автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Автономные асинхронные генераторы с конденсаторным самовозбуждением

На правах рукописи

Джендубаев Абрек-Заур Рауфович

АВТОНОМНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С КОНДЕНСАТОРНЫМ САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ (развитие теории и практики)

Специальность 05.09.01 - электромеханика и электрические аппараты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА 2007

003053732

Работа выполнена в Карачаево-Черкесской Государственной технологической академии

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Торопцев Николай Демидович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Алиевский Борис Львович доктор технических наук, профессор Ерёменко Владимир Григорьевич доктор технических наук, профессор Костырев Михаил Леонидович

Ведущая организация: ОАО Научно-исследовательский институт электроэнергетики (ОАО «ВНИИЭ»), г. Москва

Защита диссертации состоится 20 апреля 2007 г. в 15 час. 00 мин. в аудитории Е-205 на заседании диссертационного совета Д 212.157.15 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 13.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14. Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ. Автореферат разослан « » .-Я^г'^Т^^р 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ^ ^

кандидат технических наук, доцент ХиС)^ ^^ / Е.М.Соколова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При одинаковых электромагнитных нагрузках, частоте вращения и прочих равных условиях масса асинхронного генератора (без устройств системы возбуждения) значительно меньше массы синхронного генератора. Так, в диапазоне изменения мощностей 5-100 кВт масса автономного асинхронного генератора (ААГ) примерно в 1,3-1,4 раза меньше классического синхронного генератора и в 2-3 раза меньше массы бесконтактного синхронного генератора (например, индукторного). Однако широкому внедрению ААГ долгое время препятствовали значительная масса и стоимость конденсаторов возбуждения. В настоящее время эта проблема отошла на второй план, поскольку в России созданы высокоэффективные пленочные самовосстанавливающиеся конденсаторы серии К78-17. Удельная масса конденсаторов этой серии более чем в три раза меньше массы конденсаторов предыдущей серии. Например, при частоте 50 Гц конденсатор серии К78-17 емкостью 35.шФ с рабочим напряжением 500£ имеет удельную массу 0,109 кг/кВАр.

Такое качественное улучшение характеристик конденсаторов создало предпосылки для расширения области применения ААГ с конденсаторным самовозбуждением, что в свою очередь невозможно без проведения соответствующих исследований, а также углубления некоторых теоретических положений.

В частности, не до конца раскрыт механизм влияния остаточной индукции ротора и статора на самовозбуждение ААГ. Как следствие этого, отсутствуют теоретически обоснованные рекомендации, гарантирующие надежное конденсаторное самовозбуждение ААГ, в том числе, и ААГ с полым немагнитным ротором. Нет ясности и в вопросе жесткого и мягкого самовозбуждения, поскольку в одном случае эти понятия используют для оценки начальных условий самовозбуждения (возмущение, толчок, стартёр), а в другом - для оценки характера изменения амплитуды колебаний при изменении какого-либо параметра автоколебательной системы, например, емкости конденсаторов. Таким образом, уточнение и дальнейшее развитие теории асинхронного самовозбуждения является важной научной задачей.

Известно, что при частоте 50 Гц максимальная скорость вращения ротора обычного двухполюсного ААГ ограничена значением, которое с учетом скольжения составляет величину чуть большую 3000 об/мин. В свою очередь массогабаритные показатели ААГ, а также приводного двигателя, например, двигателя внутреннего сгорания, зависят от скорости вращения. Следовательно, разработка и исследование ААГ, генерирующего напряжение частотой 50 Гц при скорости вращения ротора более 3000 об/мин также является актуальной задачей, поскольку позволяет существенно улучшить массогабаритные показатели автономных энергоустановок, например, бензоэлектрических агрегатов.

Одним из серьезных препятствий на пути внедрения ААГ в автономных системах является проблема создания простой и надежной системы

стабилизации напряжения, что требует проведения соответствующих исследований.

В некоторых автономных системах вентильные генераторы на базе АГ могут составить серьезную конкуренцию коллекторным генераторам постоянного тока и вентильным генераторам на базе синхронных машин. Интенсивная изобретательская деятельность позволила создать сварочный генератор на базе АГ с конденсаторным самовозбуждением, который превосходит по своим характеристикам существующие сварочные генераторы. Естественно, что исследование новой конструкции невозможно без разработки её математической модели и проведения экспериментов.

Цель и задачи исследования. Целью работы является уточнение теоретических аспектов конденсаторного самовозбуждения ААГ, выявление новых областей применения ААГ, разработка принципиально новых устройств на основе ААГ с конденсаторным самовозбуждением, обладающих лучшими массогабаритными и иными показателями по сравнению с существующими устройствами, создание методик расчета динамических и установившихся режимов их работы.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1) изучить особенности самовозбуждения ААГ различных конструкций, в том числе, ААГ с полым немагнитным ротором, установить взаимосвязь между самовозбуждением ААГ и остаточной индукцией статора и ротора, выявить зависимость остаточной индукции от предшествующего режима работы ААГ и времени, уточнить методики расчета границ области конденсаторного самовозбуждения ААГ с учетом потерь в стали, остаточной ЭДС и нагрузки, обосновать необходимость разбиения условий самовозбуждения ААГ на две группы: автогенераторные и стартёрные;

2) выявить особенности работы серийного асинхронного двигателя в генераторном режиме, разработать простую и надежную систему стабилизации напряжения ААГ на основе использования электроприемников с индивидуальными конденсаторами, составить схемы замещения, вывести уравнения динамики и статики такой системы, провести анализ возможности её использования в автономных системах электроснабжения;

3) исследовать работу автономного АГ с фазным ротором при наличии конденсаторов в цепи статора и ротора, построить регулировочные характеристики, определить границы области самовозбуждения, разработать соответствующие математические модели статики и динамики;

4) изучить особенности работы асинхронной машины, подключенной к сети, при наличии конденсаторов в цепи фазного ротора; определить границы области самовозбуждения, разработать соответствующие математические модели статики и динамики, построить механические характеристики, исследовать перспективы использования такой системы при крутопадающей механической характеристике исполнительного механизма;

5) исследовать двухполюсный ААГ с конденсаторным самовозбуждением, у которого обмотка статора и обмотка фазного ротора соединены

параллельно, определить границы области самовозбуждения, разработать математическую модель;

6) исследовать работу вентильного АГ с одной и двумя обмотками статора, создать сварочный генератор на базе обычной асинхронной машины, провести сравнительный анализ его характеристик с характеристиками существующих сварочных генераторов, разработать соответствующие математические модели.

При решении поставленных задач соискатель опирался на труды известных ученых, внесших значительный вклад в развитие теории электромеханических преобразователей, в том числе асинхронных и вентильных генераторов, а также машин двойного питания: Алиевский Б.Л., Балагуров В.А., Бертинов А.И., Беспалов В.Я., Будзко И.А., БутД.А., Бохян С.К., Бояр-Созонович С.П., Веников В.А., Винокуров В.А, ВольдекА.И., Иванов A.A., Иванов-Смоленский A.B., Кононенко В.В., Копылов И.П., Костырев МЛ., Китаев A.B., Кицис С.И., Кузнецов В.А., ЛоосА.В., Мамедов Ф.А., Нетушил A.B., Новиков A.B., Орлов И.Н., Петров Л.П., Постников И.Л., Радин В.И., Сштайлов Г.А.,

Скороспешкин А.И., Соколов М.М, Торопцев Н.Д., Фильц Р.В., Фришман B.C., Шакарян Ю.Г., Шапиро Л.Я., Щедрин H.H. и др.

Методы исследования. При исследовании самовозбуждения ААГ, проектировании и создании новых конструкций ААГ применялись как теоретические, так и экспериментальные методы.

При математическом моделировании использовались методы теории обобщенного электромеханического преобразователя, методы теории устойчивости, методы теории нелинейных электрических цепей, численные методы, в том числе методы Рунге-Кутты и Ньютона-Рафсона и методы, связанные с матрицами. При разработке программ расчета использовались языки программирования MS Visual С++4.1 и MS Fortran PowerStation 4.0.

Истинность теоретических результатов подтверждается многочисленными экспериментальными исследованиями самовозбуждения АГ различных конструкций: с короткозамкнутым и фазным ротором, многоскоростного АГ и АГ с полым немагнитным ротором, а также исследованиями установившихся и динамических режимов работы опытных образцов асинхронного сварочного генератора и АГ при подключении электроприемников с индивидуальными конденсаторами.

Достоверность теоретических исследований подтверждается совпадением результатов расчета и эксперимента, расхождение между которыми в большинстве случаев не превышает 10 %.

Научная новизна. Решение поставленных задач определило научную новизну диссертационной работы, которая заключается в следующем.

1. В ходе экспериментальных исследований установлено, что амплитуда и форма кривой остаточной ЭДС, а также её изменение во времени зависят от предшествующего режима, в котором работал ААГ, например, холостой ход или КЗ. Доказано, что при плавном увеличении емкости конденсаторов, вплоть до самовозбуждения, ААГ работает в режиме синхронного генератора.

Внесены уточнения в теорию конденсаторного самовозбуждения ААГ. В частности, предложена методика расчета границ области самовозбуждения в плоскости параметров 1 /С, I] с учетом потерь в стали, остаточной ЭДС и нагрузки. Предложено разбить условия самовозбуждения ААГ на стартёрные и автогенераторные. Выявлены общие закономерности и отличительные особенности самовозбуждения генератора постоянного тока и ААГ. Проведен анализ самовозбуждения ААГ с полым немагнитным ротором. Впервые дана классификация стартёров, запускающих процесс самовозбуждения автономных генераторов.

2. Предложена новая система стабилизации напряжения, основанная на использовании электроприемников с индивидуальными конденсаторами. Разработана методика расчета этой системы в установившихся и динамических режимах.

3. Разработана методика расчета границ области самовозбуждения ААГ при наличии конденсаторов в цепи статора и фазного ротора. Установлено, что при соответствующем выборе емкости конденсаторов в цепи фазного ротора, максимальный и пусковой моменты, развиваемые асинхронной машиной, подключенной к сети, значительно превосходят номинальные значения этих моментов.

4. Предложена методика расчета динамических режимов работы двухполюсного ААГ с конденсаторным самовозбуждением, обмотки статора и ротора которого соединены параллельно, а скорость ротора при частоте 50 Гц равна 6000 об/мии. Проведен анализ границ области самовозбуждения такого ААГ.

5. Разработаны математические модели асинхронных вентильных генераторов с конденсаторным самовозбуждением в трехфазной заторможенной системе координат а, /?, у, как с одной, так и с двумя обмотками на статоре.

6. Разработана и запатентована конструкция асинхронного сварочного генератора, предложена соответствующая математическая модель и методика расчета генератора. Установлено, что этот генератор обладает существенными преимуществами по сравнению с серийными сварочными генераторами.

7. Установлено, что номинальная мощность генераторного режима серийного двигателя в зависимости от его мощности и числа полюсов обычно меньше или приблизительно равна номинальной мощности двигателя. Ранее считалось, что эта мощность больше номинальной мощности двигателя на величину обратную КПД двигателя, т.е. на \/т]д. Разработана методика, которая позволяет рассчитать номинальную мощность генераторного режима серийного асинхронного двигателя.

Практическая ценность. Результаты работы - это научно обоснованные технические решения, рекомендации, методики расчета, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области электромашиностроения при создании асинхронных генераторов для автономных систем электроснабжения.

Получены теоретические и экспериментальные результаты, которые раскрывают особенности самовозбуждения ААГ различных конструкций, что повышает качество проектирования, изготовления и эксплуатации ААГ с конденсаторным самовозбуждением.

Разработан способ стабилизации напряжения ААГ, который позволяет создать простые и надежные автономные системы электроснабжения.

На основе теоретических и экспериментальных исследований разработан двухполюсный ААГ со скоростью вращения фазного ротора 6000 об/мин при частоте 50 Гц, который позволяет повысить КПД и снизить массу бензоэлектрических агрегатов, а также открывает определенные перспективы использования таких ААГ в декомпрессорах газа.

Разработан асинхронный вентильный АГ с двумя обмотками статора, который при использовании в бензоэлектрических агрегатах, предназначенных для зарядки аккумуляторов, уменьшает их стоимость и массогабаритные показатели.

В ходе теоретических и экспериментальных исследований, разработан, изготовлен, запатентован (патент №2211519) и внедрен в производство асинхронный сварочный генератор с конденсаторным самовозбуждением. Данный генератор позволяет получить качественный сварочный шов при проведении дуговой электросварки штучным электродом и превосходит, с точки зрения массогабаритных показателей, существующие серийные промышленные образцы.

Предложен способ увеличения в 1,4-2,5 раза пускового момента асинхронной машины с фазным ротором относительно номинального максимального (критического) момента, что позволяет уменьшить номинальную мощность двигателя при его использовании в электроприводах с крутопадающей механической характеристикой исполнительного механизма. Предложен также способ создания значительного момента при работе такой машины в режиме рекуперативного торможения.

Разработаны программы расчета, которые могут использоваться в ходе проектирования предложенных конструкций и систем с АГ.

Внедрение результатов работы. Опытный образец асинхронного сварочного генератора (патент № 2211519) успешно используется при сварке газопроводов в ООО «Ставропольрегионгаз» (г. Ставрополь).

Технические предложения, методики и программы расчета АГ, ротор которого при частоте 50 Гц вращается с частотой 6000 об/мин, использованы в проектно-конструкторской деятельности ООО «Кубаньгазпром» (г. Краснодар) при разработке декомпрессора газа.

Методики и программы расчета АГ при подключении нагрузки с индивидуальными конденсаторами внедрены в ГУ Карачаево-Черкесский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии при разработке переносной рукавной мини ГЭС для электроснабжения автономных потребителей в высокогорных районах республики.

Разработанные методики и программы расчета асинхронного сварочного генератора с разветвленной магнитной системой (патент

№ 2111599), которые имеют Windows интерфейс и написаны на MS Visual С+ + и MS Fortran PowerStation, внедрены в ООО «Научно-технический центр» (г. Ставрополь).

Полученные результаты также внедрены в учебный процесс подготовки инженерных кадров на энергостроительном факультете Карачаево-Черкесской государственной технологической академии.

Основные положения, которые выносятся на защиту 1. Единый подход к объяснению самовозбуждения автономных генераторов различных конструкций (АГ, ГПТ, СГ), основанный на представлении этих генераторов, как систем с положительной обратной связью. Методика расчета автогенераторных и стартёрных условий самовозбуждения. Классификация стартёров автономных генераторов.

2. Методика расчета границ области самовозбуждения ААГ с учетом стартёрных условий самовозбуждения.

3. Математические модели и методики расчета статических и динамических режимов работы:

- автономного АГ при подключении электроприемников с индивидуальными конденсаторами;

- автономного АГ с фазным ротором при различных схемах подключения обмоток статора и ротора к конденсаторам возбуждения;

- асинхронной машины с конденсаторами в цепи фазного ротора;

- асинхронного сварочного и вентильных генераторов.

4. Опытный образец сварочного АГ, который защищен патентом РФ и по ряду показателей превосходит существующие образцы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы электромеханики (К 100-летию изобретения трехфазного асинхронного двигателя)" в г. Москве в 1989 г.; на VI Всесоюзной научно-технической конференции "Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов" в г. Бишкеке в 1991 г.; на IV Международной конференции «Нетрадиционные электромеханические и электрические системы» (UEES'99) в г. Санкт-Петербурге в 1999 г.; на Международном симпозиуме «Российский национальный симпозиум по энергетике» (РНСЭ) в г. Казани в 2001 г.; на Международном симпозиуме «Проблемы совершенствования электрических машин и аппаратов. Теория и практика» (SIEMA'2001) в г.Харькове в 2001 г.; на Четвертой южнороссийской научной конференции «Энерго и ресурсосберегающие технологии и установки» в г. Краснодаре в 2005 г.

Публикации. Общее количество публикаций по теме диссертации - 52, в том числе, в реферируемых журналах - 39, в зарубежных журналах - 1, авторские свидетельства и патенты - 6.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 365 страниц текста, набранного с полуторным межстрочным интервалом и шрифтом 14 пунктов, 179 рисунков, 13 таблиц. Состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и 12 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и решаемые задачи, приведены основные научные результаты.

В первой главе рассмотрены известные области применения ААГ с конденсаторным самовозбуждением. Проведен обзор работ, посвященных исследованию динамических и статических режимов работы ААГ.

Во второй главе представлены результаты экспериментальных исследований конденсаторного самовозбуждения ААГ различных конструкций (ААГ с короткозамкнутьтм ферромагнитным ротором, ААГ с фазным ротором; ААГ с полым алюминиевым ротором; многоскоростной ААГ). Предложен новый подход, который позволяет более наглядно судить о причинах асинхронного самовозбуждения. Описана методика расчета границ области самовозбуждения ААГ с учетом потерь в стали, остаточной индукции ротора и нагрузки.

В ходе экспериментальных исследований установлено, что после работы в режиме асинхронного самовозбуждения положение и величина вектора остаточной индукции ротора изменяются случайным образом. Кроме того, амплитуда остаточной индукции ротора изменяется во времени. Если предшествующий режим XX, то остаточная индукция уменьшается, а если КЗ, то возрастает.

