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

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 I _ф, мощности на выходе генератора P_вых, частоты вращения n, угла отклонения балансирного механизма , по которому рассчитывался момент на валу асинхронного генератора.

По опытным данным были рассчитаны скольжение ротора S, момент на валу асинхронного генератора M _вх, мощность на валу P_вх, активная и реактивная составляющая токов I_ак, I_реак, а также коэффициент мощности асинхронного генератора cos .

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	, град.	S, отн.ед.	Мвх , Нм	Pвх , Вт	Iак , A	Iреак , A	cos , 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	, град.	S, отн.ед.	Мвх , Нм	Pвх , Вт	Iак , А	Iреак , A	cos , 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.