Каков коэффициент скольжения асинхронного генератора в островной сети?

Большинство учебников, посвященных асинхронным машинам, охватывают только сценарий использования двигателя. При использовании машины в качестве двигателя коэффициент скольжения определяется частотой тока статора по уравнению

с "=" ф с − п 2 ⋅ н р 60 ф с "=" н с − н р н с

где

с - коэффициент скольжения,

ф с частота статора

п это количество полюсов

н с синхронная скорость двигателя в об/мин

н р фактическая скорость ротора в об/мин

Все это имеет смысл, когда машина работает как двигатель и/или подключена непосредственно к сети передачи, которая обеспечивает ток намагничивания и стабильную частоту для обмотки статора.

Мой вопрос: что произойдет, если машина работает как генератор и находится в автономной сети? Я понимаю, что нам нужен источник реактивной мощности, например конденсаторная батарея с плавным пуском, но если скорость машины переменная, как, черт возьми, определяется коэффициент скольжения? Нет намагниченности переменного тока и, следовательно, нет частоты на обмотке статора. Как устанавливается частота?

И как я могу создать простую модель этого, которую я могу использовать в Simulink или в Scilab xcos?

Я хочу смоделировать систему генерации ветра в островной сети или систему с переменной скоростью, соединенную с сетью передачи через выпрямитель, а затем преобразователь постоянного тока. Как обычно, я откусил больше, чем мог прожевать, и теперь я понимаю, почему все делают эти модели с синхронными машинами с постоянными магнитами: это намного проще.

Может, ты докажешь мне, что я не прав?

Вы имеете в виду "генератор переменного тока в островной сети"? Если да, когда вы говорите «островная сеть», вы имеете в виду, что генератор переменного тока является единственным членом сети? Если это так (и это НЕ моя специализация), я думаю, что у вас может быть «особый случай», и вам нужно предоставить «сигнал» / возбуждение в соответствии с требованиями. Возможно, вам придется предположить, что присутствует остаток постоянной намагниченности, чтобы запустить систему или обеспечить какое-то возбуждение. Я видел, как люди используют трехфазные двигатели с конденсаторами, чтобы обеспечить самовозбуждение и использовать их в качестве генератора переменного тока.
@RussellMcMahon: да, в основном это то, что я имею в виду. Я понял часть об источнике реактивной мощности для возбуждения, но обычно это делается с помощью конденсаторной батареи. Когда батарея разряжается, обмотки статора намагничиваются, но этот ток статора первоначально не меняется. Ротор вращается в поле статора, и по нему течет ток, который создает магнитное поле. В конце концов, индуцированное поле в роторе вызовет переменный ток в статоре... по крайней мере, так я это понимаю.
@RussellMcMahon: моя задача такова: частота тока статора определяет синхронную скорость машины. Коэффициент скольжения (см. выше) является функцией синхронной скорости и фактической скорости ротора, за исключением того, что без внешнего источника переменного тока нет фиксированной частоты; это должно было бы исходить полностью от асинхронного генератора. Моя цель — смоделировать это математически, чтобы я мог это смоделировать, но это замкнутый цикл.
Я только что понял, что написал «двигатель», когда имел в виду «генератор». Извините за путаницу. Я отредактировал исходный вопрос.
Чтобы 3-фазная асинхронная машина работала в качестве генератора, ее нужно сначала запитать вращающимся полем. Тогда ветер заставит ротор вращаться быстрее, чем вращающееся поле в статоре, и только тогда скольжение может стать отрицательным и машина начнет работать в генераторном режиме. Поэтому при слишком слабом ветре ветряк будет работать в моторном режиме и обычно вообще выключается.
Надеюсь, вы читали статью в Википедии на эту тему. При работе в качестве островного генератора величина скольжения будет сильно зависеть от импеданса нагрузки.
@DaveTweed: Ах, да, статья в Википедии :) Она содержит поясняющую фразу: «Для автономных систем частота и напряжение являются сложной функцией параметров машины, емкости, используемой для возбуждения, а также значения и типа нагрузки», которая не является достаточно информации для разработки любой математической модели. Похоже, я был прав насчет сложности этой задачи.
Я удалил комментарий Matlab, поскольку вы, похоже, еще не находитесь в той точке, где вы можете получать полезные предложения, связанные с Matlab. Далее: если вы не можете вывести точную формулу, можно ли провести эксперимент и сделать какие-то выводы?

Ответы (5)

Итак, просто асинхронный двигатель, используемый в качестве генератора? Да, на обмотке статора ЕСТЬ переменное намагничивание. Прокрутите вал, и появится синусоида. Индукционный генератор представляет собой электромеханический генератор синусоидального сигнала. Небольшая остаточная поляризация железных деталей запускает его, и она нарастает в виде механического RLC-резонанса между конденсаторами и индуктивностью генератора (но, конечно, работает далеко от резонанса).

В этом случае «синхронная» скорость будет частотой сигнала переменного тока, измеренного на обмотке статора (или на выводах группы крышек), такой же, как при работе в режиме двигателя. Затем происходит скольжение между частотой этой катушки и частотой вращения ротора генератора. Просто укажите частоту переменного тока в оборотах = 2/количество полюсов x 60 x ГцЧастота.