При подключении конденсаторов ААГ как бы настраивается на основную гармонику. На рис. 1 представлены осциллограммы напряжений до и после подключения конденсаторов к машине МТ-11-6 (предшествующий

С = 132/¿F i ■l|i í! 1 Ti: ! Щ tüi !:

i íi I j ! I llí: i.í ffl f:i : i i

\ í ¡! Ф 1 HS Щ

IíiI! '1 íj: ¡■.'i1 j i;' í ií f!;.;¡l

Mdij 'v j':¡Í!; ¡!!¡í Ji.'¡! í ¡i'.; i:!1' f и $ f

'lis 1 1 i pi! iill í'lín ¡í'íi l! 'i1 Il ;¡,

! 1: i. ü¡ ! 1

| ¡ 1 ! г! 1 !á i lili

Рис. 2. 1 дел. - 0,2 с; I дел. - 0,2 В

■II 1 !

«¡!>1 11!! 1 1 '1 1 1*1

М | к <¡¡1 Я1,

А |1

¡1 ¡| 'Н н | ]Г

!!!!

Рис. 3. 1 дел. - 0,2 с; 1 дел. - 20 В, Еса1=?1,02 В - до подключения С^68,5 Евст-0,56 В - после отключения конденсаторов

режим КЗ). До наступления асинхронного самовозбуждения ААГ работает в режиме синхронного генератора. При небольшом значении остаточной индукции ферромагнитного ротора, например, после КЗ, или его полном отсутствии, как в случае с полым немагнитным ротором, характерной особенностью, которая свидетельствует о близости асинхронного самовозбуждения, является периодическое изменение амплитуды напряжения синхронной частоты. Дальнейшее увеличение емкости конденсаторов приводит к увеличению максимального и минимального значений амплитуды напряжения, что в конце концов, приводит к выпадению из синхронизма и развитию асинхронного самовозбуждения (рис. 2).

Несколько иначе ведет себя ААГ при значительной остаточной индукции ротора (после XX). О близости самовозбуждения в этом случае можно судить по динамическому режиму изменения напряжения на обмотке статора после подключения конденсаторов или после разгона приводного двигателя с подключенными конденсаторами. Если после коммутации конденсаторов амплитуда напряжения плавно возрастает, а затем в течение времени не изменяется, то до самовозбуждения еще далеко. Но если амплитуда плавно возрастает, достигает некоторого экстремума, а затем снижается - то ААГ находится на грани самовозбуждения (рис. 3). После завершения такого динамического режима остаточная индукция ротора (остаточная ЭДС) уменьшается, причем, чем ближе ААГ к самовозбуждению, тем значительней это снижение. Исследования многоскоростного ААГ с двумя независимыми обмотками статора (А02-31-6/4) показали, что ААГ не возбуждается при 2р=6, если до этого он работал с 2р=4. В этом случае ААГ не может настроиться на основную гармонику остаточной индукции ротора и, как следствие, перейти в режим самовозбуждения.

Новый подход к объяснению самовозбуждения автономных генераторов (АГ, СГ, ГПТ) заключается в разграничении условий самовозбуждения на «автогенераторные» и «стартёрные». Выполнение первых связано с определенным соотношением параметров автогенератора,

при котором возникающая положительная обратная связь (ОС) обеспечивает петлевой коэффициент усиления больше единицы:

кукос>\, (1)

где - коэффициент усиления; Кос- коэффициент ОС системы. В

автономных самовозбуждающихся ГПТ и СГ эти коэффициенты являются вещественными, в ААГ с конденсаторным самовозбуждением комплексными числами. Выполнение (1) является обязательным, но недостаточным условием для самовозбуждения, поскольку для того, чтобы «заработала» ОС, должны быть выполнены стартёрные условия. Для этого в системе, как минимум, должен быть входной сигнал (импульс, стартёр) пусть далее бесконечно малый (но не равный нулю), который запустит процесс самовозбуждения. Рассмотрим особенности такого подхода на примере автономного ГПТ, который является простейшей системой с самовозбуждением. Выразим ЭДС генератора в функции входного тока 16Х. С учетом того, что в ГПТ 10с=Е/(гв + гя)= КкЕ, Е = 4рпШм = Ку1/п а 1ех = Iи - имеем:

К,

Е =-5-/„=•£/„, (2)

К К

у ОС

где К- общий коэффициент усиления ГПТ.

При К уК0С —> 1 коэффициент К —»+со. Это означает, что при

бесконечно малом значении входного тока 1вх (бесконечно слабом стартёре) ЭДС генератора будет неограниченно возрастать, т.е. наступит самовозбуждение. Выражение (2) доказывает, что для самовозбуждения необходимо иметь некий возмущающий фактор, который дает старт (толчок) процессу самовозбуждения (стартёрное условие). В противном случае, т.е. при 16Х- 0, самовозбуждения не происходит, несмотря на выполнение автогенераторного условия (1). Поскольку самовозбуждение ограничивается нелинейным элементом системы, а в ГПТ, как и в других генераторах, такой нелинейностью является зависимость М = /(/„), то условие (1) можно

представить в следующем виде:

__1_ = (ш)<Л, = /(/). (3)

Кос4рп 4рп V

Сделаем допущение об отсутствии гистерезиса и представим неравенство (3) в виде соответствующих графиков (рис. 4). При принятом допущении направление намагничивающего тока не оказывает влияния на взаимную индуктивность в ГПТ.

Точка а является пограничной с точки зрения стартёрных условий. Если прямая \/(Кос4рп) расположена ниже этой точки, то для самовозбуждения ГПТ достаточно иметь бесконечно слабый стартёр (бесконечно малый входной ток, не равный нулю). Если выше, то для самовозбуждения необходим сильный стартёр. В зависимости от направления действия

бесконечно слабого стартёра из этой точки ГПТ может перейти работать в точку 1, или в точку 2. Если коэффициент обратной связи уменьшить К'ос < Кос, то самовозбуждение становится возможном только при сильном стартёре, который создает входной ток 1вх. Этот ток изменяет взаимную индуктивность ГПТ и в точке Ь начинает выполняться автогенераторное условие (3). Если стартёр после самовозбуждения отключить, то ГПТ начнет работать в точке 3, в противном случае - в точке 4. Строго говоря, в точке 4 условие установившегося режима самовозбуждения ГПТ

(4)

не выполняется, поскольку стартер продолжает работать что

равносильно работе ДВС с включенным стартёром, когда он продолжает подкручивать ДВС. Такая картина наблюдается и ГПТ, поскольку после самовозбуждения стартёр в виде остаточной индукции не отключается. Следует отметить, что в ГПТ имеет место жесткий режим самовозбуждения, поскольку зависимость М = немонотонная. При увеличении

коэффициента ОС (уменьшении ге) напряжение возрастает скачком, а по мере уменьшения ОС напряжение снижается, и на вершине М = /(/,,) ГПТ теряет возбуждение, т.е. зависимость и « Е = /(гв) является петлевой. Если сильный стартёр обеспечивает самовозбуждение при максимально возможной взаимной индуктивности, т.е. на вершине М = /(/,,) (или справа от неё), то

возникает иллюзия мягкого самовозбуждения, поскольку зависимость II ~ Е = /(г,) будет монотонной, а не петлевой.

Согласно Т-образной схемы замещения комплексные коэффициенты усиления и ОС ААГ имеют следующий вид:

й)„ рО.

К^ш-^М-^М, (5)

1 ИМ

г, '---[0)1, ---- |й>/, 5 I (ОС

+ ]

Г,а12 +1 0)1 , - — I '2 1 " 0)С Ь

Представим (1) с учетом (5) и (6) в следующем виде:

./Л/ > Я ~ ■ (7)

со со

Определим Б1е и 1т правой части выражения (7). Сделаем допущение, о том, что при самовозбуждении АГ активное сопротивление Яза = 0, тогда получим следующее выражение, которое является Яе частью (7):

R

со

2 >2

^J+GO2

аС) s

(8)

Квадратное уравнение (8), известное, как уравнение баланса активных сопротивлений, позволяет определить частоту генерируемых колебаний при известной скорости вращения ротора и является первым автогенераторным условием самовозбуждения АГ.

Второе автогенераторное условие конденсаторного самовозбуждения АГ, которое имеет такой же смысл, что и (3) для ГПТ, представляет собой 1т часть (7):

^-U,- 1 1 5 V азС [aL^+coL^-^- ^ i b]r¡+rA ojC J s Jv s J

со ( (

<M=/(/J. (9)

Выражение (9) для установившегося режима самовозбуждения, т.е. при JM = j Xжа /со, известно как уравнение баланса реактивных сопротивлений (проводимостей).

В ААГ частота колебаний оказывает влияние на (9). Чтобы оценить это влияние, при неизменной скорости ротора сор = const, рассчитаем

зависимости г, = f{co) и М = f(co). Для этого из (8) для каждого значения частоты со определим соответствующее сопротивление гх, которое подставим в (9). В результате расчета при следующих параметрах машины МТ-11-6: гх =0,12; r2=0,14; ¿ct¡=0,08; La2 =0,116, получим кривые гх = /(со) и M=f(új), которые представлены на рис.5 совместно с зависимостью М = f{lполученной экспериментально.

Выделим характерные точки на кривой М = /(/ ). Для расчета,

например, минимальной емкости конденсаторов, при которой возможно самовозбуждение ААГ с сильным стартёром, плавно изменяем емкость конденсаторов, находим точку пересечения г{ = /(<и) с прямой, например, г, =0,12 (а), затем находим взаимную индуктивность по кривой М = /(&>) (точка Ь) и определяем точку пересечения с зависимостью М-f[ju), т.е. точку с. Если эта точка лежит на вершине М = /(/,,), то такая емкость конденсаторов является минимальной с точки зрения самовозбуждения ААГ

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

2,2 2 1,8 1,6 1.4 = 1,2 Ч 1 ^ 0,8 0,6 0,4 0,2 0

1~~Стт ~ 0,575

Л с 1

-С'= 1,13

/ \

Л

/ /_ЧА/ = /(Й))>Ч, ^ /

/

Л

Г -97 may

1 Л =0,12

^_———

0 я 0,5 1 1,5 2

Намагничивающий ток, о.е.

2,5

Рис. 5

(Cmin = 0,575). Емкость конденсаторов, при которой возможно самовозбуждение с бесконечно слабым стартёром, равна (С = 1,13). При такой емкости значение взаимной индуктивности, рассчитанное по зависимости М = f{co), лежит ниже точки f, расположенной на кривой M = f(lM). Естественно, что самовозбуждение при Cmjn<C<C возможно

только при сильном стартёре (входном токе).

По мере увеличения емкости конденсаторов, уменьшается наклон зависимостей М = /(©) я rx = f(m). Возрастает частота со, при которой пересекается г, = f{a>) с прямой г, =0,12. При С>Сшах.= 9,7 (точка g) эти зависимости не пересекаются, т.е. перестает выполняться первое автогенераторное условие самовозбуждения АГ. При С' < С < Стах самовозбуждение АГ возможно при бесконечно слабом стартёре. Следует отметить, что при Cmin частота ЭДС максимальна (ютм. =0,994), а при Стах -минимальна (omin = 0,61). Как видно из рис.5 напряжение при самовозбуждении АГ возрастает скачком независимо от стартёра. По мере уменьшения емкости конденсаторов напряжение снижается, а при С < СтЬ АГ теряет возбуждение.

Таким образом, зависимость Е = f(c) при т = const в ААГ имеет

петлевой характер, т.е. самовозбуждение ААГ является жестким независимо от стартёра (входного тока).

Следует подчеркнуть, что согласно прежней терминологии, самовозбуждение ААГ при бесконечно слабом стартёре являлось мягким

0,008 0,007 0,006 0,005

ai

о 0,004 ^ 0,003 0,002 0,001 0

\ / м1 / i /

\/ V — " / —f / ...../

( 7 / 1 Ь ¿J 1 / 1

■ Ч г \| 1 /

(\ Уа / У 1 1 1 / 1

// и / /___ / / I

J V -V

4

3 <o

(В

Q.

2 ГО

t

1 g

c;

0 о

-1 <D

О

-2

-3

-4

0 2 4 6 8 10

Время, с Рис. 6

(с точки зрения воздействия на ААГ) и одновременно жестким (с точки зрения изменения амплитуды), т.е. такая терминология недостаточно корректна.

Остаточная индукция ротора (остаточная ЭДС статора) оказывает заметное влияние на самовозбуждение. Причем, как показали эксперименты, это влияние может быть как положительным, так и отрицательным. Известно, что для самовозбуждения размагниченного ААГ, например, после трехфазного КЗ, требуется существенно большая емкость конденсаторов по сравнению со случаем, когда ротор намагничен, например, после режима холостого хода. Однако, не все так однозначно, поскольку известно, что ААГ, ротор которого выполнен из стальных шихтованных колец, не возбуждается даже при значительной остаточной индукции.

ААГ с ферромагнитным ротором при наличии остаточной индукции ротора можно рассматривать как неявнополюсный синхронный генератор с постоянными магнитами и мощной демпферной обмоткой. Остаточная индукция ротора (сильный стартёр) создает синхронную ЭДС, которая при наличии конденсаторов в обмотке статора вызывает появление синхронного намагничивающего тока (продольная намагничивающая реакция якоря). Однако, появление этого синхронного тока не может стать причиной самовозбуждения, если не выполняются автогенераторные условия.

На рис. 6 представлены результаты расчета с учетом стартёра, который создает остаточную ЭДС Еост =0,00017. При подключении конденсаторов С = 1 самовозбуждение не наступает. Колебательные процессы изменения М = /(*)» Я = /(0 и огибающей напряжения [/, = f(t) плавно затухают. АГ работает в синхронном режиме (9 - угол нагрузки). При С = 1,007 колебательные процессы нарастают, что приводит к выпадению из синхронизма и возникновению асинхронного самовозбуждения. Пунктирной

1,8

1,6

1,4

1,2

ф

б 1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

Л

\ ¥ А

\ / I п вV / /

/ /

1 —/— —

/ /

/ /

I/

J

4,5 3,5 2,5

1,5 ■§ о.

0,5 я

cd

-0,5 i-с; о

"1,5 £

-2,5 -3,5 -4,5

0 2 4 6 8 10

Время, с Рис. 7

линией показана зависимость U1 = /(f) в более крупном масштабе при С = 1,007 (ось справа).

Увеличение остаточной ЭДС (усиление стартёра) до определенного значения оказывает благоприятное воздействие на самовозбуждение, а чрезмерное усиление - негативное. Так при Еост - 0,15 и С - 0,7 ААГ не переходит в режим самовозбуждения (рис. 7). Под действием намагничивающей реакции якоря огибающая напряжения достигает значения Г/[ = 1,04. Взаимная индуктивность заметно снижается, и автогенераторные условия самовозбуждения перестают выполняться. Для перевода ААГ в режим конденсаторного самовозбуждения необходимо «отключить» остаточную индукцию ротора, например, при = 5с. В этом случае АГ выпадает из синхронизма и начинает работать в режиме асинхронного самовозбуждения, при этом напряжение снижается до [/, = 0,93, а взаимная индуктивность возрастает.

В ААГ с полым немагнитным ротором стартёра в виде остаточной индукции ротора нет и на первый взгляд кажется, что нет и причин для самовозбуждения ААГ. Однако это не так. Поскольку статор ААГ выполнен из электротехнической стали, то его остаточная индукция не равна нулю, при условии, что ААГ хотя бы раз находился в работе. В этом случае эта индукция создает в зазоре неподвижное поле и при отсутствии конденсаторов возбуждения такой ААГ можно рассматривать как асинхронный тахогенератор, работающий в режиме датчика ускорения. Одной из причин возникновения остаточной ЭДС в таких тахогенераторах является электрическая асимметрия ротора.

а, /

Рис. 8

На основе математической модели, представленной на рис 8, была разработана программа расчета, в которой используются вещественные числа и подпрограммы двойной точности.

На рис. 9 представлены результаты расчета самовозбуждения ААГ при наличии электрической асимметрии ротора. До подключения конденсаторов в обмотке статора индуктируется остаточная ЭДС двойной частоты, амплитуда которой очень мала и составляет в данном случае Еп = 0,0000157. Коммутация конденсаторов емкостью С =1,5 в момент времени ¿ = 0,15 приводит к самовозбуждению. Частота напряжения уменьшается до своего резонансного значения.

Установлено, что увеличение электрической асимметрии ротора, как и увеличение остаточной индукции статора, приводит к уменьшению времени самовозбуждения, однако качественных изменений при этом не происходит.

0,0002 0.000: 0,0001.

о- 0,0001 ■

а 0,00005 I ^ 1

о е; х

X

| -0,00005 I— я -0,0001 —

о. с

(П

-0,00015 -0,0002 -0,00025

I

-I -5 0,5

-3

0 0,1

0,2 0,3

Время, с

0,4

Рис. 9

1 1,5 2 2,5 3 3,5 Время, с Рис. 10

При симметричном роторе и наличии остаточной индукции на статоре время самовозбуждения (рис. 10) возрастает почти в три раза по сравнению со случаем, когда ротор асимметричен. При этом на начальном этапе самовозбуждения в огибающей напряжения (кривые 1 и 2) отсутствует модуляция, характерная для ААГ с асимметричным ротором. Кривая 2 построена при большем масштабе (ось справа). Частота напряжения изменяется хаотично (К\с), но среднее значение возрастает (кривая 3). Возможно, это связано, как с погрешностью численного метода, так и с тем, что переменные СДУ на этом этапе имеют значения близкие к машинной точности ЭВМ. При 1 < ^ < 2,5 с частота остается практически неизменной. На заключительном этапе самовозбуждения, когда ААГ переходит в режим насыщения, имеет место кратковременный провал частоты. Наличие такого провала подтверждено экспериментальными исследованиями.

