Генератор асинхронный: Side ikke fundet | Drøm større

Теория работы индукционного генератора

Содержание

| www.electriceasy.com

Как и машина постоянного тока, одна и та же асинхронная машина может использоваться в качестве асинхронного двигателя, а также в качестве асинхронного генератора без каких-либо внутренних модификаций. Асинхронные генераторы также называются асинхронными генераторами .
Прежде чем начать объяснять принцип работы асинхронного генератора , я предполагаю, что вы знаете принцип работы асинхронного двигателя. В асинхронном двигателе ротор вращается из-за скольжения (то есть относительной скорости между вращающимся магнитным полем и ротором). Ротор пытается догнать синхронно вращающееся поле статора, но безуспешно. Если ротор догоняет синхронную скорость, относительная скорость будет равна нулю, и, следовательно, ротор не будет испытывать крутящего момента.
Но что, если ротор вращается со скоростью, превышающей синхронную скорость?

Как работают индукционные генераторы?

Предположим, источник переменного тока подключен к клеммам статора асинхронной машины. Вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, тянет ротор за собой (машина действует как двигатель).
Теперь, если ротор разгоняется до синхронной скорости с помощью первичного двигателя, скольжение будет равно нулю и, следовательно, чистый крутящий момент будет равен нулю. Ток ротора станет равным нулю, когда ротор работает на синхронной скорости.
Если ротор вращается со скоростью, превышающей синхронную скорость, скольжение становится отрицательным. Ток ротора генерируется в противоположном направлении из-за того, что проводники ротора пересекают магнитное поле статора.
Этот генерируемый ток ротора создает вращающееся магнитное поле в роторе, которое толкает (силы в противоположном направлении) на поле статора. Это вызывает напряжение статора, которое толкает ток, вытекающий из обмотки статора, против приложенного напряжения. Таким образом, машина теперь работает как асинхронный генератор (асинхронный генератор) .

Асинхронный генератор не является самовозбуждающейся машиной. Таким образом, при работе в качестве генератора машина получает реактивную мощность от линии электропередачи переменного тока и отдает активную мощность обратно в линию. Реактивная мощность необходима для создания вращающегося магнитного поля. Активная мощность, подаваемая обратно в линию, пропорциональна проскальзыванию выше синхронной скорости.

Асинхронный генератор с самовозбуждением

Понятно, что асинхронной машине для возбуждения нужна реактивная мощность, независимо от того, работает она как генератор или двигатель. Когда асинхронный генератор подключен к сети, он получает реактивную мощность из сети. Но что, если мы хотим использовать асинхронный генератор для питания нагрузки без использования внешнего источника (например, сети)?
Батарея конденсаторов может быть подключена к клеммам статора для подачи реактивной мощности на машину, а также на нагрузку. Когда ротор вращается с достаточной скоростью, на клеммах статора генерируется небольшое напряжение из-за остаточного магнетизма. Из-за этого небольшого генерируемого напряжения вырабатывается конденсаторный ток, который обеспечивает дополнительную реактивную мощность для намагничивания.

Применение асинхронных генераторов: Асинхронные генераторы производят полезную мощность даже при различных скоростях вращения ротора. Следовательно, они подходят для ветряных турбин.

Преимущества: Асинхронные или асинхронные генераторы более надежны и не требуют коллекторно-щеточного устройства (как это необходимо в случае синхронных генераторов).

Одним из основных недостатков асинхронных генераторов является то, что они потребляют довольно большое количество реактивной мощности.

Асинхронный генератор в качестве ветрового генератора

Вращающиеся электрические машины обычно используются в ветроэнергетических системах, и большинство этих электрических машин могут функционировать как двигатель или генератор, в зависимости от конкретное его приложение. Но помимо синхронного генератора , который мы рассмотрели в предыдущем уроке, существует еще один, более популярный тип трехфазной вращательной машины, которую мы можем использовать в качестве генератора ветровой турбины.0059 Индукционный генератор .

Как синхронный генератор, так и асинхронный генератор имеют аналогичную фиксированную схему обмотки статора, которая при возбуждении вращающимся магнитным полем создает трехфазное (или однофазное) выходное напряжение.

Однако роторы двух машин сильно различаются: ротор асинхронного генератора обычно состоит из одного из двух типов устройства: «беличьей клетки» или «намотанного ротора».

Однофазный индукционный генератор

Конструкция асинхронного генератора основана на очень распространенном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором, поскольку они дешевы, надежны и легко доступны в широком диапазоне электрических размеров от машин с дробной мощностью до нескольких мегаватт, что делает их идеальными для использования как в домашних, так и в коммерческих возобновляемых источниках энергии ветра.

