 2.3.1: Еквивалентна једнополна шема асинхроног мотора у празном ходу

Како је

I 0 = I m + I p и R m > | Xm| тако имамо Im> I p. На слиједећој слици имамо

векторски дијаграм који је само графичка интерпретација поменутих релација .

14



Е

I0

,

I p Im

Слика 2-3-2: Векторски дијаграм струја статора у празном ходу

Примјећујемо да је удио струје I p доста мањи у струји празног хода I 0 од струје магнећења I m тако да можемо пистаи I

0

≈ I m . Видимо да је струја празног хода уз

уважење поменути занемаривања потпуно реактивна . Асинхрони мотор у празном ходу је у највећој мјери рективни потрошач или другим ријечима представља индуктивни отпор .

40 kW 4 kW

 U s    p.u  ω s 

Im p.u Слика 2-3-3: Крива магнећења два асинхрона генератора

15



Код 4 kW асинхроног генератора номинална вриједност напона се достиже при 0.5 вриједности струје магнећења I m , док се за исту вриједност напона код 40 kW асинхроног генератора вриједности струје магнећења I m је 0.3 у p.u.. Ови резултати се у потпуности слажу са чињеницом да је удио струје магнећења у номиналној струји опада са снагом генератора. Ако два асинхрона генератора исте снаге али од различитог произвођача имају различите струје магнећења бирамо онај са мањом . Ово ће значити мања капацитивности кондензатора а тиме и мањи трошкови.

2.4 ГЕНЕРАТОРСКИ РЕЖИМ АСИНХРОНОГ МОТОРА Услов да асинхрони мотор ради у генераторском режиму је да брзина обртања ротора постане већа од брзине обртања статорског магнетског поља тј. n>n s и да се на неки начин обезбједи побуда или струја магнећења I m .Из формуле за клизање закључујемо да оно постаје негативно као и фиктивна отпорност у роторском колу еквивалентне једнополне шеме.

Биланс активне снаге приказан је на слиједећој слици :

Pob

Pel

Pcu1

PFe1

Pmeh

PCu2

P

P

Слика 2-4-1: Биланс активне снаге у генераторском режиму асинхроног мотора

16



У генераторском режиму је U s < E тј. E ге н> E мот. Па ће према изразу (2-1-1) снага губитка усљед вихорних струја и хистерезиса бити већа у генераторском режиму од рада у моторском режиму при једнаком напону U s у оба режима. Ова чињеница нам показује да ће се асинхрони генератор термички напрезати више од асинхроног мотора . Одвођење топлоте из унутрашњости асинхроног генертора представља један од важних задатака при пројектовању ,нпр. бирају се гвожђа са што ужом хистерезисном петљом ,поставља се вентилатор на вратило ротора. Излазна активна електрична снага асинхроног генератора је мање вриједности од улазне механичке снаге управо из разлога поменутих губитака што се примјећује на слици 2-4-1. .Вршна максимална активна снага асинхроног генератора није једнака вршној максималној активној снази асинхроног мотора .степен искориштења је асинхроног генератора је такођер мањи. Док индукциона асинхрона машина може бити и активно оптерећење и генератор активне снаге са реактивном снагом је другачије, наиме асинхрона машина је увијек реактивни потрошач без обзир на режим рада . За режим празног хода реактанса магнећења је доминатна у односу на активну отпорност статора ,што је мотор мање снаге то је удио струје магнећења у номиналној струји асинхроне машине већи.

P(s)

Pmax,M


s p

- s p s

1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -

Pmax,G

Слика 2-4-2 :Активне снага асинхроног мотора у функцији клизања

Линеаризујућу криву P(s) у интервалу клизања од s p до - s p уз претпоставку да је P max,G =0.9 P max,M добивамо једначину праве у облику :

17



P(s)

1

9 . 0

8 . 0

7 . 0

6 . 0

5 . 0

4 . 0

3 . 0

2 . 0

1 . 0

0 -

1 . 0 -

2 . 0 -

3 . 0 -

4 . 0 -

5 . 0 -

6 . 0 -

7 . 0 -

8 . 0 -

9 . 0 -

Слика 2-4-3 :Линеаризована крива активне снага асинхроног мотора у функцији клизања

Q(s)

Моторски режим Генераторски режим

s 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -

Слика 2-4-4 : Реактивна снага асинхроног мотора у функцији клизања

18



Са слике 2-4-2. видимо да постоји интервал негативног клизања при којем мотор генерише активну снагу .Али не постоје негативна клизања при којима мотор може да генерише реактивну снагу што се види на слици 2-4-4. Тада мотор за своју побуду узима рективну снагу споља . Асинхрона машина без обзира да ли ради у генераторском или моторном режиму потрошач је реактивне енергије.

Рад асинхроног мотора у генераторском режиму (асинхрони генератор,овдје се не узима у разматрање генераторско кочење ) се реализује на два начина у зависности од извора побуде и то као : -Паралелни рад с синхроном генераторима . -Рад на сопственој мрежи

2.5 Паралелни рад асинхроног генератора са синхроним генератором Прво ћемо анализирати паралелни рад асинхроног мотора с синхроним генераторима у генераторском режиму . Мотор је спојен на мрежу и у овај режим мотор прелази када се ротор обрће страном погонском машином надсинхроном брзином у смјеру обртања магнетног поља тј. кад је n>n s. Синхрона брзина је је овдје директна посљедица са учесатности напона мреже. Побуду или реактивну енергију Q pod добија из мреже , којој он предаје активну снагу P gen . Због реактивне потрошње овакав тип генератора додатно оптерећује мрежу .