Расчеты показали, что стартёры, обусловленные наличием «шумов» или асимметрией ротора, не оказывают влияния на величину емкости конденсаторов, при которой наступает самовозбуждение ААГ. Это объясняется тем, что на начальном этапе самовозбуждения данные стартёры (в виду своей «слабости») не создают значительных намагничивающих токов. В этом случае, автогенераторные условия самовозбуждения определяются значением взаимной индуктивности машины при « 0 . Иными словами, эти

стартёры не могут увеличить взаимную индуктивность обмоток и обеспечить выполнение автогенераторных условий самовозбуждения при меньшем значении емкости конденсаторов, как это имеет место в ААГ с ферромагнитным ротором. Они создают только первоначальный импульс (толчок), который, при выполнении автогенераторных условий, в дальнейшем усиливается и приводит к конденсаторному самовозбуждению ААГ.

Предложена следующая классификация стартёров:

1) С точки зрения продолжительности действия:

а) стартёры кратковременного действия, которые «отключаются» после самовозбуждения и не оказывают заметного влияния на установившийся режим самовозбуждения (наводки, флуктуации, разряд конденсаторов, импульс напряжения, кратковременное увеличение скорости ротора или емкости конденсаторов возбуждения АГ);

б) стартёры постоянного действия, которые не «отключаются» после самовозбуждения. К ним можно отнести остаточную индукцию и трехфазное напряжение. Первая в ГПТ и СГ подмагничивает машину и увеличивает ЭДС, а в АГ создает гистерезисный момент. Вторая, например, при подключении к ней асинхронной машины и наличии в сети последовательной емкостной компенсации или конденсаторов в цепи фазного ротора, определяет взаимную индуктивность обмоток в момент нарушения устойчивости, а после возникновения самовозбуждения -искажает форму тока, поскольку имеет частоту отличную от частоты самовозбуждения.

2) С точки зрения силы воздействия на систему:

а) бесконечно слабые стартёры, т.е. стартёры, мощность которых бесконечно мала, но не равна нулю. Эти стартёры до наступления самовозбуждения не оказывают влияния на параметры системы (флуктуации, шумы, наводки, остаточная ЭДС статора, электрическая асимметрия полого ротора). Они придают системе начальный импульс (толчок), который при выполнении генераторных условий, т.е. при наличии положительной ОС, усиливается этой системой, что и приводит к её самовозбуждению. Следует отметить, что с уменьшением мощности стартёра возрастает время самовозбуждения;

б) сильные стартёры могут не только создавать импульс для самовозбуждения системы с положительной ОС, но и способны так изменять параметры этой системы, что начинают выполняться автогенераторные условия самовозбуждения. К таким стартёрам можно отнести остаточную индукцию ротора в АГ, остаточную индукцию в ГПТ и СГ, разряд конденсаторов, импульс напряжения, трехфазное напряжение. Естественно, что, чем более далека система от выполнения автогенераторных условий самовозбуждения, тем мощнее должен быть такой стартёр.

3) Активные стартёры, т.е. стартёры, которые самостоятельно приводят к самовозбуждению системы (остаточная индукция, импульс напряжения и Т.д.).

4) Неактивные стартёры (кратковременное подключение дополнительных разряженных конденсаторов, кратковременное увеличение скорости, асимметрия полого ротора). Они выводят систему из равновесия, только при наличии активного стартёра, который, в свою очередь, не может самостоятельно изменить параметры системы и обеспечить выполнение автогенераторных условий. Например, кратковременное подключение

дополнительных разряженных конденсаторов не приводит к самовозбуждению АГ, несмотря на выполнение автогенераторных условий, поскольку такой стартёр не создает бесконечно малого импульса, который мог бы быть усилен положительной ОС. Асимметрия полого немагнитного ротора также не приводит к самовозбуждению при отсутствии остаточной индукции статора, поскольку эта индукция является обязательным условием возникновения остаточной ЭДС в обмотке статора. Следует отметить, что в реальной машине такие условия, при которых отсутствует остаточная индукция, создать достаточно сложно. Однако в справедливости последних утверждений легко убедиться теоретически. Так, решение СДУ АГ при нулевых начальных значениях приводит к нулевым результатам, т.е. самовозбуждения нет.

5) Стартёры, действие которых зависит от особенностей системы. Например, влияние стартёра в виде остаточной индукции на самовозбуждение ГПТ зависит, как от направления вращения ротора, так и от схемы подключения обмотки возбуждения. В одном случае ОС будет положительной, а в другом -отрицательной. Все сказанное справедливо и для автономного синхронного генератора (СГ) с самовозбуждением, у которого ЭДС обмотки статора, наводимая остаточной индукцией (или постоянными магнитами) ротора, через выпрямитель и контактные кольца подается на обмотку возбуждения.

В ААГ с ферромагнитным ротором роль стартёра в большинстве случаев выполняет остаточная индукция ротора, поскольку использование остальных стартеров проблематично. До наступления асинхронного самовозбуждения работу ААГ в установившемся (синхронном) режиме можно описать с помощью следующего нелинейного уравнения:

где Ёпст - остаточная ЭДС статора; Ьа1 - активное сопротивление и индуктивность рассеяния обмотки статора; 1/г - реактивная составляющая намагничивающего тока; гт - активное сопротивление, потери в котором равны потерям в стали АГ.

Поскольку на область самовозбуждения оказывает влияние остаточная индукция ротора (ЭДС), то определенный интерес представляет вопрос о его оптимальном значении. Сделаем допущение о том, что нарушение синхронного режима ААГ происходит при в~л!2. Тогда в уравнении (10) примем в качестве неизвестных реактивную составляющую намагничивающего тока = х] + _/'0 и емкость конденсаторов возбуждения С~х2. Результаты расчета, полученные при <9 =/г/2 и а> = сор-1, представлены на рис. 11. Зависимости 1 /С = /(Еост) изображены в виде сплошных линий, а М = /(£'„„,) - в виде пунктирных линий. По мере увеличения остаточной ЭДС емкость конденсаторов, при которой ААГ переходит в асинхронный режим, уменьшается, достигает минимального

гД+(оМ)2 тС

значения, а затем начинает возрастать. С точностью, но наоборот ведет себя взаимная индуктивность. Увеличение активного сопротивления статора приводит к смещению точки экстремума в сторону больших значений ЭДС. Кривые 1 соответствуют гх =0,12, а кривые 2 - г, =0,6. Изменение активного сопротивления статора при фиксированном значении остаточной ЭДС приводит к изменению взаимной индуктивности (рис.11). Для оценки влияния сопротивления статора на взаимную индуктивность ААГ воспользуемся результатами расчета зависимостей 1/С = /(г,) и М = /(г,) при «9 = 7г/2, со-сор = 1 и различных значениях остаточной ЭДС (рис. 12).

Полученные результаты показывают, что если ЭДС меньше оптимального значения (Е'хт= 0,034, кривая 3), которое рассчитано для номинального сопротивления статора, т.е. для ^=0,12, то увеличение сопротивления статора приводит к уменьшению взаимной индуктивности, а, следовательно, и к увеличению емкости конденсаторов, при которых ААГ выпадает из синхронизма (кривые 1 и 2). Если остаточная ЭДС больше оптимального значения, то увеличение сопротивления наоборот приводит к увеличению взаимной индуктивности, т.е. к уменьшению емкости конденсаторов (кривые 4 и 5).

Кривые, представленные на рис. 12, позволяют определить границы области асинхронного самовозбуждения с учетом остаточной ЭДС (рис. 13). Для этого необходимо задаться рядом значений сопротивлений статора и определить взаимные индуктивности, которые соответствуют этим сопротивлениям. Например, при Еост= 0,003 (пунктирная кривая 1, рис. 12) взаимная индуктивность принимает значения: 1,201; 1,139; 1,096; 1,064, соответственно при гх\ 0,1; 0,2; 0,3; 0,4. После этого строим границу асинхронного самовозбуждения при неизменной взаимной индуктивности, например, М = 1,201, используя известные выражения [34]. Находим точки пересечения этой границы с прямой, которая проведена перпендикулярно оси

2

1,8

<si 1,6

6

1,4

т— 1,2

1

0,8

''Ч

ü ■ \

Р ! 1

Ч.ч

; „ F' ост

0,05 О,' o.e.

Рис. 11

1,8 1,6

ai

° 1.4

О

0.15

- 1,2

f ••■./.

fj]

''-•А 4 0,12

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

1\,о.е.

Рис. 12. Кривые 1-5 получены при Еост. 0,003; 0,008; 0,034; 0,084; 0,15 -1/С ...........М

г 1, о.е.

Рис. 13

абсцисс через точку с соответствующим сопротивлением, т.е. = 0,1 (точки а, а'). Аналогичные построения производим для другой пары взаимной индуктивности и сопротивления (точки Ь, V и с, с'). Соединение полученных точек дает искомую кривую границы области самовозбуждения с учетом остаточной ЭДС. Как и следовало ожидать, увеличение остаточной ЭДС приводит к расширению границы области самовозбуждения (кривые 1, 2, рис. 13). При оптимальном значении ЭДС (кривая 3) требуется минимальное значение емкости конденсаторов возбуждения при номинальном сопротивлении статора (г, =0,12). Дальнейшее увеличение остаточной ЭДС приводит к увеличению емкости конденсаторов, необходимой для самовозбуждения (кривые 4, 5). Это связано с тем, что увеличение остаточной ЭДС сверх оптимального (для данного сопротивления статора) приводит к повышению устойчивости ААГ при его работе в синхронном режиме. В связи с этим требуется большее значение потерь в статоре для того, чтобы он выпал из синхронизма. При номинальном сопротивлении статора это возможно только за счет увеличения тока, т.е. увеличения емкости конденсаторов. Однако избежать увеличения емкости конденсаторов можно за счет увеличения сопротивления статора, поскольку в этом случае потери также возрастут. Кривая 6 представляет собой границу возбуждения, которая получена при М = 1,679 и кратковременном действии сильного стартёра. Кривая 7 очерчивает область, в которой самовозбуждение возможно при бесконечно слабом стартере Еосп «0. Она получена при А/ = 0,87. При снятии замеров, представленных в виде Д, емкость конденсаторов плавно

j<°Lo2*> rUi jcoLл r, j(oLal joLt

Рис. 14

увеличивали до наступления самовозбуждения. После каждого увеличения емкости, конденсаторы отключали от ААГ и измеряли остаточную ЭДС. Величина Э ДС находилась в диапазоне Еост = 0,0026 0,004.

В третьей главе рассмотрены особенности работы серийных асинхронных двигателей в генераторном режиме. Установлено, что при номинальном токе статора мощность, развиваемая в генераторном режиме, не превышает номинальную мощность двигателя.

Рассмотрен способ стабилизации напряжения, основанный на использовании электроприемников с индивидуальными конденсаторами. Показано, что данный способ позволяет стабилизировать напряжение ААГ в диапазоне ±5 % от номинального значения с учетом изменения скорости приводного двигателя под действием механической мощности на вату ААГ. Рассмотрены статические и динамические режимы работы такой системы при наличии нагрузки, как с постоянным, так и переменным коэффициентом мощности.

При анализе статических режимов ААГ и электроприемников с индивидуальными конденсаторами, часть из которых имеет постоянный, а часть - переменный коэффициент мощности, использована схема замещения, представленная на рис. 14. Здесь гл, Ьл - параметры кабельной линии; ги, LH - параметры нагрузки с cos ф~ const', Сад, Сн - емкость индивидуальных конденсаторов АД и нагрузки с coscp = const; С - емкость конденсаторов возбуждения ААГ. Параметры с дополнительным индексом «од» относятся к асинхронному двигателю, а остальные - к ААГ. Схеме замещения соответствует следующее уравнение:

yZ,a + VZt* + V(Z£ + Z, )+ 1/Z, = 0 , (11)

где Zs - суммарное сопротивление, которое включает сопротивление АД, нагрузки с постоянным коэффициентом мощности {ги, Lu), линии (гл, Ьл) и всех конденсаторов {Сад, С„, С); Zm = rm + j0, 7^ = 0 + ja^/I^), Zj = i\ + jcoLrt, Z2 = r2/s + jcoba2 - комплексные сопротивления ААГ. Аналогично определяются комплексные сопротивления АД. Использование

1,1 1

ф О

® 0,9 х си X

о. 0,8 с га X

0,7 0,6

и

▲ í\

i * \ * \ A ! i ^ -x'-o -J 0 •)

te,k.—i -

г °

1,8

1,6

1,4 ai

o

ra"

Q.

1,2 o H

s

o

1 b¿ o

(—

0,8

0,6

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Мощность, o.e.

Рис. 15. Без индивидуальных конденсаторов

с индивидуальными конденсаторами - с

комплексных чисел при программировании позволяет достаточно легко рассчитать суммарное сопротивление Z2.

Уравнение (11) необходимо дополнить следующим выражением:

= 0, (12) где Eadw = - вектор ЭДС АД, который определяется через вектор

главного потокосцепления двигателя = + jx4\ Éaá = -Íш¡Уг^а ~ вектор

ЭДС АД, который рассчитывается через токи, напряжения и параметры всей системы. Принято, что вектор потокосцепления ААГ совпадает с вещественной осью = x¡ + jO, а частота ю = х2.

Решение системы нелинейных уравнений (11), (12) с неизвестными х1 -х4 осуществлено с помощью подпрограммы BROYDN из библиотеки Numerical Recipes, которая входит в состав MS Fortran PowerStation 4.0. Нелинейности Ifr=f{xi's), I^ аппроксимированы кубическими

сплайнами, а = и г , _ полиномами. Результаты расчета

ААГ показали удовлетворительное совпадение с экспериментом (рис. 15).

При исследовании динамических режимов использована следующая СДУ, записанная в относительных единицах:

Ä=Ll(U-ZZJJFj; (13)

P^ñfad - ^cabalfori ~ ^LRac^ñfañ ) ¡ 0 4)

L ft ад

dm

рад

dt

= МЭад-Мы,

(15)

\ 0,1 Пуск АД с Л/^ 0,015

0,4

Наброс на АД ^=0,189

0,5 \ 0 Наброс МХ нагрузки

(16)

^Эад ~ ((^¿оЖг + Ат1 ад '\ада)Надр '5адр + ад Чадр)Када +

^^бада ^^араад ^/1аада)^/иадр ~ Вадр рзад 'ряад^/иада)-

Методика определения матриц в уравнениях ААГ и АД, т.е. в (13) и (14), изложена в [33]. В (13), (14) используется понятие динамической индуктивности и учитываются потери в стали статора.

Дифференциальные уравнения, которые описывают цепь с конденсаторами возбуждения ААГ и цепь с индивидуальными конденсаторами, а также кабельную линию и нагрузку с постоянным коэффициентом мощности, соответственно имеют следующий вид:

РЩа=1са/С> РЩа^Ьа/С', (17)

Риш - НсаЦСад + Р%р = ^¡(Сад + С„); (18)

Р'ла = («1 а ~ ипа ~ ГАа )/к > Р'л/3 = [Щр ~ Кр ~ )/£, \ (19)

РКа = («„„ - ги1иа )/4; р1,ф = {и1ф - г^р )/4 , (20)

где: и1а,и1р - напряжение на обмотке статора ААГ; ииа=иада, ияР-иадр -

напряжение на АД и на нагрузке с постоянным коэффициентом мощности (напряжение в конце линии); ца, /1/?, 1]ада, ¡Шр - токи в обмотках статора ААГ

и АД; ¡на, \1ф - токи нагрузки с постоянным коэффициентом мощности без

¡лр - токи линии;

токи в конденсаторах возбуждения ААГ;

суммарный ток, которой протекает

учета тока ее индивидуальных конденсаторов; ¡ла, <л/,

Кг/

'ф

и -1 -1 —I

' 4 Г* /У * II /Т * и

'г,Я ~ '»я Кя Ь

1 ада ' 'ир ~ 'лр 'нР

адр

во всех индивидуальных конденсаторах (Сад + СИ), соответственно по осям а

и /?; юрад - частота вращения ротора АД; МЭад МСад- электромагнитный момент АД и статический момент нагрузки механизма; Jсд - момент ршерции ротора АД и механизма.

Результаты расчета динамических режимов при пуске АД с индивидуальными конденсаторами, набросе номинальной нагрузки на АД, подключении электроприемников (нагрузки) с индивидуальными конденсаторами (cos^ = const) представлены на рис. 16.