Таким образом, если 4-полюсный асинхронный двигатель (в качестве генератора) с конденсатором определенного номинала выдает 70 Гц на блоке конденсаторов, b-поле внутри двигателя вращается со скоростью 2/4*60*70 = 2100 об/мин. Если фактическое число оборотов вала составляет 2200, то коэффициент скольжения составляет (2100 - 2200)/2200 = -0,045. Я назвал его отрицательным скольжением, поскольку оно противоположно скольжению асинхронного двигателя, управляемому сетью.

Я сам не связывался ни с одним из этих зверей, так что отнеситесь ко всему этому с долей скептицизма.

Классическая страничка своими руками: QSL-сайт любительского радио

Концепция скольжения немного вводит в заблуждение для ветряных турбин с регулируемой скоростью. Тип, в котором используется асинхронная машина, называется асинхронным генератором с двойным питанием (DFIG), и его скорость может изменяться за счет использования преобразователя переменного тока в переменный, применяемого к обмоткам их ротора. Поскольку в этих машинах нет фактической индукции, термин проскальзывание может быть немного странным в использовании, но значение s все еще можно рассчитать, и оно отрицательное.

Для генераторов этого типа не требуются батареи конденсаторов для подачи реактивной мощности, поскольку преобразователи могут использоваться для управления производством реактивной мощности от асинхронной машины.

DFIG должен иметь источник переменного тока для работы, но это не запрещает его работу в изолированной системе. Островные системы часто представляют собой системы переменного тока.

Я не совсем уверен, почему синхронные машины с постоянными магнитами легче моделировать. Для ветряных турбин в этих машинах также используется силовая электроника, а скорость их вращения также варьируется в широком диапазоне.

Если у вас есть набор инструментов SimPowerSystems, то эти типы генераторов можно моделировать в Simulink.

http://www.mathworks.se/help/physmod/powersys/ref/windturbinedoulyfedinductiongeneratorphasortype.html

но есть и бесплатные модели, которые доступны

http://www.ece.umn.edu/users/riaz/

Другой бесплатный инструмент MATLAB, который можно использовать для моделирования энергосистем, — это

http://www.ece.umn.edu/users/riaz/

Ваше утверждение «Потому что в этих машинах нет фактической индукции» не имеет для меня никакого смысла; индукция есть по определению, без индукции машина не может развивать статорное напряжение (в островной системе). Кроме того, DFIG — не единственные индукционные машины, используемые в ветроэнергетике; есть и другие (на ум приходит датская концепция). Кроме того, все примеры, которые я видел, предполагают источник реактивной мощности на обмотках статора, поэтому я не вижу, как здесь поможет наличие инвертора AC-AC на роторе.
Кроме того, даже если на обмотках ротора есть преобразователь переменного тока в переменный: в условиях пуска из обесточенного состояния ему нужно откуда-то получать питание.
Индуктивность в обмотках ротора отсутствует. Напряжение там напрямую подается из сети через преобразователь на обмотки ротора. Статор также подключен к сети, поэтому имеет напряжение. Под датской концепцией я предполагаю, что вы имеете в виду асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором, но это не турбины с регулируемой скоростью, о чем просили в вопросе. Да, для этих турбин используются источники реактивной мощности на стороне статора, но они не имеют силовой электроники, поэтому требуется реактивная компенсация.
Но, может быть, я вижу, что вопрос, который задавался, заключается в том, как использовать ветряную турбину с регулируемой скоростью для запуска в темноте, а не для работы в островном режиме?
Разве «островная работа» не должна подразумевать, что она должна работать и в условиях полного запуска, поскольку в любом случае система должна каким-то образом запускаться? Я знаю, что это почти никогда не делается на практике, но именно поэтому я хочу смоделировать это. На этом сайте показан пример лабораторного стенда: arthropodsystems.com/AsynchronousGenerator1/… С тех пор я обнаружил, что это состояние с переменной скоростью на острове обычно моделируется с помощью пространственных векторов, чему я все еще учусь, и, по-видимому, это довольно сложно сделать.

Согласно этой статье в Википедии , если двигатель используется в качестве автономного генератора: частота и напряжение являются сложной функцией параметров машины, емкости, используемой для возбуждения, а также значения и типа нагрузки.

Эта ссылка может предоставить информацию об использовании асинхронного двигателя в качестве генератора.
Двигатели в качестве генератора
Другой возможностью было бы использование синусоидального инвертора для возбуждения вашего генератора.
Или используйте этот метод для возбуждения обмотки возбуждения двигателя/генератора постоянного тока,
это должно обеспечить постоянную частоту, не зависящую от скорости вращения ротора.
Надеюсь, это поможет.

(Это может помочь) Скольжение относится к тому факту, что ротор физически отстает от вращающегося потока в статоре. Подойдя к этому с физической точки зрения, я разобрал на части небольшой однофазный асинхронный генератор. Небольшой постоянный магнит встроен в ротор (его размер далеко не таков, чтобы воздействовать на статор) и проходит через 2 катушки ротора, которые находятся на одной линии с 2 башмаками ротора. Учитывая тот факт, что конденсатор параллелен статору, получается резонансная параллельная цепь, которая достигает резонансного состояния при определенной скорости (заданной значением C). На этой скорости возникает усиление тока, вызывающее поток, который под действием трансформатора отсекает ротор. Каждая катушка ротора имеет диод, чтобы ток протекал в одном направлении, а два полюса — N и S. В остальном все аналогично синхронному случаю.

Каков коэффициент скольжения асинхронного генератора в островной сети?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v