Pgen А.Г.

МРЕЖА

Q pod Слика 2-5-1 :Једноставна шема асинхроног генератора спојеног на мрежу

Да би се отклонио недостатак асинхроног генертаора у вези потрошње реактивне енергије из мреже уз асинхрони генератор се постављају кондензарорске батерије чија је снага једнака снази реактивне потрошње Q pod асинхроног генератора . На овај начин у ствари вршимо компензацију рективне снаге Q pod . Мрежна учестаност напона и струја је и учестаност напона и струја генератора. Овакав тип генератора се може користи као извор електричне енергије у вјетроагрегатима .

19



Само да напоменемо да снага генератора варира од брзине вјетра v , тачније P agregata = f(v³).

Pgen А.Г.

МРЕЖА Q pod

Qcap

Слика 2-5-2 :Компензација реактивне енергије асинхроног генератора спојеног на мрежу

Q pod= Qcap Q cap

= f (U 2 )

Стабилан рад асинхроног генератора спојен на мрежу је уствари условљен стабилности саме мреже. Мрежа је овдје много веће снаге у односу на генератор.Недостатци оваквог начина рада асинхроног генератора у односу на синхроне генарторе :

• •

Додатно оптерећује мрежу реактивном снагом ако се не компензује.

• • •

Потребан систем за праћење брзине обртања ротора

Ако се компензује цијена кондезаторских батерија повећева цијену изведбе

Потребан систем заштите од кратких спојева Мања снага у односу на синхроне генераторе

Предности :

• • •

Једноставан Јефтин Непотребна опрема за синхронизам

20



•

Не захтијева стално присуство посаде

•

Ако се ради о вјетро генератору већа је производња кад је и већа потрошња електричне енергије која је овисна од временске ситуације, рецимо при хладном и вјетровитом времену.

2.6 Рад асинхроног генератора на сопственој мрежи За разлику од асинхроног генератора који ради паралелно са синхроним генераторима могућ је рад асинхроног генератора и на сопственој мрежи . За овај тип асинхроног генератора у литератури на енглеско језику користи се назив самопобудни индукциони генератор што је више описно и поближе осликава принцип рада. Побуда генератора или струја магнећења је обезбијеђена кондензаторима који су спојени на електричне прикључке статора. Слика 2-6-1 приказује типично коло трофазног генератора са кавезним ротором. Кондензатори се спајају у вези троугао првенствено из економских разлога. Ако се кондензатори споје у везу троугао вриједност напона ће се 1 смањити за 3 на њиховим крајевима у односу на спој у троугао, а како је реактивна снага кондензатора ωCU² слиједи да ће се три пута смањити рективна снага споја кондензатора у односу на спој у троугао.

Слика 2-6-1: Самопобудни асинхрони генератор

21



Кондензатор C у шеми на слици 2-6-2. је спојен између фазе и неутралне тачке и налази се у вези са кондензатром C d из формуле за трансформацију звијезде у троугао. Тако је : C=3 Cd

R 1

R2′

јXσ1

j X σ ′ 2

R2′ 1 − s ' s

1 јω С jωLM

R M

Слика 2-6-2: Еквивалентно једнофазно коло самопобудног асинхроног генератора

Отпор R2′

1− s s је негативан и доминантан у односу на остале редно везане

импедансе у колу

Захваљујући великој релативној магнетној пермитивности гвожђа (n100 – n10000) од кога је ротор асинхроног мотора у највећој мјери састављен ( пакети гвоздених лимова и челично вратила ) могуће је веома лако намагнетисати овакав ротор како у току самог рада тако и у мирном стању . Овако намагнетисани ротор ствара ремаментни флукс Фr .Ако страном погонском машином која је механички спојена на вратило асинхроном генератора обрћемо ротор асинхроног генератора у намотајима статора ће се индуковати напон E r који заостаје 90° за ремаментним флуксом.

22



Ф(t) U(t)

t

ФЛУКС

НАПОН

Слика 2-6-3: Временска промјена флукса и индукованог напона у статору

Ако сада на приклључке статора прикључимо кондензаторе , струја која се јавља кроз кондензаторе ће претходити напону E r , даклен биће у фази с флуксем Фr . На овај начин генератор је добио побуду јер кондензатори стварају реактивну снагу . I 0

U s

Rs

јXs

1

Xm=jωLm

јω С

Слика 2-6-4: Еквивалентна шема за прорачун самопобудног кондензатора

Кондензатор стављен на слици 2-6-4. би уствари требало приказати уз реактансу магнећења X m да би се указала функција кондензатора C ,а реално је мјесто на улазу кола.

23



Кондензатор C израчунавамо из услова резонанције уз занемарење статорске индуктивности при константој брзини обртања ротора : C =

1

(ω )2 • L m

[F] , ω = const.