В четвертой главе рассматривается математическая модель ААГ с учетом потерь в стали статора и фазного ротора. В модели используются диналигческие индуктивности. Рассчитаны регулировочные характеристики ААГ при неизменных значениях напряжения и частоты в нагрузке и изменяющейся скорости ротора. Эти характеристики рассчитаны как для случая, при котором реактивная мощность регулируется со стороны статора и ротора, так и при регулировании реактивной мощности в цепи статора и активного сопротивления в цепи фазного ротора. Определены границы области самовозбуждения при наличии конденсаторов в цепи статора и фазного ротора. Рассмотрена работа АГ с параллельным соединением обмоток статора и фазного ротора. Рассчитаны динамические режимы работы и границы области самовозбуждения такого ААГ.

В ветроэнергетических установках (ВЭУ) генератор с фазным ротором может составить серьезную конкуренцию машинам двойного питания, особенно при использовании мощности скольжения, например, для обогрева здания или горячего водоснабжения. При работе ВЭУ скорость ротора ААГ может быть существенно больше скорости поля. В этом случае потери в стали фазного ротора становятся соизмеримы с потерями в стали статора, что необходимо учитывать при моделировании такого ААГ.

СДУ генератора в относительных единицах имеет следующий вид [20]:

На рис. 17 представлены результаты расчета переходного процесса при набросе нагрузки.

Расчет регулировочных характеристик генератора (с учетом потерь в стали статора и ротора) осуществлен путем решения нелинейного уравнения. При изменении нагрузки и значительной скорости ротора регулятор в цепи статора должен изменять не только величину реактивной мощности, но и ее характер (рис. 18). По мере увеличения скорости ротора реактивная мощность со стороны фазного ротора уменьшается. Рассчитаны регулировочные характеристики и при стабилизации путем изменения активного сопротивления ротора и величины реактивной мощности в цепи статора.

U = L х pi.

(21)

СДУ (21) необходимо дополнить уравнениями внешних цепей: Ща = Г„Ка + кРка> Щр = ГАр + АХ^

РЩа = kla/CX ; ha = kxa + Ка\ PUlfi = 'ap/Q hp = 'ар + 1,ф\\ Pli2a=i2«/C2+®pll2p, Ри1р=>2р1С2-0)ри2а.

(22)

Время, с

Рис. 17 = 1,71; С2 = 1,226, наброс нагрузки: гн = 0,732

Показано, что использование мощности скольжения позволяет существенно повысить КПД всей установки.

Получены выражения, которые позволяют рассчитать границу самовозбуждения ААГ при наличии конденсаторов в цепи статора и фазного ротора. Они имеют следующий вид:

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Р2, о.е. Рис. 18. и1=со = 1

О — ^оУ Х11Г2 + (50 Х2 ~Хс2/5о)(50^О ~Хс2,/Ло) ]

л:о1=---<-:-

Г2 "^(^О-^г-Хс2,/^о)

где 50 = [со - (й)/сор - скольжение поля относительно ротора; х{ = Цсо , х2 = ¿2®„ - полные индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора; хл-у[Схсор), хс2=у[С2сор) - емкостные сопротивления конденсаторов возбуждения; х" = (х^2 - хгт ; хт = Ма>р.

Также представлена методика расчета границы области самовозбуждения с учетом нагрузки, основанная на «свертке» схемы замещения ААГ. Показано, что ААГ при наличии конденсаторов в цепи фазного ротора может возбуждаться и работать даже при КЗ, поскольку в этом случае реактивная мощность продолжает поступать со стороны конденсаторов, включенных в цепь ротора.

Представлены результаты исследований ААГ с параллельным соединением обмоток статора и фазного ротора, электрическая схема которого представлена на рис. 19. При таком соединении обмоток, ротор двухполюсного ААГ вращается со скоростью 6000 об/мин, а частота генерируемого напряжения составляет 50 Гц. Показано, что увеличение скорости вращения ротора позволяет улучшить массогабаритные показатели не только ААГ, но и приводного двигателя автономной энергоустановки.

На рис. 20 представлены огибающие напряжения при самовозбуждении на холостом ходу (кривые 1, 2, 3 и 6) и под нагрузкой (кривая 4, 5) при одном и том же стартёре (/2а =0,01). Кривая 1 получена при С = 0,755 и сор= 2,

кривая 2 - при С = 0,755 и сор= 1,9, кривая 3 - при С = 0,655 и сор= 2,

кривые 4 и 5 - соответственно при следующих сопротивлениях нагрузки: гИ= 3, ¿„=0,01; /;,= 2, ¿„=0,01 (С = 0,755, ар = 2). Эти кривые

X

ш *

к о. с: го

X к га 3" 9 га ю

5

1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 О

У 'Р

л : / Г !

У 2 / / /

Д/ Л/-5

0,05

0,1 0,15

Время, с Рис. 20

0,2

0,25

свидетельствуют о том, что время самовозбуждения АГ возрастает при уменьшении емкости конденсаторов возбуждения, снижении скорости вращения ротора, а также при увеличении нагрузки.

Получено выражение, которое при г = гх=гг и I, = Ц = Ь2 позволяет рассчитать границу самовозбуждения такого ААГ:

I1

г= 4--

1 С

а

г \2

(//-М2)-^ 4 ' 2 )У '

(24)

границ области

На рис. 21 представлены результаты расчета самовозбуждения. При сор = 2 и сильном стартёре, который обеспечивает

выполнение автогенераторных условий при М = М[шх, область самовозбуждения будет ограничена кривой 1 (рис. 19). Увеличение индуктивности рассеяния приводит к смещению области самовозбуждения вверх (кривая 2). При сор = 1,8 область самовозбуждения уменьшается (кривая 3). Если самовозбуждение генератора осуществляется с помощью

у

г, о.е.

Рис. 21

бесконечно слабого стартера, когда М =Мш!п, площадь области самовозбуждения будет минимальной (кривая 4). Значение емкости конденсаторов, при которых возможно самовозбуждение при фиксированном сопротивлении обмоток, лежит Стах < С < Стш, причем значение Стп между кривыми 1 и 4 зависит полностью от силы стартёра.

При номинальном токе нагрузки /и =0,978 КПД такого АГ даже с учетом возросших механических потерь и наличия потерь в стали ротора становится выше КПД двигателя, соответственно т]ноиАТ = 0,813 против т)ном - 0,64. Мощность активной нагрузки равна Рн = 1ЛИ = 0,978 или в абсолютных единицах - 4,642 кВт, что в 2,11 раз больше номинальной (паспортной) мощности двигателя серии МТ-11-6.

В пятой главе рассмотрены особенности работы асинхронной машины, подключенной к сети, при наличии конденсаторов в цепи фазного ротора. Приведены механические характеристики машины. Представлены уравнения границы области самовозбуждения. Приведены результаты расчета динамических режимов.

Уравнение механической характеристики машины имеет следующий вид (знаки приведения опущены):

М = -

г2

*СТ1+СЛ2------

(25)

где: хс.

фазного ротора при частоте сети.

При хс2л = + с1хст2)/с| машина развивает наибольший пусковой

момент:

Мщ'ск П.^+с.г,)3

(26)

Результаты расчета емкости и массы (на три фазы) пусковых конденсаторов серии К78-17, соединенных в треугольник, отношения наибольшего пускового момента к номинальному и критическому моменту для некоторых двигателей серии МТ приведены в таблице 1.

Таблица 1

№ Данные двигателя с ¿.пуск > мкФ кг

Тип Рн, кВт т, кг

Мн мк

1 1 МТ-11-6 2,2 2,3 90 3,24 3802 12,6 1,41

3 1 МТ-21-6 5 2,9 145 5,21 5172 17,2 1,8

5 | МТ-31 -6 11 3Л 218 6,57 7921 26,4 2,12

8 1 МТ-42-8 16 3 365 6,97 8700 29 2,32

9 | МТ-51-8 22 3 435 7.53 14504 48,4 2,51

10 | МТ-52-8 30 3 ! 510 7,47 11261 37,6 2,49

1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0 -0,2 -0,4

ч ч

V /1

X

___

¿ztr- /

3

у >

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Момент, o.e.

Рис. 22. 1- естественная характеристика 2- С„уск = 5,2о.е.(3802л«Ф)

3 - характеристика механизма

3,5

Подключение конденсаторов к фазному ротору позволяет осуществить пуск привода даже в том случае, если пусковой момент механизма больше номинального критического момента двигателя (рис. 22). Процесс пуска АД представлен на рис. 23. При ^ параллельно конденсаторам подключаются пусковые реостаты, а при (2 обмотка фазного ротора замыкается накоротко.

Получены следующие выражения для определения границы области самовозбуждения:

С,

l + affil-sj

[l/<? + loffi (1 - s0 f J slL'äco; l+flWMJ

(27)

(28)

150 Время, эл.с

200

250

Рис. 23

где: .?0 = (свр - со)/сор - скольжение поля относительно ротора; = ;

ц = {1лЬ2-М2)/1л-З = Ь;/Ь2.

Уравнения (27) и (28) позволяют определить границы самовозбуждения в области параметров сор, г2. Если в уравнениях (27) и (28) заменить индексы 10 2 и (1 - л0, то получаются известные уравнения для расчета границ области самовозбуждения при наличии в сети последовательной емкостной компенсации.

Процессы, протекающие в асинхронной машине при наличии конденсаторов в цепи фазного ротора, аналогичны процессам, которые имеют место в асинхронной машине, которая подключена к сети с последовательной емкостной компенсацией. В частности, АД с фазным ротором может «застрять» на пониженной скорости из-за тормозного момента, вызванного асинхронным самовозбуждением (рис. 24).

В шестой главе представлены математические модели асинхронных вентильных генераторов с одной и двумя обмотками на статоре. Приведена конструкция и математическая модель асинхронного сварочного генератора. При моделировании генераторов используется трехфазная заторможенная система координат а, /3, у. Выпрямители в этих моделях выполнены по трехфазной мостовой схеме. Диоды представлены в виде активно-индуктивных сопротивлений, величина которых изменяется скачком (на несколько порядков) при переходе диода от открытого состояния к закрытому.

СДУ вентильного генератора с двумя обмотками статора состоит из 17 дифференциальных уравнений. К первой обмотке статора подключается нагрузка, а ко второй - конденсаторы возбуждения. Число витков обмоток статора выбирается так, что напряжение первой обмотки обеспечивало номинальное напряжение в низковольтной нагрузке постоянного тока, а

6 5

«U

с 4

а

с. о

с -3

6 2

о

X 1

о

П. о § -1 § -2 -з

w ^"^WVWWVA/.

'fjjfß^f '«TJH'ljjf! "fpi toiMä IroEPWi шуЩШя щтар™

Р

II

0,6

о, о н

0,4 Ö

о

D.

о

0,2 и

100

200

300

400

Время, эл. с

Рис. 24. С= 5,2 o.e., момент нагрузки Мс= 0

О 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08

Время, с Рис. 25

напряжение второй обмотки было равно номинальному напряжению конденсаторов возбуждения. На рис. 25 представлены результаты расчета переходного процесса при КЗ в нагрузке.

В работе представлены результаты исследований одной из наиболее совершенных конструкций асинхронного сварочного генератора (АСГ), который имеет короткозамкнутый ротор, обычную магнитную систему с двумя обмотками на статоре. Математическая модель АСГ с учетом потерь в стали статора представлена на рис. 26. Этой модели соответствует СДУ, которая состоит из 26 дифференциальных уравнений. При моделировании АСГ использовались динамические индуктивности.

В таблице 2 представлены данные серийных сварочных генераторов и

Рис. 26

с

Рис. 27

АСГ, выполненного на базе двигателя 4А10054 и АИР10084. Для возбуждения АСГ используются конденсаторы серии К78-17.

Данные таблицы 2 позволяют сделать вывод о том, что АСГ может составить серьезную конкуренцию существующим серийным генераторам.

Таблица 2

Тип генератора ГШ, %; /„„,, А в В Масса

генератора/ конденс., кг удельная, кг/кВт

ГД-311 60 315 32 70 164 16

ГД - 500 60 500 40 90 400 20

АСГ(4А10084) — 120 24.8 80 36/12 16,13

АСГ(АИР10054) — 120 24,8 80 21,6/12 11,29

Результаты расчета переходного процесса при КЗ в сварочной цепи АСГ показаны на рис. 27.

Что касается качества сварки, то лабораторные исследования сварного стыка, полученного с помощью АСГ, показали, что он удовлетворяет стандартам, и АСГ может быть использован при сварке стальных газопроводов.

Приложения содержат результаты экспериментальных исследований; распечатку основных подпрограмм расчета установившихся и динамических режимов; протоколы механических испытаний и проверки радиографическим методом сварного стыка; вывод некоторых уравнений; методику, которая позволяет ограничить пусковой ток короткозамкнутого двигателя с помощью конденсаторов, что может быть использовано в слабой сети при тяжелых условиях пуска, а также описание асинхронного сварочного генератора с разветвленной магнитной системой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты, выполненных исследований могут быть сформулированы следующим образом:

1. Предложен новый подход к объяснению процесса асинхронного самовозбуждения, который основан на разбиении условий самовозбуждения на «автогенераторные» и «стартёрные». Впервые предложена классификация стартёров, запускающих процесс самовозбуждения. Так, бесконечно слабый стартёр создает начальный импульс, который, при выполнении автогенераторных условий, усиливается в ААГ за счет положительной обратной связи, что и приводит к самовозбуждению. Наряду с этим сильный стартёр изменяет взаимную индуктивность обмоток и тем самым способствуют выполнению автогенераторных условий при меньшей емкости конденсаторов возбуждения. Показано, что чрезмерное усиление стартёра может препятствовать самовозбуждению. С учетом такого подхода выявлены общие закономерности самовозбуждения автономных ГПТ, СГ и АГ. Разработана методика расчета границ области самовозбуждения ААГ с учетом стартёра в виде остаточной ЭДС статора.

2. Выявлены особенности работы серийных двигателей в генераторном режиме. Показано, что мощность, развиваемая в этом режиме, зависит от степени увеличения намагничивающего тока и обычно меньше или равна (в крупных машинах) номинальной мощности двигательного режима.

3. Предложен простой и надежный способ стабилизации напряжения ААГ, который основан на использовании электроприемников с индивидуальными конденсаторами. Разработаны математические модели и проведен анализ статических и динамических режимов работы генератора с такими электроприемниками. Показано, что данный способ позволяет стабилизировать напряжение ААГ в диапазоне ±5 % от номинального значения даже при изменении скорости приводного двигателя под действием тормозного момента, создаваемого ААГ. Показано, что результаты, полученные в ходе моделирования динамических и статических режимов работы такой системы, имеют удовлетворительное совпадение с опытными данными. Несомненным достоинством данной системы является отсутствие полупроводниковых или иных дополнительных устройств, предназначенных для стабилизации напряжения, что позволяет уменьшить массогабаритные показатели и стоимость всей системы.

4. Исследованы регулировочные свойства ААГ с фазным ротором при переменной скорости вращения ротора. Показано, что для стабилизации частоты и амплитуды напряжения наиболее целесообразно регулировать реактивную мощность в цепи статора и активное сопротивление в цепи ротора, особенно при использовании мощности скольжения, например, для обогрева здания. Главным же достоинством системы, в которой регулируют реактивную мощность в цепи статора и фазного ротора, является способность работать при коротких замыканиях в нагрузке.

5. Предложено использовать в бензоэлектрических агрегатах небольшой мощности двухполюсный ААГ с фазным ротором, который при частоте

вращения ротора 6000 об'мин генерирует ЭДС частотой 50 Гц. Разработана математическая модель такого генератора с параллельным соединением обмоток статора и фазного ротора. Разработана методика расчета границ области конденсаторного самовозбуждения для случая равенства соответствующих параметров обмоток статора и ротора. Несомненным достоинством такого генератора являются его массогабаритные и энергетические показатели. Так, на примере серийного двигателя 2,2 кВт показано, что при двукратном увеличении скорости ротора удельная масса генератора уменьшается в 2,11 раза, а КПД возрастает с =0,64 (двигательный режим) до т], = 0,813. Аналогичное действие оказывает двукратное увеличение скорости вращения на приводной двигатель внутреннего сгорания, что позволяет уменьшить удельную массу всей энергоустановки с 22,2 кг/кВт до 11,52 кг/кВт.

6. Обоснована возможность существенного увеличения максимального (критического) и пускового моментов асинхронного двигателя путем подключения конденсаторов в цепь фазного ротора. В зависимости от параметров машины такое увеличение может составить от 30 % до 150% от номинального максимального (критического) момента, что может быть использовано в электроприводе. Показана возможность самовозбуждения такой асинхронной машины при работе в двигательном и генераторном режимах, а также в режиме противовключения. Разработана методика расчета границ области самовозбуждения такой машины. Установлено, что процессы самовозбуждения в асинхронной машине с конденсаторами в цепи фазного ротора протекают аналогично процессам, которые имеют место в асинхронной машине с короткозамкнутым ротором при её подключении к сети с последовательной емкостной компенсацией.

7. Разработана математическая модель асинхронного вентильного генератора с конденсаторным самовозбуждением, которая может быть использована при исследовании и проектировании таких генераторов. Показано, что асинхронный вентильный генератор может составить серьезную конкуренцию вентильным генераторам других конструкций, особенно в бензоэлектрических агрегатах, которые предназначены для зарядки аккумуляторов.