Кроме того, в отличие от предыдущего синхронного генератора, который должен быть «синхронизирован» с электрической сетью, прежде чем он сможет генерировать электроэнергию. Асинхронный генератор может быть подключен непосредственно к коммунальной сети и приводиться в действие лопастями ротора ветряной турбины при переменных скоростях ветра, как только он будет запущен из состояния покоя.

В целях экономии и надежности во многих ветряных турбинах в качестве генератора используются асинхронные двигатели, которые приводятся в действие через механическую коробку передач для увеличения скорости вращения, производительности и эффективности. Однако асинхронным генераторам требуется реактивная мощность, обычно обеспечиваемая шунтирующими конденсаторами в отдельных ветряных турбинах.

Асинхронные машины также известны как Асинхронные машины , то есть они вращаются со скоростью ниже синхронной при использовании в качестве двигателя и выше синхронной скорости при использовании в качестве генератора. Таким образом, при вращении быстрее, чем его нормальная рабочая скорость или скорость холостого хода, асинхронный генератор вырабатывает электричество переменного тока. Поскольку асинхронный генератор напрямую синхронизируется с основной сетью, то есть вырабатывает электроэнергию с той же частотой и напряжением, выпрямители или инверторы не требуются.

Однако асинхронный генератор может подавать необходимую мощность непосредственно в сеть общего пользования, но ему также требуется реактивная мощность для его питания, которая обеспечивается сетью общего пользования. Автономная (автономная) работа асинхронного генератора также возможна, но недостатком здесь является то, что генератор требует дополнительных конденсаторов, подключенных к его обмоткам для самовозбуждения.

Трехфазные индукционные машины очень хорошо подходят для ветроэнергетики и даже гидроэнергетики. Асинхронные машины при работе в качестве генераторов имеют неподвижный статор и вращающийся ротор, как и у синхронного генератора. Однако возбуждение (создание магнитного поля) ротора осуществляется по-другому, и типичной конструкцией ротора является конструкция с короткозамкнутым ротором, в которой проводящие стержни встроены в корпус ротора и соединены между собой на своих концах закорачивающими кольцами, как показано на рисунке. .

Конструкция асинхронного генератора

Как уже упоминалось в начале, одно из многих преимуществ асинхронной машины заключается в том, что ее можно использовать в качестве генератора без каких-либо дополнительных схем, таких как возбудитель или регулятор напряжения, когда она подключена к трем -фазное питание от сети. При подключении неработающего асинхронного генератора к сети переменного тока в обмотке ротора индуцируется напряжение, аналогично трансформатору, частота которого равна частоте приложенного напряжения.

Уже в продаже

Трехфазный индукционный генератор с самовозбуждением:…

Поскольку проводящие стержни короткозамкнутых роторов замыкаются друг на друга, вокруг них течет большой ток, и внутри ротора создается магнитное поле, заставляющее машину вращаться.

Поскольку магнитное поле клетки ротора следует за магнитным полем статора, ротор разгоняется до синхронной скорости, заданной частотой сетевого питания. Чем быстрее вращается ротор, тем ниже результирующая относительная разница скоростей между клеткой ротора и вращающимся полем статора и, следовательно, напряжение, индуцируемое в его обмотке.

По мере приближения ротора к синхронной скорости он замедляется, так как ослабление магнитного поля ротора недостаточно для преодоления потерь на трение ротора в режиме холостого хода. В результате ротор теперь вращается медленнее, чем синхронная скорость. Это означает, что асинхронная машина никогда не сможет достичь своей синхронной скорости, так как для ее достижения не будет индуцированного тока в беличьей клетке ротора, не будет магнитного поля и, следовательно, не будет крутящего момента.

Разница в скорости вращения между статорами, вращающими магнитное поле, и фактической скоростью вращения ротора обычно называется в асинхронных машинах «скольжением».

Проскальзывание должно существовать, чтобы на валу ротора возникал крутящий момент. Другими словами, «скольжение», которое является описательным способом объяснить, как ротор постоянно «проскальзывает» из-за синхронизации, представляет собой разницу в скорости между синхронной скоростью статора, определяемую как: n _с = ƒ/P в об/мин, а фактическая скорость роторов n _R также в об/мин и выражается в процентах (%-скольжение).

Тогда дробное скольжение s асинхронной машины определяется как:

Это скольжение означает, что работа асинхронных генераторов, таким образом, является «асинхронной» (несинхронизированной), и чем тяжелее нагрузка, приложенная к асинхронному генератору, тем выше результирующее скольжение, так как более высокие нагрузки требуют более сильных магнитных полей. Большее скольжение связано с большим наведенным напряжением, большим током и более сильным магнитным полем.

Таким образом, для того, чтобы асинхронная машина работала как двигатель, ее рабочая скорость всегда будет меньше скорости вращения поля статора, а именно, синхронной скорости. Чтобы асинхронная машина работала как генератор, ее рабочая скорость должна быть выше номинальной синхронной скорости, как показано на рисунке.