Ако мјењамо вриједност ω при константној вриједности Lm добивамо хиперболу , нпр за рецимо Lm = 0.18 H и распон брзина од 200 до 1500 обр/мин која поприма сљедећи облик :

C = f ( ω )

ω [ obr/min ]

Слика 2-6-5: Крива неоптерећеног генератора при прорачуну кондезатора

Капацитивност кондензатора C је обрнуто пропоционална квадрату учестаност. 1 У датом колу се јављају осцилације учестаности ω s= ,која је уједно и Lm C учестаност напона U s . Lm одређујемо из огледа празног хода мотора као X m=ω Lm

≈

U 1f

. Io У случају да немамо резултате огледа празног хода онда узимамо да је I o

24

≈

0.3 * I n и


Lm =

U1f 0.3 * I n

• 314


[H]

I µ

Uf

ω C 2

I µ ω C 1

Iµ Слика 2-6-6: Карактеристика магнећења и напон на кондензтору

У тачки Т1 имамо равнотежу напона на каондензатору и напона на реактанси магнећења тј. тада напон на кондензатору пресјеца карактеристику празног хода. Ефективна вриједност напона на кондензатору U T1 је уствари напон на излазу асинхроног генератора за дату вриједност C . Ако повећамо вриједност капацитвности кондензатора C 1 на C 2 добити ћемо већу ефективну вриједност напона на излазу генератора јер се смањује по апсолутној вриједности реактанса кондензатора па се равнотежа напона на ректанси магнећења и кондензатору C 2 достиже за веће ефективне вриједности струје I 0. Минимална вриједност капацитивности кондензатора при коме права још увијек сијече карактеристику празног хода представља капацитивност кондензатота потребан за самопобуђивање. При томе напон нема номиналну вриједност али је стабилан. Израз за вриједност кондензатора потребан за самопобуђивање је дат сљедећом релацијом : I µ C = ω U f

25



ова вриједност капацитивности је релевантна за спој кондензатора у звијезду.

2.7 АСИНХРОНИ ГЕНЕРАТОР ПРИ КОНСТАНТНОЈ БРЗИНИ ОБРТАЊА ПОГОНСКЕ МАШИНЕ

Овдје имамо случај ωm=const . и s = ω s

ω s

−

m

ω s

=

, или

ω m (1 - s)

како је клизање негативно , члан у називнику је увијек већи од један па учестаност статорког напона опада са растом клизања( који је уствари посљедица раста снаге оптерћења ) по апсолутној вредности у генераторском режиму.

me ( )

prazan hod optere}en

ω

Слика 2-7-1:Механичке карактеристике асинхроног генератора

26



Са слике 2-7-1 уочавамо да вриједност превалног момента при оптерећењу остаје идентична почетној кривој. Овакво помјерање карактеристика је идентично помјерању карактеристика код U/f управљања па имамо пораст Ђулових губитака у статорском колу и не могу се занемарити.

2.7.1 ИНДУКОВАНИ НАПОН ЈЕДНЕ ФАЗЕ Из теорије електричних машина имамо израз за унутрашњи индуковани електромагнетни напон : E=Es= 4.44 Φ f s W1ξ1 , гдје је Φ заједнички флукс ротора и статора . Ако занемаримо импедансу статора имамо : Us Φ= ω , s

Како се при повећању оптерећења генератора смањује ефективна вриједнос статорског напона и његова фреквенција као и флукс имамо да је смањење фреквенције мање у односу на смањање ефективне вриједности статорског напона.

2.8 КАРАКТЕРИСТИКЕ АСИНХРОНОГ ГЕНЕРАТОРА ПРИ РАЗЛИЧИТИМ ОПТЕРЕЋЕЊИМА

27



Z S

E

Us C

Z P

Слика 2-8-1 :Оптерећени асинхрони генератор

На слици 2-8-1. имамо еквивелнтно коло генератора с потрошачем чија природа је итекеко важна за наредну анализу. За претежно активно оптерећење имамо да су струја I p и напон U f у фази па се троши само активна снага . Регулација активне снаге се врши погонском машином асинхроног генератора.

Слика 2-8-2: Активно оптерећење

28



Слика 2-8-3: Капацитивно оптерећење

Слика 2-8-4: Реактивно оптерећење

Видимо са слика 2-8-4,2-8-5 и 2-8-6 да ће у зависности од врсте оптерећења зависити фазни став струје оптерећења и флукс генератора. Напон је директна посљедица флукса који је опет посљедица струје оптерећења. Ако је струја оптерећења истог смијера и фазе са флуксом напон ће да

29



расте, а ако је у контра смијеру и фазе напон опада и може да дође до разбуђивања асинхроног генератора. Један од недостатака примјене асинхроног генератора на сопственој мрежи је у томе што је и сам реактиван потрошач па у случају реактивне потрошње нема могућности производње реактивне снаге као што је случај код синхроних генератора. Овај проблем се рјешава додавањем кондензаторске батерије на излазу генератора тј. вршимо компензацију рективне снаге.