8. Предложена, изготовлена и запатентована конструкция асинхронного сварочного генератора с конденсаторным самовозбуждением, которая может быть использована при сварке штучным электродом. Показано, что удельная масса этого генератора (с учетом конденсаторов) в 1,42 раза меньше удельной массы серийного вентильного сварочного генератора. Разработана математическая модель, которая может быть использована для исследования и проектирования таких генераторов.

Комплекс теоретических и практических результатов диссертационной работы расширяет перспективы использования асинхронных генераторов с конденсаторным самовозбуждением в различных отраслях народного хозяйства, в том числе, и в области электросварки.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПЕЧАТНЫХ РАБОТ И ИЗОБРЕТЕНИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Джендубаев А-З.Р. Основные уравнения трехфазного асинхронного двигателя с управляющей обмоткой // Изв. вузов Электромеханика. - 1988. -№ 2. - С. 30-34.

2. Шапиро Л.Я., Джендубаев А-З.Р. Математическое моделирование асинхронного генератора с двумя статорными обмотками и конденсаторным самовозбуждением // Современные проблемы электромеханики (К 100-летию изобретения трехфазного асинхронного двигателя): Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф. В 2 - х т. 4-8 декабря 1989 г. - М., Из-во МЭИ, 1989. - Т. 1. -С. 180.

3. Джендубаев А-З.Р. Основные уравнения асинхронного двигателя с двумя статорными обмотками // Электричество. - 1990. -№ 1. - С. 51 - 54.

4. Джендубаев А-З.Р., Шапиро Л Я. Схемы замещения асинхронной машины с двумя статорными обмотками // Электромеханика. - 1990. -№ 8. - С. 71-74,

5. Джендубаев А-З.Р., Шапиро Л.Я. Исследование работы асинхронного генератора в режиме короткого замыкания // Электромеханика. - 1990. 10. -С. 66-69.

6. Джендубаев А-З.Р. Исследование сварочного асинхронного генератора с конденсаторным самовозбуждением // Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов: Тез. докл. VI Всесоюзн. науч.-техн. конф. В 3-х т. 2-5 октября 1991 г. - Бишкек, 1991. Т. 1. - С. 39.

7. Джендубаев А-З.Р. Асинхронный сварочный генератор // Автоматическая сварка. - 1992. -№ 1. - С. 53 - 54.

8. Джендубаев А-З.Р. Влияние нагрузки на область устойчивого самовозбуждения асинхронного генератора с двумя обмотками статора // Изв. вузов. Электромеханика. - 1993. -№ 4. - С. 27 - 30 .

9. Джендубаев А-З.Р. К определению границ области устойчивого самовозбуждения асинхронного генератора с двумя обмотками статора // Электричество. - 1993. -№ 10. - С. 28 - 33.

10. Джендубаев А-З.Р. Статические режимы работы автономного асинхронного генератора с двумя обмотками статора // Изв. РАН Энергетика. - 1994. -№ I,-С. 59-65.

11. Джендубаев А-З.Р. Электромагнитный момент асинхронной машины с двумя обмотками статора // Электротехника. - 1994. -№ 4. - С. 19 - 22.

12. Джендубаев А-З.Р. Динамические режимы работы асинхронного генератора с двумя обмотками статора // Изв. РАН Энергетика. - 1995. -№. 1. -С. 87 -90.

13. Джендубаев А-З.Р. Об удельной массе асинхронных генераторов с возбуждением от конденсаторов типа К78-17 // Электротехника. - 1995. -№ 1. -С. 13-14.

14. Джендубаев А-З.Р. Асинхронный сварочный генератор // Электричество. - 1996. -№ 5. - С. 60 - 64.

15. Джендубаев А-З.Р. Экспериментальные исследования асинхронного вентильного сварочного генератора // Сварочное производство. - 1996. -№ 6. -С. 29-30.

16. Джендубаев А-З.Р. Жесткое самовозбуждение асинхронного генератора с ферромагнитным короткозамкнутым ротором // Электричество. - 1997.-№ 9.-С. 26-31.

17. Джендубаев А-З.Р. Определение границ области самовозбуждения асинхронного генератора с фазным ротором // Электричество. - 1998. -№ 10. -С. 44-48.

18. Джендубаев А-З.Р. Остаточная ЭДС автономного асинхронного генератора с ферромагнитным короткозамкнутым ротором // Изв. вузов. Электромеханика. - 1999. -№ 3. - С. 39 - 42.

19. Джендубаев А-З.Р., Гонов И.Я. Математическое моделирование асинхронного сварочного генератора // Нетрадиционные электромеханические и электрические системы (ЦЕЕ8'99): Тр. IV междунар. конф. 21-24 июля 1999 г. - Санкт-Петербург, 1999. - С. 335-338.

20. Джендубаев А-З.Р. Математическое моделирование асинхронного генератора с фазным ротором // Изв. вузов. Электромеханика. - 2000. -№ 2. -С. 63 -66.

21. Джендубаев А-З.Р. Стабилизация напряжения автономного асинхронного генератора путем использования электроприемников с индивидуальными конденсаторами // Электротехника. - 2001. -№ 7. -С. 30-33.

22. Джендубаев А-З.Р. Конденсаторное ограничение пускового тока асинхронного короткозамкнутого двигателя // Изв. РАН Энергетика. - 2001. -N2 5.-С. 144- 149.

23. Джендубаев А-З.Р. Регулировочные характеристики автономного асинхронного генератора с фазным ротором // Изв. вузов. Электромеханика. -2001. -№4-5. -С. 79-81.

24. Джендубаев А-З.Р. Переходные процессы в автономном асинхронном генераторе при подключении электроприемника с индивидуальной батареей конденсаторов // Российский национальный симпозиум по энергетике (РНСЭ): Тр. симпозиума. В 5-и т. 10-14 сентября 2001 г. - Казань, 2001. -Т. 2. -С. 81-83.

25. Джендубаев А-З.Р. Асинхронный сварочный генератор // Проблемы совершенствования электрических машин и аппаратов. Теория и практика (81ЕМА'2001): Тр. Междунар. симпозиума 18-20 октября 2001 г. -Харьков, 2001.-С. 73-76.

26. Джендубаев А-З.Р. Асинхронная машина с емкостью в цепи фазного ротора // Изв. РАН Энергетика. - 2002. -№ 1. - С. 126 - 135.

27. Джендубаев А-З.Р. Переходные процессы в автономном асинхронном генераторе при подключении электроприемника с индивидуальными конденсаторами // Электротехника. - 2002. -№ 7. - С. 10 - 12.

28. Джендубаев А-З.Р. Исследование автономного асинхронного генератора при подключении электроприемников с переменным

коэффициентом мощности и индивидуальными конденсаторами // Изв. РАН Энергетика. - 2002. -№ 6. - С. 65 - 71.

29. Джендубаев А-З.Р. Конденсаторное самовозбуждение автономного асштхронного вентильного генератора с двумя обмотками статора // Изв. РАН Энергетика. - 2003. -№ 3. - С. 114 - 131.

30. Джендубаев А-З.Р. Особенности работы серийного асинхронного двигателя в генераторном режиме параллельно с сетью. // Изв. вузов. Электромеханика. - 2003. -№ 1. - С. 12-16.

31. Джендубаев А-З.Р. Математическое моделирование асинхронного вентильного генератора // Электричество. - 2003. -№ 2. - С. 59 - 63.

32. Джендубаев А-З.Р. Конденсаторное самовозбуждение асинхронной машины при изменяющейся скорости вращения ротора // Изв. вузов. Электромеханика. - 2003. -№ 2. - С. 35- 39.

33. Джендубаев А-З.Р. Математическое моделирование асинхронного генератора с учетом потерь в стали // Электричество. -2003. -№ 7. - С.36-45.

34. Джендубаев А-З.Р. Определение границ области мягкого и жесткого самовозбуждения асинхронного генератора с учетом потерь в стали, остаточной индукции ротора и нагрузки // Изв. РАН Энергетика. - 2004. -№ 1. -С. 121-136.

35. Джендубаев А-З.Р. Об одном аспекте изложения вопросов рекуперативного торможения в курсе электрических машин и электропривода. // Изв. вузов. Электромеханика. - 2004. -№ 1. - С. 70-72.

36. Джендубаев А-З.Р. Математическое моделирование асинхронного генератора с учетом потерь в стали статора и фазного ротора // Электричество. - 2004. -№ 8. - С. 47 - 52.

37. Джендубаев А-З.Р. Асинхронный сварочный генератор с конденсаторным самовозбуждением // Сварочное производство. - 2004. -№ 8. -С. 33-35.

38. Джендубаев А-З.Р. Асинхронный сварочный генератор // Известия РАН Энергетика. - 2005. - № 2. - С. 71-80.

39. Джендубаев А-З.Р. Математическое моделирование асинхронного сварочного генератора с разветвленной магнитной системой статора // Изв. вузов. Электромеханика. - 2005. - № 3. - С. 27-33.

40. Джендубаев А-З.Р. Самовозбуждение автономного асинхронного генератора с полым немагнитным ротором // Энерго и ресурсосберегающие технологии и установки: Тез. докл. IV южнороссийской научной конф. 7-8 апреля 2005 г. - Краснодар, 2005. - С. 160-163.

41. Джендубаев А-З.Р. Математическое моделирование автономного асинхронного генератора с полым немагнитным ротором с учетом остаточной индукции статора. // Изв. вузов. Электромеханика -2006, - № 1. С. 28-31.

42. Джендубаев А-З.Р. Исследование автономного асинхронного генератора с конденсаторным самовозбуждением и параллельным соединением обмоток статора и фазного ротора // Электричество. - 2005. - № 12.-С. 44-49.

43. Джендубаев А-З.Р. Анализ стабильности напряжения на клеммах асинхронного генератора с самовозбуждением при активно-емкостной нагрузке // Электроэнергетические компоненты и системы. Т. 34. - №2.

- С. 217-231, Февраль 2006 (на анг. языке).

44. Джендубаев А-З.Р. Псевдорекуперативный режим работы асинхронной машины // Электротехника. - 2006. - №8. - С. 17-21.

45. Джендубаев А-З.Р. Особенности самовозбуждения автономных генераторов. Ч. 1. Общие вопросы. Генератор постоянного тока // Электричество. - 2006. - № 11. - С. 53-59.

46. Джендубаев А-З.Р. Особенности самовозбуждения автономных генераторов. Ч. 2. Асинхронный генератор // Электричество. - 2006. - № 12.

- С. 25 - 31.

47. A.c. 1197014 СССР, МКИ3 Н02К 17/12. Асинхронный трехфазный электродвигатель / А-З.Р.Джендубаев (СССР). - 2 е.: ил.

48. A.c. 1390719 СССР, МКИ3 Н02К 17/12. Асинхронный трехфазный электродвигатель / А-З.Р.Джендубаев (СССР). - 2 е.: ил.

49. A.c. 1387115 СССР, Н02К 17/12. Асинхронная трехфазная электрическая машина / А-З.Р.Джендубаев (СССР). - 2 е.: ил.

50. A.c. 1697204 СССР, МКИ3 Н02К 17/00; Н02Р 09/46. Трехфазный асинхронный генератор/ А-З.Р.Джендубаев, Л.Я.Шапиро (СССР). - 2 е.: ил.

51. Патент RU №2111599 RU, Н 02 К 17/00. Трехфазный асинхронный электросварочный генератор / А-З.Р.Джендубаев (Россия). -1с:, ил.

52. Патент RU №2211519, Н 02 К 17/00, Н 02 Р '9/46, В 23 К 9/00. Асинхронный сварочный генератор. / А-З.Р. Джендубаев (Россия). - 5 е.: ил.

Подписано к печати ¿V. С?К Зак. $$ Тир. ¡00 П.л. %>.Ь

Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

Введение

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА ПЕРВАЯ АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

1.1. Области применения автономных асинхронных генераторов

1.2. Обзор трудов и выполненных исследований АГ

ГЛАВА ВТОРАЯ. САМОВОЗБУЖДЕНИЕ АСИНХРОННОГО

ГЕНЕРАТОРА

2.1. Экспериментальные исследования самовозбуждения

2.1.1. Асинхронный генератор с ферромагнитным короткозамкнутымротором.

2.1.2. Асинхронный генератор с фазным ротором

2.1.3. Асинхронный генератор с полым немагнитным ротором

2.1.4. Многоскоростной асинхронный генератор

2.2. Особенности самовозбуждения автономных генераторов

2.2.1. Автогенераторные и стартерные условия самовозбуждения генератора постоянного тока и асинхронного генератора

2.2.2. Конденсаторное самовозбуэюдение асинхронного генератора с полым немагнитным ротором

2.3. Определение границ области самовозбуждения автономного асинхронного генератора с учетом потерь в стали, остаточной индукции ротора и нагрузки

ГЛАВА ТРЕТЬЯ. СТАБИЛИЗАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ АВТОНОМНОГО АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ С ИНДИВИДУАЛЬНЫМИ КОНДЕНСАТОРАМИ

3.1. Особенности работы серийного асинхронного двигателя в генераторном режиме

3.2. Статические режимы работы автономного асинхронного генератора и электроприемников с постоянным коэффициентом мощности и индивидуальными конденсаторами

3.3. Переходные процессы в автономном асинхронном генераторе при подключении электроприемника с постоянным коэффи -циентом мощности и индивидуальными конденсаторами

3.4. Статические режимы работы автономного асинхронного генератора и электроприемников с переменным коэффициентом мощности и индивидуальными конденсаторами

3.5. Переходные процессы в автономном асинхронном генераторе при подключении электроприемника с переменным коэффициентом мощности и индивидуальными конденсаторами

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. АСИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР С ФАЗНЫМ

РОТОРОМ

4.1. Математическое моделирование асинхронного генератора с фазным ротором с учетом потерь в стали статора и ротора

4.2. Регулировочные характеристики и КПД автономного асинхронного генератора с фазным ротором

4.3. Определение границ области самовозбуждения асинхронного генератора с фазным ротором

4.4. Исследование автономного асинхронного генератора с параллельным соединением обмоток статора и фазного ротора

ГЛАВА ПЯТАЯ. АСИНХРОННАЯ МАШИНА С

КОНДЕНСАТОРАМИ В ЦЕПИ ФАЗНОГО РОТОРА

5.1. Механические характеристики машины

5.1.1. Механические характеристики при работе в двигательном режиме

5.1.2. Механические характеристики в генераторном режиме

5.2. Определение границ области самовозбуждения асинхронной машины с конденсаторами в цепи фазного ротора

5.3. Динамические режимы работы

ГЛАВА ШЕСТАЯ. АСИНХРОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ И СВАРОЧНЫЙ

ГЕНЕРАТОРЫ С КОНДЕНСАТОРНЫМ САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ

6.1. Математическое моделирование асинхронного вентильного генератора

6.2. Математическое моделирование асинхронного вентильного генератора с двумя обмотками статора

6.3. Асинхронный сварочный генератор с двумя обмотками статора

Актуальность темы. При одинаковых электромагнитных нагрузках, частоте вращения и прочих равных условиях масса асинхронного генератора (без устройств системы возбуждения) значительно меньше массы синхронного генератора. Так, в диапазоне изменения мощностей 5-100 кВт масса автономного асинхронного генератора (ААГ) примерно в 1,3-1,4 раза меньше классического синхронного генератора и в 2-3 раза меньше массы бесконтактного синхронного генератора (например, индукторного). Однако широкому внедрению ААГ долгое время препятствовали значительная масса и стоимость конденсаторов возбуждения. В настоящее время эта проблема отошла на второй план, поскольку в России созданы высокоэффективные пленочные самовосстанавливающиеся конденсаторы серии К78-17. Удельная масса конденсаторов этой серии более чем в три раза меньше массы конденсаторов предыдущей серии. Например, при частоте 50 Гц конденсатор серии К78-17 емкостью 35 мкФ с рабочим напряжением 500 В имеет удельную массу 0,109 кг/кВАр.

Такое качественное улучшение характеристик конденсаторов создало предпосылки для расширения области применения ААГ с конденсаторным самовозбуждением, что в свою очередь невозможно без проведения соответствующих исследований, а также углубления некоторых теоретических положений.

В частности, не до конца раскрыт механизм влияния остаточной индукции ротора и статора на самовозбуждение ААГ. Как следствие этого, отсутствуют теоретически обоснованные рекомендации, гарантирующие надежное конденсаторное самовозбуждение ААГ, в том числе, и ААГ с полым немагнитным ротором. Нет ясности и в вопросе жесткого и мягкого самовозбуждения, поскольку в одном случае эти понятия используют для оценки начальных условий самовозбуждения (возмущение, толчок, стартёр), а в другом - для оценки характера изменения амплитуды колебаний при изменении какого-либо параметра автоколебательной системы, например, емкости конденсаторов. Таким образом, уточнение и дальнейшее развитие теории асинхронного самовозбуждения является важной научной задачей.

Известно, что при частоте 50 Гц максимальная скорость вращения ротора обычного двухполюсного ААГ ограничена значением, которое с учетом скольжения составляет величину чуть большую 3000 об/мин. В свою очередь массогабаритные показатели ААГ, а также приводного двигателя, например, двигателя внутреннего сгорания, зависят от скорости вращения. Следовательно, разработка и исследование ААГ, генерирующего напряжение частотой 50 Гц при скорости вращения ротора более 3000 об/мин также является актуальной задачей, поскольку позволяет существенно улучшить массогабаритные показатели автономных энергоустановок, например, бензоэлектрических агрегатов.