Характеристики крутящего момента/скорости асинхронной машины

В состоянии покоя вращающееся магнитное поле статора имеет одинаковую скорость вращения по отношению как к статору, так и к ротору, поскольку частота токов ротора и статора одинакова, поэтому в состоянии покоя скольжение положительно и равно единице ( s = +1 ).

При точно синхронной скорости разница между скоростью вращения и частотой ротора и статора будет равна нулю, поэтому при синхронной скорости электрическая энергия не потребляется и не вырабатывается, и поэтому скольжение двигателя равно нулю ( s = 0 ).

Если скорость генератора превышает эту синхронную скорость с помощью внешних средств, результирующим эффектом будет то, что ротор будет вращаться быстрее, чем вращающееся магнитное поле статора, а полярность индуцированного ротором напряжения и тока изменится на противоположную.

В результате скольжение становится отрицательным ( s = -1 ), и асинхронная машина вырабатывает ток с опережающим коэффициентом мощности обратно в электросеть. Мощность, передаваемая в виде электромагнитной силы от ротора к статору, может быть увеличена простым вращением ротора быстрее, что приведет к увеличению количества вырабатываемой электроэнергии. Характеристики крутящего момента асинхронного генератора (s = от 0 до -1) являются отражением характеристик асинхронного двигателя (s = от +1 до 0), как показано.

Скорость асинхронного генератора будет изменяться в зависимости от силы вращения (момент или крутящий момент), приложенной к нему энергией ветра, но он будет продолжать генерировать электричество до тех пор, пока его скорость вращения не упадет ниже холостого хода. На практике разница между скоростью вращения при пиковой генерирующей мощности и на холостом ходу (синхронная скорость) очень мала, всего несколько процентов от максимальной синхронной скорости.

Например, 4-полюсный генератор с синхронной частотой вращения холостого хода 1500 об/мин, подключенный к коммунальной сети с током 50 Гц, может производить свою максимальную генерируемую мощность, вращаясь всего на 1–5 % выше (от 1515 до 1575 об/мин), легко достигается с помощью редуктора.

Это очень полезное механическое свойство, заключающееся в том, что генератор будет немного увеличивать или уменьшать свою скорость при изменении крутящего момента. Это означает, что редуктор будет меньше изнашиваться, что приведет к низким затратам на техническое обслуживание и длительному сроку службы, и это одна из наиболее важных причин использования асинхронного генератора , а не синхронного генератора на ветровой турбине, которая напрямую подключена. к коммунальной электросети.

Автономная индукционная машина

Выше мы видели, что асинхронный генератор требует, чтобы статор был намагничен от электросети, прежде чем он сможет генерировать электричество. Но вы также можете запустить асинхронный генератор в автономной автономной системе, подав необходимый противофазный ток возбуждения или намагничивания от конденсаторов возбуждения, подключенных к клеммам статора машины.

Это также требует наличия остаточного магнетизма в листах железа ротора при запуске турбины. Типичная схема трехфазной асинхронной машины с короткозамкнутым ротором для использования вне сети показана ниже. Конденсаторы возбуждения показаны в схеме соединения звездой (звездой), но также могут быть соединены треугольником (треугольником).

Конденсаторный пусковой индукционный генератор

Конденсаторы возбуждения представляют собой стандартные пусковые конденсаторы двигателей, которые используются для обеспечения необходимой реактивной мощности для возбуждения, которая в противном случае обеспечивалась бы электросетью. Асинхронный генератор будет самовозбуждаться с помощью этих внешних конденсаторов только в том случае, если ротор имеет достаточный остаточный магнетизм.

В режиме самовозбуждения на выходную частоту и напряжение генератора влияют частота вращения, нагрузка турбины и значение емкости конденсаторов в фарадах. Затем, чтобы произошло самовозбуждение генератора, должна быть минимальная скорость вращения для значения емкости, используемой в обмотках статора.

«Асинхронный генератор с самовозбуждением» (SEIG) является хорошим кандидатом на применение ветровой электроэнергетики, особенно при переменной скорости ветра и в отдаленных районах, поскольку для создания магнитного поля им не требуется внешний источник питания. Трехфазный асинхронный генератор можно преобразовать в однофазный асинхронный генератор с регулируемой скоростью, подключив два конденсатора возбуждения к трехфазным обмоткам. Одно значение емкости C на одной фазе, а другое значение 2C на другой фазе, как показано на рисунке.

Однофазный выход трехфазного асинхронного генератора

При этом генератор будет работать более плавно, работая ближе к единице (100%) коэффициента мощности (PF). В однофазном режиме можно получить почти трехфазный КПД, обеспечивающий примерно 80% максимальной мощности машины. Однако необходимо соблюдать осторожность при преобразовании трехфазного питания в однофазное, поскольку выходное линейное напряжение одной фазы будет в два раза выше номинального значения обмотки.