3 АНАЛИЗА РАДА АСИНХРОНОГ ГЕНЕРАТОРА У ДИНАМИЧКОМ СТАЊУ 3.1 ДИНАМИЧКИ МОДЕЛ АСИНХРОНОГ ГЕНЕРАТОРА

Динамички модел асинхроног генератора , дакле шема која вриједи не само за устаљена већ и за прелазна стања , изводимо непосредно из В-модела који гласи : Напонске једначине : d λ ds Uds = R s ids + − ω sλ sq dt d λ dr 0 = Rr i dr + − (ω s − ω )λ rq dt Uqs = R s iqs + 0 = Rr i qr +

d λ qs

dt d λ qr dt

− ω sλ sd

− (ω s − ω )λ rd

Магнетне једначине :

λds = LiS ids λdr = LM ids

+ LM idr + LiR idr

λqs = LiS iqs λqr = LM iqs

+ LM iqr + LiR iqr

30



Механичке једначине и једначине момента не пишемо јер нису потребне за даљњу анализу. Ако се изабере статорски координатни систем тј. стави ω s=0 напонске једначине у Лапласовом домену у матричној форми изгледају :

 R + pL + 1 s 0  s pC 0    = 0  0     pL M 0   ω R L M 

0 R s

+ pL s +

pL M 1

0

pC

− ω R L M

R R

pL M

+ pL R

ω R L R

   pL M   − ω R L R   R R + pL  0

iqs  V cq 0  i  V   ds  +  cd 0  iqr   K q      idr   K d 

или скраћено : 0 = [ Z ][ I ] + [V 0 ]

гдје су : LS = LiS + LM LR = LiR + LM d p= dt ωR – електрична угаона брзина ротора Kq и Kd су константе које репрезентују почетне индуковане напоне дуж q и d осе респективно условљене ремаментим магнетизмом ротора. V cq0 и V cd0 су почетне вриједности напона на кондензатору дуж q и d осе респективно. L M у разматрањима за моторне режиме је константа док у овој анализи за асинхрони генертор је функција статорског напона .

31



P

R s

R L

Lis

Lir

R r

- ωr λqr

Lir

R r

C

λds

Vcd

LM

λdr

Слика 3-1-1:d – Еквивалентна шема

P

Rs

R L C

Vcq

Lis

λqs

λqr

Слика 3-1-2: q – Еквивалентна шема

Самопобудне струје се добијају рјешавањем једначине тако да имамо :

[ I ] = −[ Z ]−1[V 0 ]

Статорска самопобуђујућа струја ids је одговорна за побуду и дата је са :

32

-ωr λdr


ids =

Дипломски рад U

[ Ap

4

+ Bp 3 + Cp 2 + Dp + E ] + [Gp 2 ] 2

2

гдје су : А = LR 2 LS C – LM2 C LR 2 B = LR 2 R S C + 2 R R L R LS C – LM C R R C = LR 2 + 2 R R LR C R S + (R R 2 + ω2 LR 2 ) LS C – LM2 C ω2 LR 2 2 2 D = 2 R R L R + (R R + ω LR ) C R S E = R R2 + ω2 LR 2 G = LM2 C ω R R и U чланови који зависе од почетни услова и параметара машине. Ако израз у називнику изједначимо са нулом добивамо карактеристичну једначину тј.

[ Ap

4

+ Bp 3 + Dp 2 + Ep + F ] + [Gp 2 ] = 0 2

2

и ако било који од коријена горње једначине има позитиван реалан члан и имагинариан члан различит од нуле тада ће доћи до самопобуде односно напон на статорским намотајима се успоставља на номиналну вриједност за дату вриједност брзине обртаја ротора и капацитивности С .

3.2 Програм и алгоритам

[

] [ 2

]

2

Програм за рјешавањем једначине Ap 4 + Bp 3 + Dp 2 + Ep + F + Gp 2 = 0 при познатим параметрима машине написан је у ЕXCELU &MATLABU 6.5 . и у Visual Studiu C++ 6. Улазни подаци програма су параметри генератора тј.: Rs Ls Lm Rr Lr C ω На основу улазни паодатака програм одређује коријене карактеристичне једначине и испитује да ли може или не може доћи до самопобуђивања . На слици испод представљамо алгоритам дијаграмом тока :

33



Rs,Ls,Lm,Rr,Lr,C,ω

не

АЛГОРИТАМ

? да САМОПОБУДА

Слика 3-2-1: Дијаграм тока програма

На сљедећој слици имамо дијалог прозор преко којег уносимо улазне податке потребне за извршавање алгоритма испитивања да ли су испуњени услови самопобуде.

34 Слика 3-2-2:Дијалог прозор за унос података



Слика 3-2-3:Прозор за приказивање резултата

3.3 КАРАКТЕРИСТИКЕ МЕЂУИНТИКИВНОСТИ LM И ЊЕНИ УТИЦАЈИ НА САМОПОБУЂИВАЊЕ И СТАБИЛАН РАД АСИНХРОНОГ ГЕНЕРАТОРА

За моделовање асинхроног мотора важно је одредити међуиндуктивност L M неким од огледа и она се сматра константом за даљњу анализу . Међутим за квалитетно моделовање и анализе које се односе на асинхрони генератор промјене међуиндуктивности L M је главни фактор у динамици успостављања напона на прикључцима асинхроног генератора и стабилности рада. Као примјер дајемо мјерење извршено на мотору сљедећих параметара : U N = 415 V I N = 7.8 А P N = 3.6 kV f N = 50 Hz У овом испитивању међуиндуктивности L M рачунато је уз погон асинхроног мотора синхроном брзином а опсег промјене напона је од 0 до 120% номиналног напона.