Одним из серьезных препятствий на пути внедрения ААГ в автономных системах является проблема создания простой и надежной системы стабилизации напряжения, что требует проведения соответствующих исследований.

В некоторых автономных системах вентильные генераторы на базе АГ могут составить серьезную конкуренцию коллекторным генераторам постоянного тока и вентильным генераторам на базе синхронных машин. Интенсивная изобретательская деятельность позволила создать сварочный генератор на базе АГ с конденсаторным самовозбуждением, который превосходит по своим характеристикам существующие сварочные генераторы. Естественно, что исследование новой конструкции невозможно без разработки её математической модели и проведения экспериментов.

Цель и задачи исследования. Целью работы является уточнение теоретических аспектов конденсаторного самовозбуждения ААГ, выявление новых областей применения ААГ, разработка принципиально новых устройств на основе ААГ с конденсаторным самовозбуждением, обладающих лучшими массогабаритными и иными показателями по сравнению с существующими устройствами, создание методик расчета динамических и установившихся режимов их работы.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. изучить особенности самовозбуждения ААГ различных конструкций, в том числе, ААГ с полым немагнитным ротором, установить взаимосвязь между самовозбуждением ААГ и остаточной индукцией статора и ротора, выявить зависимость остаточной индукции от предшествующего режима работы ААГ и времени, уточнить методики расчета границ области конденсаторного самовозбуждения ААГ с учетом потерь в стали, остаточной ЭДС и нагрузки, обосновать необходимость разбиения условий самовозбуждения ААГ на две группы: автогенераторные и стартёрные;

2. выявить особенности работы серийного асинхронного двигателя в генераторном режиме, разработать простую и надежную систему стабилизации напряжения ААГ на основе использования электроприемников с индивидуальными конденсаторами, составить схемы замещения, вывести уравнения динамики и статики такой системы, провести анализ возможности её использования в автономных системах электроснабжения;

3. исследовать работу автономного АГ с фазным ротором при наличии конденсаторов в цепи статора и ротора, построить регулировочные характеристики, определить границы области самовозбуждения, разработать соответствующие математические модели статики и динамики;

4. изучить особенности работы асинхронной машины, подключенной к сети, при наличии конденсаторов в цепи фазного ротора; определить границы области самовозбуждения, разработать соответствующие математические модели статики и динамики, построить механические характеристики, исследовать перспективы использования такой системы при крутопадающей механической характеристике исполнительного механизма;

5. исследовать двухполюсный ААГ с конденсаторным самовозбуждением, у которого обмотка статора и обмотка фазного ротора соединены параллельно, определить границы области самовозбуждения, разработать математическую модель;

6. исследовать работу вентильного АГ с одной и двумя обмотками статора, создать сварочный генератор на базе обычной асинхронной машины, провести сравнительный анализ его характеристик с характеристиками существующих сварочных генераторов, разработать соответствующие математические модели.

При решении поставленных задач соискатель опирался на труды известных ученых, внесших значительный вклад в развитие теории электромеханических преобразователей, в том числе асинхронных и вентильных генераторов, а также машин двойного питания: Алиевский Б.Л;, Балагуров В.А., Бертинов А.И., Беспалов В.Я., Будзко И.А., Бут Д.А., Бохян С.К., Бояр-Созонович С.П., Веников В.А., Винокуров В.А, Вольдек А.И., Иванов А.А., Иванов-Смоленский А.В., Кононенко В.В., Копылов И.П., Костырев М.Л., КитаевА.В., Кицис С.И., Кузнецов В.А., ЛоосА.В., Мамедов Ф.А., Нетушил А.В., Новиков А.В., Орлов И.Н., Петров Л.П., Постников И.Л., Радин В.И., Сипайлов Г.А., Скороспешкин А.И., Соколов М.М, Торопцев Н.Д., ФильцР.В., ФришманВ.С., Шакарян Ю.Г., Шапиро Л.Я., Щедрин Н.Н. и др.

Методы исследования. При исследовании самовозбуждения ААГ, проектировании и создании новых конструкций ААГ применялись как теоретические, так и экспериментальные методы.

При математическом моделировании использовались методы теории обобщенного электромеханического преобразователя, методы теории устойчивости, методы теории нелинейных электрических цепей, численные методы, в том числе методы Рунге-Кутты и Ньютона-Рафсона и методы, связанные с матрицами. При разработке программ расчета использовались языки программирования MS1 Visual С++4.1 и MS Fortran PowerStation 4.0.

Истинность теоретических результатов подтверждается многочисленными экспериментальными исследованиями самовозбуждения АГ различных конструкций: с короткозамкнутым и фазным ротором, многоскоростного АГ и АГ с полым немагнитным ротором, а также исследованиями установившихся и динамических режимов работы опытных образцов асинхронного сварочного генератора и АГ при подключении электроприемников с индивидуальными конденсаторами.

Достоверность теоретических исследований подтверждается совпадением результатов расчета и эксперимента, расхождение между которыми в большинстве случаев не превышает 10 %.

Научная новизна. Решение поставленных задач определило научную новизну диссертационной работы, которая заключается в следующем.

1. В ходе экспериментальных исследований установлено, что амплитуда и форма кривой остаточной ЭДС, а также её изменение во времени зависят от предшествующего режима, в котором работал ААГ, например, холостой ход или КЗ. Доказано, что при плавном увеличении емкости конденсаторов, вплоть до самовозбуждения, ААГ работает в режиме синхронного генератора. Внесены уточнения в теорию конденсаторного самовозбуждения ААГ. В частности, предложена методика расчета границ области самовозбуждения в плоскости параметров 1/С, гх с учетом потерь в стали, остаточной ЭДС и нагрузки. Предложено разбить условия самовозбуждения ААГ на стартёрные и автогенераторные. Выявлены общие закономерности и отличительные особенности самовозбуждения генератора постоянного тока и ААГ. Проведен анализ самовозбуждения ААГ с полым немагнитным ротором. Впервые дана классификация стартёров, запускающих процесс самовозбуждения автономных генераторов.

2. Предложена новая система стабилизации напряжения, основанная на использовании электроприемников с индивидуальными конденсаторами. Разработана методика расчета этой системы в установившихся и динамических режимах.

3. Разработана методика расчета границ области самовозбуждения ААГ при наличии конденсаторов в цепи статора и фазного ротора. Установлено, что при соответствующем выборе емкости конденсаторов в цепи фазного ротора, максимальный и пусковой моменты, развиваемые асинхронной машиной, подключенной к сети, значительно превосходят номинальные значения этих моментов.

4. Предложена методика расчета динамических режимов работы двухполюсного ААГ с конденсаторным самовозбуждением, обмотки статора и ротора которого соединены параллельно, а скорость ротора при частоте 50 Гц равна 6000 об/мин. Проведен анализ границ области самовозбуждения такого ААГ.

5. Разработаны математические модели асинхронных вентильных генераторов с конденсаторным самовозбуждением в трехфазной заторможенной системе координат a, J3, у, как с одной, так и с двумя обмотками на статоре.

6. Разработана и запатентована конструкция асинхронного сварочного генератора, предложена соответствующая математическая модель и методика расчета генератора. Установлено, что этот генератор обладает существенными преимуществами по сравнению с серийными сварочными генераторами.

7. Установлено, что номинальная мощность генераторного режима серийного двигателя в зависимости от его мощности и числа полюсов обычно меньше или приблизительно равна номинальной мощности двигателя. Ранее считалось, что эта мощность больше номинальной мощности двигателя на величину обратную КПД двигателя, т.е. на \/rjd. Разработана методика, которая позволяет рассчитать номинальную мощность генераторного режима серийного асинхронного двигателя.

Практическая ценность. Результаты работы - это научно обоснованные технические решения, рекомендации, методики расчета, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области электромашиностроения при создании асинхронных генераторов для автономных систем электроснабжения.

Получены теоретические и экспериментальные результаты, которые раскрывают особенности самовозбуждения ААГ различных конструкций, что повышает качество проектирования, изготовления и эксплуатации ААГ с конденсаторным самовозбуждением.

Разработан способ стабилизации напряжения ААГ, который позволяет создать простые и надежные автономные системы электроснабжения.

На основе теоретических и экспериментальных исследований разработан двухполюсный ААГ со скоростью вращения фазного ротора 6000 об/мин при частоте 50 Гц, который позволяет повысить КПД и снизить массу бензоэлектрических агрегатов, а также открывает определенные перспективы использования таких ААГ в декомпрессорах газа.

Разработан асинхронный вентильный АГ с двумя обмотками статора, который при использовании в бензоэлектрических агрегатах, предназначенных для зарядки аккумуляторов, уменьшает их стоимость и массогабаритные показатели.

В ходе теоретических и экспериментальных исследований, разработан, изготовлен, запатентован (патент №2211519) и внедрен в производство асинхронный сварочный генератор с конденсаторным самовозбуждением. Данный генератор позволяет получить качественный сварочный шов при проведении дуговой электросварки штучным электродом и превосходит, с точки зрения массогабаритных показателей, существующие серийные промышленные образцы.

Предложен способ увеличения в 1,4-2,5 раза пускового момента асинхронной машины с фазным ротором относительно номинального максимального (критического) момента, что позволяет уменьшить номинальную мощность двигателя при его использовании в электроприводах с крутопадающей механической характеристикой исполнительного механизма. Предложен также способ создания значительного момента при работе такой машины в режиме рекуперативного торможения.

Разработаны программы расчета, которые могут использоваться в ходе проектирования предложенных конструкций и систем с АГ.

Внедрение результатов работы. Опытный образец асинхронного сварочного генератора (патент №2211519) успешно используется при сварке газопроводов в ООО «Ставропольрегионгаз» (г. Ставрополь).

Технические предложения, методики и программы расчета АГ, ротор которого при частоте 50 Гц вращается с частотой 6000 об/мин, использованы в проектно-конструкторской деятельности ООО «Кубаньгазпром» (г. Краснодар) при разработке декомпрессора газа.

Методики и программы расчета АГ при подключении нагрузки с индивидуальными конденсаторами внедрены в ГУ Карачаево-Черкесский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии при разработке переносной рукавной мини ГЭС для электроснабжения автономных потребителей в высокогорных районах республики.

Разработанные методики и программы расчета асинхронного сварочного генератора с разветвленной магнитной системой (патент №2111599), которые имеют Windows интерфейс и написаны на MS Visual С++ и MS Fortran PowerStation, внедрены в ООО «Научно-технический центр» (г. Ставрополь).

Полученные результаты также внедрены в учебный процесс подготовки инженерных кадров на энергостроительном факультете Карачаево-Черкесской государственной технологической академии.

Основные положения, которые выносятся на защиту 1. Единый подход к объяснению самовозбуждения автономных генераторов различных конструкций (АГ, ГПТ, СГ), основанный на представлении этих генераторов, как систем с положительной обратной связью. Методика расчета автогенераторных и стартёрных условий самовозбуждения. Классификация стартёров автономных генераторов.

2. Методика расчета границ области самовозбуждения ААГ с учетом стартёрных условий самовозбуждения.

3. Математические модели и методики расчета статических и динамических режимов работы:

- автономного АГ при подключении электроприемников с индивидуальными конденсаторами;

- автономного АГ с фазным ротором при различных схемах подключения обмоток статора и ротора к конденсаторам возбуждения;

- асинхронной машины с конденсаторами в цепи фазного ротора;

- асинхронного сварочного и вентильных генераторов.

4. Опытный образец асинхронного сварочного генератора, который защищен патентом РФ и по ряду показателей превосходит существующие образцы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы электромеханики (К 100-летию изобретения трехфазного асинхронного двигателя)" в г. Москве в 1989 г.; на VI Всесоюзной научно-технической конференции "Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов" в г.Бишкеке в 1991г.; на IV Международной конференции «Нетрадиционные электромеханические и электрические системы» (UEES'99) в г. Санкт-Петербурге в 1999 г.; на Международном симпозиуме «Российский национальный симпозиум по энергетике» (РНСЭ) в г. Казани в 2001 г.; на Международном симпозиуме «Проблемы совершенствования электрических машин и аппаратов. Теория и практика» (SIEMA'2001) в г. Харькове в 2001 г. на Четвертой южнороссийской научной конференции «Энерго и ресурсосберегающие технологии и установки» в г. Краснодаре в 2005 г.

Публикации. Общее количество публикаций по теме диссертации - 52, в том числе, в реферируемых журналах - 39, в зарубежных журналах - 1, авторские свидетельства и патенты - 6.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 365 страниц текста, набранного с полуторным межстрочным интервалом и шрифтом 14 пунктов, 179 рисунков, 13 таблиц. Состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и 12 приложений.

Выводы

1. Предложенные математические модели в трехфазной заторможенной системе координат а, Р, у могут быть использованы при проектировании и исследовании квазиустановившихся и динамических режимов работы асинхронных вентильных и сварочного генератора с конденсаторным самовозбуждением.

2. Использование асинхронных вентильных генераторов в бензоэлектрических агрегатах, предназначенных для зарядки аккумуляторных батарей, позволяет существенно снизить стоимость всей установки.

3. Удельная масса АСГ меньше, чем у серийных сварочных генераторов.

4. Предложенная конструкция АСГ может быть использована для проведения сварки штучным электродом. Этот генератор имеет хорошие статические и динамические характеристики, а по качеству сварки он не уступает серийным генераторам, что делает возможным его использование для сварки стальных газопроводов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты, выполненных исследований могут быть сформулированы следующим образом:

1. Предложен новый подход к объяснению процесса асинхронного самовозбуждения, который основан на разбиении условий самовозбуждения на «автогенераторные» и «стартёрные». Впервые предложена классификация стартёров, запускающих процесс самовозбуждения. Так, бесконечно слабый стартёр создает начальный импульс, который, при выполнении автогенераторных условий, усиливается в ААГ за счет положительной обратной связи, что и приводит к самовозбуждению. Наряду с этим сильный стартёр изменяет взаимную индуктивность обмоток и тем самым способствуют выполнению автогенераторных условий при меньшей емкости конденсаторов возбуждения. Показано, что чрезмерное усиление стартёра может препятствовать самовозбуждению. С учетом такого подхода выявлены общие закономерности самовозбуждения автономных ГПТ, СГ и АГ. Разработана методика расчета границ области самовозбуждения ААГ с учетом стартёра в виде остаточной ЭДС статора.

2. Выявлены особенности работы серийных двигателей в генераторном режиме. Показано, что мощность, развиваемая в этом режиме, зависит от степени увеличения намагничивающего тока и обычно меньше или равна (в крупных машинах) номинальной мощности двигательного режима.

3. Предложен простой и надежный способ стабилизации напряжения ААГ, который основан на использовании электроприемников с индивидуальными конденсаторами. Разработаны математические модели и проведен анализ статических и динамических режимов работы генератора с такими электроприемниками. Показано, что данный способ позволяет стабилизировать напряжение ААГ в диапазоне ±5 % от номинального значения даже при изменении скорости приводного двигателя под действием тормозного момента, создаваемого ААГ. Показано, что результаты, полученные в ходе моделирования динамических и статических режимов работы такой системы, имеют удовлетворительное совпадение с опытными данными. Несомненным достоинством данной системы является отсутствие полупроводниковых или иных дополнительных устройств, предназначенных для стабилизации напряжения, что позволяет уменьшить массогабаритные показатели и стоимость всей системы.

4. Исследованы регулировочные свойства ААГ с фазным ротором при переменной скорости вращения ротора. Показано, что для стабилизации частоты и амплитуды напряжения наиболее целесообразно регулировать реактивную мощность в цепи статора и активное сопротивление в цепи ротора, особенно при использовании мощности скольжения, например, для обогрева здания. Главным же достоинством системы, в которой регулируют реактивную мощность в цепи статора и фазного ротора, является способность работать при коротких замыканиях в нагрузке.

5. Предложено использовать в бензоэлектрических агрегатах небольшой мощности двухполюсный ААГ с фазным ротором, который при частоте вращения ротора 6000 об/мин генерирует ЭДС частотой 50 Гц. Разработана математическая модель такого генератора с параллельным соединением обмоток статора и фазного ротора. Разработана методика расчета границ области конденсаторного самовозбуждения для случая равенства соответствующих параметров обмоток статора и ротора. Несомненным достоинством такого генератора являются его массогабаритные и энергетические показатели. Так, на примере серийного двигателя 2,2 кВт показано, что при двукратном увеличении скорости ротора удельная масса генератора уменьшается в 2,11 раза, а КПД возрастает с Т]д= 0,64 двигательный режим) до т]г =0,813. Аналогичное действие оказывает двукратное увеличение скорости вращения на приводной двигатель внутреннего сгорания, что позволяет уменьшить удельную массу всей энергоустановки с 22,2 кг/кВт до 11,52 кг/кВт.

6. Обоснована возможность существенного увеличения максимального (критического) и пускового моментов асинхронного двигателя путем подключения конденсаторов в цепь фазного ротора. В зависимости от параметров машины такое увеличение может составить от 30% до 150% от номинального максимального (критического) момента, что может быть использовано в электроприводе. Показана возможность самовозбуждения такой асинхронной машины при работе в двигательном и генераторном режимах, а также в режиме противовключения. Разработана методика расчета границ области самовозбуждения такой машины. Установлено, что процессы самовозбуждения в асинхронной машине с конденсаторами в цепи фазного ротора протекают аналогично процессам, которые имеют место в асинхронной машине с короткозамкнутым ротором при её подключении к сети с последовательной емкостной компенсацией.