35



Међуиндуктивност L M кориштена у овом експерименту је приказана слици 3-2-1. гдје су тачке одређене мјерењем а крива је интерполациони полиномом четвртог степена :

LM = -1.62 x 10 -11 V ph4 + 2.67 x 10 -8 V ph3 -1.381 x 10 -5 V ph2 + 1.76 x 10 -3 V ph4 + 0.23 Гдје је V ph фазни напон.

Слика 3-3-1:Промјена међуинтиктивности са напоном

Видимо да L M почиње од мале вриједности па расте док не достигне вршну вриједност и коначно почиње опадати. Промјене L M је резултат карактеристике криве магнећења и у ствари је посљедица :

LM =

d λ M di M

Кад је асинхрони генератор на слици с отвореним прекидачем P прикључен на погонску машину појављује се одговарајући напон на кореспондетној минималној брзини . Минимум брзине за дате параметре генератора може да се одреди рјешавањем коријена једначине са полинимом 8 степена и тражење да ли постоји коријен са позитивним реалним чланом. Кориштењем ове технике на неоптерећеном генератору одређујемо тачке самопобуде ,слика 3-2-1.

36



Слика 3-3-2: Вриједност капацитивности и брзине за самопобуђивање неоптерећеног генератора .

Слика 3-3-2 упоређује мјерене и рачунске резултате и такођер приказује ефекте међуиндуктивности L M на почетак самопобуђивања кориштењем напонски одређене вриједности L M (нпр. 0.18 H ) и незасићена вриједност од 0.23H. Различите вриједности L M су добивене на основу слике 3-3-1. Ако је L M одређена са 0.18 H кориштена за одређивање почетка самопобуђивања појавити ће се грешка уочљива на слици 3-3-1. Посматрајмо слику 3-3-1. ,као што се види почетак самопобуђивања је у тачци А гдје је фазни напон близак нули а L M приближно 0.23 H. Једном кад почне самопобуђивање генерисани напон ће расти па тако и вриједност L M расте до тачке B. Између тачака B и C међуиндуктивност L M опада са континуалним растом напона до уласка у његов стабилни режим. Између тачака А и B је нестабилно подручје јер ако асинхрони генератор уласком у то подручје дође до малих смањења брзине обртаја ротора долази до смањења напона а то опет смањује L M . Овај кумулативни процес се завршава кад напон падне приближно на нулу. Једном кад нестане фазног напона не постоји ниједан транзијентни феномен да га поврати па иако би се брзина обртаја ротора почела повећавати. Овај феномен је посљедица демагнетизације у магнетном колу ( језгри) ротора асинхроног генератора. Кад је језгро демагнетисано не може више доћи до самопобуђивања без поновног његовог магнетисања , слика 3-3-3. Уствари , то се математички своди на :

37


V cq 0  V   cd 0  =  K q     K d 


 0  0    0    0

Једини начин да се успостави самопобуђивање је да се на неки начин намагнетише језгро ротора тј. K q и K d различити од нуле . У пракси се то врши довођењем једносмјерног напона на намотаје статора или поновним пуњењем кондензатора тј. да буде V Cq0V Cd0 различито од нуле

.

Слика 3-3-3: Неуспјешно самопобуђивање

Између тачака B и C је стабилно подручје рада . Када брзина опда напон ће опадати али ће међуиндуктивности L M расти која омогућује асинхроном генератору да настави са стабилним радом при смњеним напоном слика 3-3-4. Раст међуиндуктивности L M се одражава на позитивне чланове коријена у карактеристичној једначини.

38



Слика 3-3-4: Стабилан напон при смањеној брзини

За константну брзину обртања ротора у стабилном подручју рада неоптерећеног асинхроног генератора имамо и непромјењен фазни напон слика 3-3-5.

Слика 3-3-5:Стабилан рад при константној брзини

39



На слиједећој слици је дат приказ успјешног самопобуђивања неоптерећеног асинхроног генератора при регулисаној брзини обртања ротора с циљом њене константности.

Слика 3-3-6:

Успјешно самопобуђивање при регулисаној брзини

Кад се успостави генерисани напон на номиналну вриједност можемо прикључити оптерећење одговарајуће отпорности на прикључке генератора.

3.4 Минимална вриједност брзине и капацитивности потребни за самопобуђивање при активном оптерећењу

Ако прекидач Р на слици 3-1-1 и 3-1-2 затворимо имамо режим рада асинхроног генератора спојен на активни отпор . Са спојеним оптерећењем једначина се модифукује па тако она сад у овом случају имамо да је :

40

Момчило Клеут R L  R pL + + s s 0   1 + pR LC 0    = 0 0      pL M 0   ω R L M 


0 R s

+ pL s +

pL M R L

0

pR LC

− ω R L M

R R

pL M

+ pL R

ω R L R

   pL M   − ω R L R   R R + pL  0

iqs  V cq 0  i  V   ds  +  cd 0  iqr   K q      idr   K d 

Рјешавањем горње једначине на сличан начин као и у случају неоптерћеног генератора добивамо криве за различите вриједности отпора , слика 3-4-1.