7. Разработана математическая модель асинхронного вентильного генератора с конденсаторным самовозбуждением, которая может быть использована при исследовании и проектировании таких генераторов. Показано, что асинхронный вентильный генератор может составить серьезную конкуренцию вентильным генераторам других конструкций, особенно в бензоэлектрических агрегатах, которые предназначены для зарядки аккумуляторов.

8. Предложена, изготовлена и запатентована конструкция асинхронного сварочного генератора с конденсаторным самовозбуждением, которая может быть использована при сварке штучным электродом. Показано, что удельная масса этого генератора (с учетом конденсаторов) в 1,42 раза меньше удельной массы серийного вентильного сварочного генератора. Разработана математическая модель, которая может быть использована для исследования и проектирования таких генераторов.

Комплекс теоретических и практических результатов диссертационной работы расширяет перспективы использования асинхронных генераторов с конденсаторным самовозбуждением в различных отраслях народного хозяйства, в том числе, и в области электросварки.

1. Автомобили с комбинированным энергетическим приводом. Обзор разработок за рубежом // Автостроение за рубежом. 2002. № 3. С.5-11.

2. Адати Е. Явление торможения трехфазного индукционного двигателя с параллельно подключенными конденсаторами // Дэнки гаккай. 1961. № 12.-С. 2001-2010.

3. Алиев И.И., Беспалов В .Я., Клоков Ю.Б. Асинхронный генератор с гарантированным самовозбуждением // Электричество. 1997. № 7.

4. Алиев И.И. Динамические режимы асинхронного генератора с гарантированным самовозбуждением // Электричество. 2002. № 6.

5. Алюшин Г.Н., Торопцев Н.Д. Асинхронные генераторы повышенной частоты. -М.: Машиностроение, 1974.

6. Анисимов В.М., Скороспешкин А.И., Грачев П.Ю. и др. Автомобильные стартёры и генераторы. Состояние и перспективы развития. // Автомобильная промышленность, 1995, №11, С. 9-11.

7. Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И. Основы теории цепей, М.: Радио и связь, 2003.

8. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока. М.: Высшая школа, 1982.

9. Балагуров В.А., Кецарис А.А., ЛохнинаВ.В., Построение внешних характеристик асинхронного генератора // Электротехника. 1974. № 2.

10. Балагуров В.А, Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. -М.: Энергоатомиздат, 1988.

11. Бартеньев О.В. Современный Фортран. М.: Далог-МИФИ, 1998.

12. Специальные электрические машины. Источники и преобразователи энергии /А.И.Бертинов, Д.А.Бут, Б.Л.Алиевский и др.; Под ред. Б.Л.Алиевского. -М.: Энергоатомиздат, 1993. Т. 1-2.

13. Беспалов В.Я., Мощинский Ю.А., Петров А.П. Математическая модель асинхронного двигателя в обобщенной ортогональной системе координат // Электричество. 2002. № 8.

14. Бессонов Л.А. Нелинейные электрические цепи. М.: Высшая школа, 1977.

15. Бессонов JI.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. М.: Высшая школа, 1978.

16. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. М.; Высшая школа, 1990.

17. Бут Д.А. Основы электромеханики. М.: Изд. МАИ, 1996.

18. Бут Д.А. Анализ и расчет вентильных генераторов // Электричество. -1987. №7.

19. БохянС.К. Емкостное самовозбуждение асинхронного генератора // Изв. АН СССР Энергетика и транспорт. 1977. № 2.

20. Бояр-Созонович С.П. Альтернативность асинхронных генераторов с конденсаторным самовозбуждением // Электричество. 1993. № 3.

21. Бояр-Созонович С.П. Специальные применения асинхронных генераторов. -Электротехника, 1992, № 6-7.

22. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. Л.: Энергия, 1980.

23. Веников В.А., Анисимова Н.Д., Долгинов А.И., Федоров Д.А. Самовозбуждение и самораскачивание в электрических системах. М.: Высшая школа, 1964.

24. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. -М.-Л.: Энергия, 1978.

25. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. М.: Энергия, 1977.

26. Вилячкин Л.В., Галишников Ю.П. Компьютерная модель асинхронного вентильного каскада//Электротехника. 1997. № 9.

27. Винославский В.Н., Пивняк Г.Г., Несен Л.И. Переходные процессы в системах электроснабжения. К.: Выща школа, 1989.

28. Влах И., СингхалК. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем. М.: Радио и связь, 1988.

29. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978.

30. Вырубов Д.Н., Ефимов С.И., Иващенко Н.А. и др. Двигатели внутреннего сгорания: проектирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. -М.: Машиностроение, 1984.

31. Геворкян З.Г., Шепель В.В. Курс общей физики. -М.: Высшая школа, 1966.

32. Гентковски 3. Процессы и характеристики автономных асинхронных генераторов с полупроводниковыми регуляторами напряжения: Автореф. дис. .д-ра техн. наук. Санкт Петербург, 2000.

33. Глазенко Т.А., Хрисанов В.И. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного электропривода малой мощности. JL: Энергоатомиздат, 1983.

34. Горев А.А. Переходные процессы синхронной машины. JI.: Наука, 1985.

35. Горяченко В.Д. Элементы теории колебаний. -М.: Высшая школа, 2001.

36. Грачёв П.Ю., Ежова Е.В. Асинхронный стартёр-генератор ддя комбинированного энергетического привода гибридного автомобиля // Электротехника. -2004, № 12, С.35-39.

37. Данилов JI.B. Матханов П.Н., Филиппов Е.С. Теория нелинейных электрических цепей. -JI.: Энергоатомиздат, 1990.

38. Джендубаев А-З.Р. Основные уравнения трехфазного асинхронного' двигателя с управляющей обмоткой // Изв. вузов Электромеханика. 1988. № 2. - С. 30 - 34.

39. Джендубаев А-З.Р. Основные уравнения асинхронного двигателя с двумя статорными обмотками // Электричество. 1990. № 1. - С. 51 - 54.

40. Джендубаев А-З.Р., Шапиро Л.Я. Схемы замещения асинхронной машины с двумя статорными обмотками // Электромеханика. 1990. № 8. - С. 71 - 74.

41. Джендубаев А-З.Р., Шапиро Л.Я. Исследование работы асинхронного генератора в режиме короткого замыкания // Электромеханика. 1990. № 10.-С. 66-69.

42. Джендубаев А-З.Р. Исследование сварочного асинхронного генератора с конденсаторным самовозбуждением. Тез. докл. шестой Всесоюз. научно-техн. конф. "Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов". Бишкек, 1991. Часть 1. -С. 39.

43. Джендубаев А-З.Р. Асинхронный сварочный генератор // Автоматическая сварка. 1992. № 1.-С. 53 - 54.

44. Джендубаев А-З.Р. Автономный асинхронный генератор с двумя обмотками статора и конденсаторным самовозбуждением.: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1992. - 20 с.

45. Джендубаев А-З.Р. Влияние нагрузки на область устойчивого самовозбуждения асинхронного генератора с двумя обмотками статора // Изв. вузов. Электромеханика. 1993. № 4. - С. 27 - 30.

46. Джендубаев А-З.Р. К определению границ области устойчивого самовозбуждения асинхронного генератора с двумя обмотками статора // Электричество. 1993. № 10. - С. 28 - 33.

47. Джендубаев А-З.Р. Статические режимы работы автономного асинхронного генератора с двумя обмотками статора // Изв. РАН Энергетика. 1994. № 1. -С. 59 -65.

48. Джендубаев А-З.Р. Электромагнитный момент асинхронной машины с двумя обмотками статора // Электротехника. 1994. № 4. - С. 19 - 22.

49. Джендубаев А-З.Р. Динамические режимы работы асинхронного генератора с двумя обмотками статора //Изв. РАН Энергетика. 1995. №. 1. - С. 87 -90.

50. Джендубаев А-З.Р. Об удельной массе асинхронных генераторов с возбуждением от конденсаторов типа К78-17 // Электротехника. 1995. №1. - С. 13-14.

51. Джендубаев А-З.Р. Асинхронный сварочный генератор // Электричество. -1996. №5.-С. 60-64.

52. Джендубаев А-З.Р. Экспериментальные исследования асинхронного вентильного сварочного генератора // Сварочное производство. 1996. № 6. -С. 29-30.

53. Джендубаев А-З.Р. Жесткое самовозбуждение асинхронного генератора с ферромагнитным короткозамкнутым ротором // Электричество. 1997. № 9. -С. 26-31.

54. Джендубаев А-З.Р. Определение границ области самовозбуждения асинхронного генератора с фазным ротором // Электричество. 1998. № 10. С. 44-48.

55. Джендубаев А-З.Р. Остаточная ЭДС автономного асинхронного генератора с ферромагнитным короткозамкнутым ротором // Изв. вузов. Электромеханика. 1999. № 3. - С. 39-42.

56. Джендубаев А-З.Р., Гонов И.Я. Математическое моделирование асинхронного сварочного генератора. Труды четвертой международной конф. «Нетрадиционные электромеханические и электрические системы» (UEES'99). Санкт-Петербург, июнь 21-24, 1999. - С. 335-338.

57. Джендубаев А-З.Р. Математическое моделирование асинхронного генератора с фазным ротором // Изв. вузов. Электромеханика. 2000. № 2. -С. 63 -66.

58. Джендубаев А-З.Р. Стабилизация напряжения автономного асинхронного генератора путем использования электроприемников с индивидуальными конденсаторами // Электротехника. 2001. №7. - С. 30 - 33.

59. Джендубаев А-З.Р. Конденсаторное ограничение пускового тока асинхронного короткозамкнутого двигателя // Изв. РАН Энергетика. 2001. №5.-С. 144-149.

60. Джендубаев А-З.Р. Регулировочные характеристики автономного асинхронного генератора с фазным ротором // Изв. вузов. Электромеханика. -2001. №4-5.-С. 79-81.

61. Джендубаев А-З.Р. Переходные процессы в автономном асинхронном генераторе при подключении электроприемника с индивидуальной батареей конденсаторов. Труды симпозиума «Российский национальный симпозиум по энергетике» (РНСЭ). Казань, сентябрь 10-14, 2001.

62. Джендубаев А-З.Р. Асинхронный сварочный генератор. Труды Международного симпозиума «Проблемы совершенствования электрических машин и аппаратов. Теория и практика» (SIEMA'2001). -Харьков, октябрь 18-20.

63. Джендубаев А-З.Р. Асинхронная машина с емкостью в цепи фазного ротора // Изв. РАН Энергетика. 2002. № 1. - С. 126 - 135.

64. Джендубаев А-З.Р. Переходные процессы в автономном асинхронном генераторе при подключении электроприемника с индивидуальными конденсаторами // Электротехника. 2002. № 7. -С. 10-12.

65. Джендубаев А-З.Р. Исследование автономного асинхронного генератора при подключении электроприемников с переменным коэффициентом мощности и индивидуальными конденсаторами // Изв. РАН Энергетика. -2002. №6.-С. 65-71.

66. Джендубаев А-З.Р. Конденсаторное самовозбуждение автономного асинхронного вентильного генератора с двумя обмотками статора //Изв. РАН Энергетика. 2003. № 3. - С. 114 - 131.

67. Джендубаев А-З.Р. Особенности работы серийного асинхронного двигателя в генераторном режиме параллельно с сетью. // Изв. вузов. Электромеханика. -2003. № 1. С. 12-16.

68. Джендубаев А-З.Р. Математическое моделирование асинхронного вентильного генератора // Электричество. 2003. № 2. - С. 59 - 63.

69. Джендубаев А-З.Р. Конденсаторное самовозбуждение асинхронной машины при изменяющейся скорости вращения ротора // Изв. вузов. Электромеханика. 2003. № 2. - С. 35- 39.

70. Джендубаев А-З.Р. Математическое моделирование асинхронного генератора с учетом потерь в стали // Электричество. 2003. №7. - С. 36 -45.

71. Джендубаев А-З.Р. Определение границ области мягкого и жесткого самовозбуждения асинхронного генератора с учетом потерь в стали, остаточной индукции ротора и нагрузки //Изв. РАН Энергетика. 2004. № 1.-С. 121-136.

72. Джендубаев А-З.Р. Об одном аспекте изложения вопросов рекуперативного торможения в курсе электрических машин и электропривода. //Изв. вузов. Электромеханика. 2004. №1. - С. 70-72.

73. Джендубаев А-З.Р. Математическое моделирование асинхронного генератора с учетом потерь в стали статора и фазного ротора. // Электричество. 2004. № 8. - С. 47 - 52.

74. Джендубаев А-З.Р. Асинхронный сварочный генератор с конденсаторным самовозбуждением. // Сварочное производство. 2004. № 8. - С. 33-35.

75. Джендубаев А-З.Р. Асинхронный сварочный генератор. // Известия РАН Энергетика. 2005. № 2. - С. 71-80.

76. Джендубаев А-З.Р. Математическое моделирование асинхронного сварочного генератора с разветвленной магнитной системой статора. // Изв. вузов. Электромеханика. 2005. № 3. - С. 27-33.

77. Джендубаев А-З.Р. Самовозбуждение автономного асинхронного генератора с полым немагнитным ротором. Материалы четвертой южнороссийской научной конференции «Энерго и ресурсосберегающие технологии и установки». Краснодар, апрель 7-8, 2005. - С. 160-163.

78. Джендубаев А-З.Р. Математическое моделирование автономного асинхронного генератора с полым немагнитным ротором с учетом остаточной индукции статора. // Изв. вузов. Электромеханика 2006, № 1. С. 28-31.

79. Джендубаев А-З.Р. Исследование автономного асинхронного генератора с конденсаторным самовозбуждением и параллельным соединением обмоток статора и фазного ротора. // Электричество. 2005, № 12. - С. 44-49.

80. A-Z.R.Dzhendubaev, "Analysis of stability of terminal voltage of the self-excited induction generator with leading load", Electric power components and systems, vol. 34, no.2, pp. 217-231, February 2006.

81. Джендубаев A-3.P. Псевдорекуперативный режим работы асинхронной машины. // Электротехника. 2006. №8. - С. 17—21.

82. Джендубаев А-З.Р. Особенности самовозбуждения автономных генераторов. Ч. 1. Общие вопросы. Генератор постоянного тока // Электричество. 2006. - № 11. - С. 53-59.

83. Джендубаев А-З.Р. Особенности самовозбуждения автономных генераторов. Ч. 2. Асинхронный генератор // Электричество. 2006. - № 12. -С. 25-31.

84. Долгинов А.И. Резонанс в электрических цепях и системах. M-JL: Госэнергоиздат, 1957.

85. Домбровский В.В., Зайчик В.М. Асинхронные машины: Теория, расчет, элементы проектирования. JL: Энергоатомиздат, 1990.

86. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программа на языке Бейсик для персональных ЭВМ. М.: Наука, 1987.

87. Ермолин Н.П. Электрические машины малой мощности. М.: Высшая школа, 1967.

88. Жалис В.А., Кулакаускас А.К., Маразас С.Ю. Формирование характеристик асинхронного генератора. Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов :Тез. докл. V Всесоюз. научно-техн. конф., 6-8 сентября 1988. г. Каунас.

89. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. JL: Энергоатомиздат, 1984.

90. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. М.: Высшая школа, 1982.

91. Зевеке Г.И., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. -М.: Энероатомиздат, 1989.

92. Зубков Ю.Д. Асинхронные генераторы с конденсаторным возбуждением. -Алма-Ата: Изд-во АН Каз.ССР, 1949.

93. Иваненко В.Н., Рогачев С.И., Окунев С.И. Влияние параметров тормозного контура на устойчивость самовозбуждения асинхронных тяговых двигателей // Изв. вузов. Электромеханикаю. 1988. № 2.

94. Иванов А.А. Асинхронные генераторы для гидроэлектрических станций небольшой мощности. М.: Госэнергоиздат, 1948.

95. Иванов А.А., Пулатов В.Б. Аналитический расчет характеристик асинхронного генератора // Электромашиностроение и электрооборудование. 1966. № 3.

96. Иванов А.А., Пулатов В.Б., Тищенко А.А. Электростанции с асинхронными генераторами. Киев: Техника, 1967.

97. Иванов А.И., ПоляшовЛ.И., Щетнев В.Н. Рабочие характеристики асинхронных двигателей с компенсирующими устройствами в цепи ротора // Автономная энергетика. 1996, № 7.

98. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М.: Энергия, 1980.

99. Казовский Е.Я. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока. M.-J1.: Изд-во АН СССР, 1962.

100. Каплянский Ф.У., Мишнев Ф.Р., Кононов С.П. Бесконтактные генераторы с емкостным возбуждением в силовых импульсных электротехнических системах. // Труды III Всесоюз. конф. по бесконтактным электрическим машинам, т-1, Рига: изд. "Зинате", 1966.

101. Каримов А.Х., ХоТханьХиен О параметрическом самовозбуждении асинхронного генератора // Электротехника. 1992, № 6-7.