У зависности од величине активног отпора имамо и различите вриједности капацитивности и брзине обртања при којем ћемо имати стабилан рад генератора. Постојати ће минимална и максимална брзина с којом се остварује смопобуђивање. На слици 3-4-1 имамо показану захтијевану вриједност брзине и капацитивности кондензатора у зависности од оптерећења.

Слика 3-4-1: Криве минималне брзине и капацитивности за самопобуђивање

Видимо да са повећањем оптерећења тј. са мањом вриједности отпора морамо повећавати брзину обртања ротора или капацитивност или обоје. Крива се помјера у десно са повећањем оптерећења. Ако је оптерећење изнад 1000 Ω имамо коинциндентну криву приказаној на слици 33-2 тј. као да генератор није оптерећен.

41



3.4 ЕФЕКТИ ПРИ ПРОМЈЕНИ ОПТЕРЕЋЕЊА

Кад асинхрона машина ради у моторном режиму при константној фреквенцији напона извора фреквенција флукса у међугвожђу је константна. Кад је мотор оптерећен (механички ) брзина обртања ротора ће зависити од оптерећења . При константној брзини обртања ротора асинхроног генератора брзина обртања флукса у међугвожђу ће заостајати за роторском брзином. У случају да расте оптерећење генератора вриједност негативног клизања ће такођер расти. У овом случају брзина обртања ротора је улазна величина , раст клизања је посљедица смаењења брзине обртања флукса у међугвожђа тј. s=

f statora

− f rotora

f statora

⇒ f statora =

= 1−

f rotora f statora

=>

f rotora 1 − s

како је клизање у функцији од снаге оптерећења P RL тј. од R L , и у стабилном стању је је та зависност апроксимативно линеарна тако имамо : f statora

=

f rotora 1 + K • P R L

Смањење брзине обртања поља у међугвожђу има за посљедицу смањење напона и његове фреквенције. Користимо резултате симулације и мјерења да би квалитетно анализирали рад оптерећеног асинхроног генератора . Мјерења се извршена кориштењем аквизициом плочом конектована на персонални рачунар. У симетричном трофазномсистему , појављују се два фазна напона тренутне вриједности: V a = V m sin t V b

= V m sin (ω t − 120°)

и двије фазне струје тренутне вриједности : I a = I m sin ω t I b

= I m sin (ω t − 120° − φ )

Имамо четри једначине са четри непознате . Гдје су четри непознате Vm , I m , ω t и φ које израчунавамо на основу четри мјерене вриједности V a ,V b , I a и I b. Фреквенција је рачуната на основу формуле : (ω t 2 − ω t 1 ) f S = , T s • 2 • π

42



гдје је TS вријеме између два узастопна одбирка , уствари то је периода одабирања која мора да задоваљава услове Шенонове теореме одабирања која гласи : 1 TS ≤ , гдје је f GR гранична фреквенција мјереног сигнала. 2f GR

Слика 3-4-2:Пад фреквенције и напона након прикључења оптерећења

Асинхрони генератор у тренутку стартовања је неоптерећен и самопобуђивање је остварено при брзини обртања ротора 1480 обрт / мин и капацитивности кондензатора од 60 µF. У тренутку t = 1.2 s генератор је оптерећен са активном оптерећењем R L = 55 Ω. Након оптерећења генератора напон и фреквенција тренутно попримају мање вриједности у односу на неоптерећени генератор. Примјећујемо да је процентуални пад напона већи од процентуалног пада фреквенције статорког напона . Ово је посљедица смањења капацитивне струје побуде која директно утиче на смањење флукса у међугвожђу. Ако и брзина погона асинхроног генератора опада са прикључењем оптерећења тада ће пад статорског напона и његова фреквенција бити већи од случаја у коме се брзина погона одржава константом рецимо помоћу центрифугалног регулатора. На сљедећим сликама су приказани резултати мјерења ефективне вриједности фазног напона и излазне снаге.

43



Слика 3-4-3 Промјена напона и снаге након укључивања оптерећења

У стабилном режиму рада промјене напона и његове фреквенције су зависне од величине оптерећења . На сљедећој слици је дата та зависност :

Слика 3-4-4:Промјене напона и његове фреквенције од величине оптерећења

44



Фреквенција генерисног статорског напона без кондензатора и оптерећења је дата са : f S =

nP

60 гдје је P број пари полова . Кад се кондензатор споји на намотаје статора напон и струја се успостављају и долази до губитка електричне снаге у самом генератору. Овај губитак се јавља у статорком колу генератора на активној отпорности статорског намотаја и активној отпорности у паралелној грани. Ови губици се морају надомјестити из погонске машине.

3.5 ПРИМЈЕР АСИНХРОНОГ ГЕНЕРАТОРА КАО ВЈЕТРО ГЕНЕРАТОРА

Слика 3-5-1: Промјене напона и фреквенције усљед промјене брзине, 45 капацитибности и оптерећења



У тренутку t = 0 sec кондензатор капацитивности 60 µF је прикључен на статорски намотај неоптерећеног генератора тј. R L = ∞ при успостављеном номиналном напону. У t = 2 sec прикључујемо оптерећење отпорности 55 Ω. Ово има за посљедицу смањење генерисаног напона , фреквенције , струје кондензатора и статорске струје али и повећање струје оптерећења и електромагнетног момента. Да би компензовали пад напона у тренутку t = 6 sec повећавамо вриједност капацитивности кондензатора на 210 µF. Вриједност напона је иста као и кад је генератор био неоптерећен док је нјегова фреквенција још опала. Све струје , момент и излазна електричнаснага су се повећале. Повећањем вриједности капацитивности кондензатора смањујемо његову импедансу 1 1 тј. имамо : Z C = 60 µ F = > Z C = 210 µ F = , па је очекиван пораст струје кроз јω С јω С кондензатор. Струјна равнотежа по 1. Киркофовом закону у овом случају је : i L

= iS − iC

У тренутку t = 10 sec вриједност отпора оптерећења се повећала на 90 Ω што има за посљедицу смањење снаге , и напон достиже вишу вриједност од оне у тренутку t = 0 sec . Статорска струја , струја кроз побудни кондензатор , фреквенција и брзина су се повећале док струја оптерећења , излазна снага и момент су опали. У тренутку t = 14 sec вриједност капацитивности кондензатора је смањена на 126 µF да би се смањила ефективна вриједност генерисаног напона на стање у почетном тренутку .Све струје , електромагнетни момент и излазна снага су се смањиле. Међутим , брзина и фреквенција су се повећале.

Слика 3-5-2: Струја кондензатора, оптерећења и статора у функцији времена

Примјећујемо да у свим случајевима које смо разматрали промјене фреквенције напона прате промјену брзину ротора која је зависна од вјетро турбине. За дату брзину подешавањем капацитивности компензујемо промјене напона узроковано промјеном оптерећења.

46



Међутим , фреквенција је зависна од брзине ротора и оптерећења. Промјена капацитивности нема директан утицај на фреквенцију генерисаног напона. Кад асинхрона машина ради као мотор брзина обртног магнетног пољу у међугвожђу тотално зависи од фреквенције напајања . Код синхроног генератора фреквенција генерисаног напона је зависна само од брзине обртања погонске машине за дати број полова. Међутим , као што смо видјели код асинхроног генератора фреквенција генерисаног напона зависи од брзине обртања ротора од стране погонске машине и од оптерећења. Задржавајући брзину обртања ротора преко погонске машине константну при порасту оптерећења проузрокује смањање амплитуде генерисаног напона и фреквенције изолованог асинхроног генератора. Ово је посљедица пада брзине обртног магнетеног поља. Ако и брзина обртања ротора опада са повећањем оптерећења тад ће пад амплитуде напона и његове фреквенције бити још већи од случаја када је брзина ротора била константна.

47



3.6 УТИЦАЈ АКТИВНИХ ГУБИТАКА У ЖЕЉЕЗУ НА ВРИЈЕДНОСТИ КАПАЦИТИВНОСТ КОНДЕНЗАТОРА И СТАТОРСКОГ НАПОНА КОД САМОПОБУЂИВАЊА

Ове губитке како смо већ споменули репрезентује отпорност у паралелној грани еквивалентне једнополне шеме асинхрине машине и како су ти губици при генераторском режиму повећани у односу на моторни режим овдје ћемо се осврнути на утицај ових губитака на самопођивање. Помоћ при анализи су двије слике испод у којој видимо да се вриједности какпацитивности кондензатора на статорским намотајима повећала при истој брзини ротора да би се остварила самопобуда тј. Карактеристика се помјера у десно.

Слика 3-6-1: Поређење кривих самопобуде при различитим Rm

Можемо на основу горње слике одредити приближну релативну грешку вриједности капацитивности кондензатора у случају кад занемарујемо поменуте губитке : ∆C(%)=

200 − 170 200

*100 = 15% при 800 обр / мин

48



Овај нам приближни резултат даје квантитативну грешку при наведеном занемарењу. На сљедећој слици да видимо не узимајући у обзир поменуте губитке имамо малу разлику у промјени ефективне вриједност напона статора у односу на анализу кад узимамо у обзир те губитке.

Слика 3-6-2: Поређење кривих напона при различитим Rm

Видимо да у стабилном стању у оба случаја ефективна вриједност идентична док је при успостављању напона карактеристика без губитака `бржа`.

49



3.7 СИМУЛАЦИЈА АСИНХРОНОГ ГЕНЕРАТОРА У МАТЛАБУ

У овој симулацији имамо примјер из праксе систем вјетрогенератор и дизел агрегат са синхроним генератором. Синхрони генератор са основним подацима : 480 V, 300 kVA и асинхрони генератор : 480 V, 275 kVA. Потрошња је моделисана са активном снагом од 50 kW и промјењивим потрошачем у опсегу од 0 до 446.25 kW. При малим брзинама вјетра асинхрони генератор и синхрони генератор покретан дизел машином заједно обезбјеђују потребну енергију потрошачима. У периоду кад вјетар достигне потребну брзину довољну да асинхрони генератор својом генерисаном снагом покрије снагу потрошње може се искључити дизел агрегат па уствари синхрони генератор се користи као регулатор напона мреже на номиналну вриједност. Варијабилнио оптерећење има функцију регулатора системске фреквенције напона.

Слика 3-7-1: Блок шема модела система у Матлабу

50



У овој симулацији узимамо да је брзина вјетра 10 m/s па је довољна да асинхрони генератор производи довољно енергије за потребе главног потрошача тј.за ту брзину вјетра према карактеристици имамо да је механичка снага на улазу у генератор 207 kW.

Слика 3-7-2: Карактеристике турбине

Међутим због постојања снага губитака електрична снага на прикључцима генератора је 200 kW. Снагу од 150 kW се троши на промијењивом оптерећењу . У тренутку t = 0.7 s укључује се додатно оптерећење од 25 kW тј. имамо укупну снагу оптерећења од 225 kW што резултира опадањем системске фреквенције , што се види и на графику.

51



Слика 3-7-3:Промјене фреквенције и брзине усљед промјене оптерећења

Овај пад фреквенције се компензује смањењем снаге опетерећења промијењивог оптерећења што даје за резултат враћање вриједности фреквенције напона на номиналу вриједност.

52



Слика 3-7-4:Промјена активне снаге потрошача, реактивне снаге кондензаторске батерије и активне снаге турбине усљед промјене оптерећења

53



ЗАКЉУЧАК

На основу свих извршених анализа у овоме дипломском раду раду закључујемо предности односно недостаке асинхроног генератора као и саму примјену асинхроног генератора у пракси . ПРИМЈЕНА : • Генератор у електроагрегатима покретани моторима на унутрашње сагоријевање • Генератор у вјетроагрегатима • Генератор у мањим хидроагрегатима за мање снаге потрошача

НЕДОСТАЦИ : • • •

Мала снага Ограничен на производњу активне снаге Вриједност генерисаног напона и његова фреквенција су опадајућа функција пораста оптерећења

ПРЕДНОСТИ : • • •

Једноставан Јефтин Уз минимално улагање се изгради мања енергетска јединица

54



ДОДАТАК 1. ШЕМЕ ВЕЗА КОНДЕНЗАТОРА СПОЈЕНИХ НА ПРИКЉУЧЦИМА СТАТОРСКИХ НАМОТАЈА АСИНХРОНОГ МОТОРА

55



2. Дио кода у програмском језику C++ void C_StudentView::OnEnergetikaAsinhronigenerator() { C_StudentDoc* pDoc=GetDocument(); ASINGENERATOR size; if(size.DoModal()==IDCANCEL) return; Rs=size.m_Rs; Ls=size.m_Ls; Lm=size.m_Lm; Rr=size.m_Rr; Lr=size.m_Lr; C=size.m_C*0.000001; w=size.m_w; A1=pow(Lr,2)*Ls*C-pow(Lm,2)*C*Lr; B1=pow(Lr,2)*Rs*C+2*Rr*Lr*Ls*C-pow(Lm,2)*C*Rr; C1=pow(Lr,2)+2*Rr*Lr*Rs*C+(pow(Rr,2)+pow((w*Lr),2))*Ls*C pow((Lm*w),2)*C*Lr; D1=2*Rr*Lr+(pow(Rr,2)+pow((w*Lr),2))*Rs*C; E1=(pow(Rr,2)+pow((w*Lr),2)); G1=pow(Lm,2)*C*Rr*w; K[0]=pow(E1,2); K[1]=2*D1*E1; K[2]=2*E1*C1+pow(D1,2); K[3]=2*B1*E1+2*C1*D1; K[4]=2*A1*E1+2*B1*D1+pow(C1,2)+pow(G1,2); K[5]=2*A1*D1+2*B1*C1; K[6]=2*A1*C1+pow(B1,2); K[7]=2*A1*B1; K[8]=pow(A1,2); test=55; int y; y=7; gsl_poly_complex_workspace * w = gsl_poly_complex_workspace_alloc (y); gsl_poly_complex_solve (K, y, w, z); gsl_poly_complex_workspace_free (w); Invalidate();

}

56



3.ТЕХНИЧКИ ПОДАЦИ АСИНХРОНОГ ГЕНЕРАТОРА ПРОИЗВЕДЕНОГ У ФАБРИЦИ СЕВЕР

57



ЛИТЕРАТУРА [1] Владан Вучковић : Електрични погони , Електротехнички факултет, Београд , 1997. [2] C. Grantham & M.F. Rahman : The Dynamic Characteristics of an Isolated

Self-Excited Induction Generator Driven by a Wind Turbine , IEEE , The University of New South Wales,Sydney NSW 2052, Australia [3] Dr. Gary L. Johnson : Wind Energy Systems , IEEE

[4] Saifur Rahman Green Power : What Is It and Where Can We Find It ? [5] Огњен Зељковић : Испитивање трофазног асинхроног мотора у празном ходу и кратком споју , ЕТФ Бања Лука , 2003. [6] Интернет , www.sever.co.yu [7] Маталабова документација помоћи [8] MSDN

58

Asinhroni Generator

Recommend Documents