102. Кимкетов М.Д. Разработка и исследование электрифицированного переносного агрегата для обрезки виноградной лозы с использованием автономных асинхронных генераторов : Автореф. дис. .канд. техн. наук. Тбилиси, 1981.

103. Китаев А.В., Орлов И.Н. О физическом механизме самовозбуждения асинхронной машины // Электричество. 1978. № 4.

104. Кицис С.И. Об одной форме записи уравнений асинхронной машины с параллельно включенными конденсаторами // Изв. вузов. Энергетика. -1971. №2.

105. Кицис С.И. Переходные процессы емкостного самовозбуждения асинхронного генератора под нагрузкой // Изв. АН СССР Энергетика и транспорт. 1977. № 4.

106. Кицис С.И. Особенности конструирования и расчета погружных асинхронных самовозбуждающихся генераторов // Электротехника. 1986. №11.

107. Кицис С.И. Асинхронный самовозбуждающийся генератор в системе защиты детандера от разноса // Электротехника. 1980. № 12.

108. Кицис С.И., Амброс Ф.М. Расчет стационарных режимов асинхронного генератора с обмоткой подмагничивания, присоединенной к выводам обмотки статора // Электричество. 1978. № 5.

109. Кицис С.И. Анализ статики асинхронного самовозбуждающегося генератора с учетом влияния нагрузки // Изв. АН СССР Энергетика и транспорт. 1974. № 6.

110. Кицис С.И. Переходные процессы в асинхронном самовозбуждающемся генераторе при трехфазном коротком замыкании // Электричество. 1980. № 10.

111. Кицис С.И. Режимы установившегося самовозбуждения асинхронного генератора // Электричество. 2004, № 2.

112. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1985.

113. Колдербэнк В. Программирование на Фортране (фортран-66, фортран-77). М.: Радио и связь, 1986.

114. Копылов И.П. Электромеханические преобразователи энергии. М.: Энергия, 1973.

115. Копылов И.П. Электрические машины. М.: Энергоатомиздат, 1986.

116. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. -М.: Высшая школа, 1987.

117. Копылов И.П., Мамедов Ф.А., Беспалов В.Я. Математическое моделирование асинхронных машин. М.: Энергия, 1969.

118. Копылов И.П. Самовозбуждаемый асинхронный генератор-усилитель переменного тока// Изв. вузов. Электромеханика. 1964. № 10.

119. Костенко М.П., Пиотровский J1.M. Электрические машины, ч. 2. М.-Л.: Энергия, 1965.

120. Костырев M.JI. Асинхронные генераторы с вентильным возбуждением: Автореф. дис. .д-ратехн. наук. Куйбышев, 1984.

121. Костырев М.Л., Скороспешкин А.И. Асинхронные генераторы с вентильным возбуждением. М.: Энергоатомиздат, 1993.

122. Кравчик А.Э., Стрельбицкий Э.К., Шлаф М.М. Выбор и применение асинхронных двигателей. М.: Энергоатомиздат, 1987.

123. Кунцевич П.А. Асинхронный генератор как автоперестраиваемая автоколебательная система//Электричество. 1988. № 6.

124. Кузнецов В.А., Федотов А.И. Дискретная математическая модель системы синхронный генератор выпрямительная нагрузка // Электричество. - 1995. №4.

125. Кузнецов В.А., Федотов А.И. Расчет электромагнитных переходных процессов в системе синхронный генератор выпрямительная нагрузка // Электричество. - 1997. № 1.

126. Кюрегян С.Г., Ткаченко A.M. Расчет рабочих характеристик автономного асинхронного генератора // Электротехника. 1966. №11.

127. ЛайонВ. Анализ переходных процессов в электрических машинах переменного тока. M.-JL: ГЭИ, 1958.

128. Лесник В.А., Лищенко А.И., Фаренюк А.П. Дифференциальные уравнения и расчет переходных процессов асинхронного генератора с учетом насыщения // Техническая электродинамика. 1984. № 1.

129. Лившиц B.C. Щетки электрических машин. М.: Энергоатомиздат, 1989.

130. Мандельштам Л.И., Папалекси И.Д. О параметрическом возбуждении электрических колебаний // Журнал теоретич. физики. -1934, т.4, вып. 1.

131. Меркин Д.Р. Введение в теорию устойчивости движения. М.: Наука, 1987.

132. Мильчюс Э.П., МикшаВ.Я., ГлячисС.Ю. Исследование процесса самовозбуждения геофизических скважных приборов. Каунас, 1987, Деп. в ЛитНИИНТИ 04.12.87, № 1995.

133. Москаленко В.В. Электрический привод. М.: Высшая школа, 1991.

134. Миценко А.И. Уравнения трехобмоточного асинхронного генератора с емкостным возбуждением в фазовых координатах статора // Техн. электродинамика. 1995, № 5.

135. Миценко А.И., Мазуренко Л.И. Математическое моделирование асинхронного генератора с вентильным возбуждением в фазных координатах // Техн. электродинамика. 1997, № 6.

136. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. Томск: МП «РАСКО», 1991.

137. Нетушил А.В. К расчету режима самовозбуждения автономного асинхронного генератора // Электричество. 1978. № 4.

138. Нетушил А.В., Бояр-Сазонович С.П., Китаев А.В. Самовозбуждение асинхронного генератора // Изв. вузов. Электромеханика. 1981. № 6.

139. Нетушил А.В., Листвии B.C. Автономный асинхронный генератор как нелинейная автоколебательная система // Изв. вузов Электромеханика. -1977. №5.

140. Новиков А.В., Кюрегян С.Г. Емкостное самовозбуждение асинхронного генератора // Изв. вузов. Электромеханика. 1967. № 2.

141. Новиков А.В., Теслюк Н.Г. Колебания напряжения асинхронного генератора. Электричество, 1967, № 1.

142. Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие. /Под ред. В.В.Смиронова. Л.: Энергоатомиздат, 1986.

143. Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины. Синхронные машины. / Под. ред. Копылова И.П. М.: Высшая школа, 1990.

144. Парсел Э. Электричество и магнетизм. М.: Наука, 1979.

145. Паштукас А.В., Каросас И.И, Диржис С.А., Панфилов Н.А. Новая серия вентильных генераторов для ручной дуговой сварки // Электротехническая промышленность. Сварка, 1975, вып. 4 (31), с. 11-13.

146. Петров Г.Н. Электрические машины. 4.2. Асинхронные и синхронные машины. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963.

147. Петров И.И., Мейстель A.M. Специальные режимы работы асинхронного электропривода. М.: Энергия, 1968.

148. Постников И.П. Обобщенная теория и переходные процессы электрических машин.-2-е изд. перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1975.

149. Прохорова Г.А. Математическое моделирование процессов самовозбуждения асинхронных генераторов. Автореф. дис. .канд. техн. наук. Новочеркасск, 1985.

150. Проектирование электрических машин. / И.П.Копылов, Б.К.Клоков, И.П. Морозкин, Б.Ф.Токарев; Под. ред. И.П.Копылова, кн. 1. М.: Энергоатомиздат, 1993.

151. Пугачев B.C. Теория вероятности и математическая статистика. М.: Наука, 1983.

152. Радин В.И., БрускинД.Э., Зорохович А.Е. Электрические машины: Асинхронные машины. /Под ред. Копылова И.П. М.: Высшая школа, 1988.

153. Радин В.И., Загорский А.Е., Шакарян Ю.Г. Управляемые электрические генераторы при переменной частоте. -М: Энергия, 1978.

154. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике: В 2-х кн. Кн.1. -М: Мир, 1986.

155. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. М.: Энергоатомиздат, 1992.

156. Рюденберг 3. Явления неустановившегося режима в электрических установках. ГИЗ, 1930.

157. Сили С. Электромеханическое преобразование энергии. М.: Энергия, 1968.

158. Сипайлов Г.А., Лоос А.В. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высшая школа, 1980.

159. Сипайлов Г.А., Кононенко Е.В., Хорьков К.А. Электрические машины (специальный курс).-2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1987.

160. Соколов М.М., Петров Л.П., Масандилов Л.Б., Ладензон В.А. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе. -М.: Энергия, 1967.

161. Справочник по электрическим машинам /Под общ. ред. И.П.Копылова и Б.К.Клокова. T.l. -М.: Энергоатомиздат, 1988.

162. Теория автоматического управления. Ч.Н. Теория нелинейных и специальных систем автоматического управления / Под ред. А.А.Воронова. М.: Высшая школа, 1977.

163. Теория и методы расчета асинхронных турбогенераторов. И.П.Постников, А.В.Новиков, Ю.А.Прокофьев и др.: Под ред. И.П.Постникова. Киев: Наукова думка, 1977.

164. Торопцев Н.Д. Авиационные асинхронные генераторы. М.: Транспорт, 1970.

165. Торопцев Н.Д. Асинхронные генераторы автономных систем. М.: Знак, 1998.

166. Туровский Я. Электромагнитные расчеты элементов электрических машин. -М.: Энергоатомиздат, 1986.

167. Фаренюк А.П. Установившиеся и переходные режимы асинхронного генератора с емкостным возбуждением для автономных энергоустановок. Автореф. дис. .канд. техн. наук. Киев, 1984.

168. Фильц Р.В. Математические основы теории электромеханических преобразователей. Киев: Наукова думк., 1979.

169. Фильц Р.В. Дифференциальные уравнения напряжений насыщенной неявнополюсной машины переменного тока. // Изв. вузов. Электромеханика. 1966. №11.

170. Фришман B.C. Вопросы применения самовозбуждающихся асинхронных генераторов в сельском хозяйстве. Труды Кубанского сельскохозяйственного института. Краснодар, 1970, вып. 39(67)

171. Фришман B.C., Прохорова Г.А. О расчете асинхронного генератора с двумя статорными обмотками // Электричество. 1979. № 3.

172. Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики. JL: Энергоатомиздат, 1985.

173. Хайрер Э., НёрсетС., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Мир, 1990.

174. Чабан В.И., Фильц Р.В. Алгоритм расчета на ЦВМ симметричных электромеханических переходных процессов насыщенной неявнополюсной асинхронной машины // Изв. вузов. Энергетика, 1971, № 10.

175. Чернышев А.С. Разработка источника бесперебойного питания на базе асинхронной машины с инерционным накопителем энергии: Автореф. дис. .канд. техн. наук. М., 1988.

176. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1981.

177. Шакарян Ю.Г. Асинхронизированные синхронные машины. М.: Энергоатомиздат, 1984.

178. Шумов Ю.Н. К расчету внешних характеристик автономного асинхронного генератора // Изв. вузов Электромеханика. 1978. № 7.

179. Щедрин Н.Н. К вопросу о емкостном самовозбуждении синхронных и асинхронных машин // Труды ин-та энергетики и автоматики АН УзССР, 1958, вып. № 11.

180. Щетнев В.Н., ПоляшовЛ.И. Практических диапазон емкостей компенсирующих устройств и предельные энергетические показатели асинхронных двигателей с фазным ротором серии 4А с компенсирующими устройствами в цепи ротора // Автономная энергетика. 1994, № 1.

181. Эвентов С.З. Исследование и разработка электрифицированного агрегата для сбора чайного листа: Автореф. дис. .канд. техн. наук. М., 1983.

182. Электротехнический справочник. Т.2, Электротехнические устройства / Под общ. ред. Герасимова Г.И., Грудинского П.Г., Жукова Л.А. М.: Энергоиздат, 1981.

183. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Л. Энергия, 1969.

184. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. М.: Высшая школа, 1988.

185. А.с. 980971 СССР, МКИ3 В23К 9/00. Источник питания сварочной дуги. /В.С.Фришман, В.К.Капленко, С.З.Эвентов (СССР). Опубл. 02.12.82. Бюл. №46.

186. А.с. 1197014 СССР, МКИ3 Н02К 17/12. Асинхронный трехфазный электродвигатель/3.Р.Джендубаев (СССР). Опубл. 07.12.85. Бюл. № 45.

187. А.с. 1390719 СССР, МКИ3 Н02К 17/12. Асинхронный трехфазный электродвигатель/3.Р.Джендубаев (СССР). Опубл. 23.04.88. Бюл. № 1.

188. А.с. 1387115 СССР, Н 02 К 17/12. Асинхронная трехфазная электрическая м ашина/А-3. Р. Джендубаев (СССР). -№3918545/34-07; Заяв. 28.06.85; Опубл. 07.04.88. Бюл. №13.

189. А.с. 1697204 СССР, МКИ3 Н 02 К 17/00; Н 02 Р 09/46. Трехфазный асинхронный генератор/ З.Р.Джендубаев, Шапиро Л.Я. (СССР). Опубл. 10.12.91. Бюл. №45.

190. Патент №2111599 RU, Н 02 К 17/00. Трехфазный асинхронный электросварочный генератор /А-3. Р. Джендубаев. № 95121876/09; 26.12.95; Опубл. 20.05.98. Бюл. №14.

191. Патент RU №2211519, Н 02 К 17/00, Н 02 Р 9/46, В 23 К 9/00. Асинхронный сварочный генератор. / А-З.Р. Джендубаев.2001124752/09; Опубл. 27.08.03. Бюл. №24.

192. АС 997190 СССР Н 02 Л 17/00. Асинхронная электрическая машина /С.Н. Валюта, Ю.И. Кравченко, В.П. Куевда. Опубл. 1983. Бюл. №6.

193. Патент 237406, ГДР, Н02К 47/10. Burstenljser schweib generator/ Julke Edmund, Dassel Jurgen; VEB Mansfeld Kombinat Wilhelm Pick. -№ 2763853; Заявл. 16.05.85, опубл. 09.07.86.

194. А.с. 1798863 СССР, Н 02 К 17/00. Асинхронный сварочный генератор/ П.И. Костраускас, В.-Ю.А.Жалис, А.К.Кулакаускас, Л.П.Лемежонене, С.Ю.Маразас, С.А.Диржас, А.И.Лаужадис, А.В.Паштукас. -№4845636/07; Заяв.23.04.90; Опубл. 28.02.93. Бюл. № 8.

195. А.с. 289481 СССР, МКИ3 Н02К 17/00 Асинхронный электродвигатель /В.Д.Лущик(СССР). Опубл. 26.01.71. Бюл. №1.

196. А.с. 904875 СССР, МКИ3 Н02К 17/2 Асинхронный трехфазный электродвигатель /В.Д.Лущик(СССР). Опубл. 04.03.81. Бюл. № 37.

197. A self-excited single-phase asynchronous generator feeding dynamic loads, Int. Conf. Evol. and Mod. Aspects Induct. Mach., Turin, July 8-11, 1986. Proc". Borgo San Dalmazzo; Cuneo, 1986, pp.558-561.

198. Observations on the selection of generators for windturbines. De Zeeuw W.I. " Proc.Int. Conf. Elec. Mach., Budapest, 5-9 Sept., 1982. Pt 3" Budapest, s.a., pp.788-791.

199. Analysis of the behaviour of asynchronous generator for small power wind-driven generating stations. Ciaffi M., Honorati 0. "Proc. MELECON"83: 2nd Mediterr. Electrotechn. Conf., Athens, pp.24-25 May, 1983, Vol.2".

200. Recent application of induction generators. Yamanichi Yuji, Ito Taketora, Oasuga Takashi." Meiden Rev. Int. Ed.", 1985, № 3, pp.35-41.

201. The effect of rotational direction in single-phase induction generators. Boardman E.C., VenkataS.S., Butler N.G. "IEEE Trans. Power Appar. and Syst.", 1984, 103, № 8, pp.2222-2228, Discuss.

202. An iron free asynchronous pulsed generator for the production of pulsed high magnetic fields. Sultamen F., Bleijs C.A., Postel S., Askenasy S., MarquerJ. "J.Phys" (Fr.), 1984,45, № 1, pp.67-70.

203. Characteristics and interest of iron-free asynchronous generators and motors. Rioux C., Rioux-Damidau F., Sultanem F, "Int. Conf. Evol. and Mod. Aspects Induct. Mach., Turin, July 8-11,1986. Proc". Borgo San Dalmazzo; Cuneo, 1986, pp.475-480.

204. La tyrbo-detendeur integre ACEC avec alternateur haute frequence. Van Gucht A., Callens F."ACEC rev", 1986, № 2, pp.11-15.

205. Oil field induction generator system. Quarles M.H., Bolin W.D.: Пат. 4730118, США, заявл. 11.08.87, № 85257, опубл. 08.03.88, МКИ Н02Р 9/04, НКИ 290/40R.

206. N.H.Malik, S.E.Haque "Steady state analysis and performance of an isolated self-excited induction generator", IEEE Trans, on Energy Conversion, Vol. EC-1, №3, September 1986.

207. C.Grantham,D.Sutanto, B.Mismail, "Steady-state and transient analysis of self-excited induction generators", IEE Proc. Vol., 136, Pt. B, No. 2, march 1989, pp.61-68.

208. S.S.Murthy, B.P.Singh, C.Hagamani, K.V.V.Satyanarayana, "Studies on the use of conventional induction motors as self-excited induction generators", IEEE Trans., 1988, Ec-3, (4), pp. 824-848.

209. N.M. Malik and A.H. Al-Bahrani, "Influence of the terminal capacitor on the performance characteristics of a self excited induction generator", IEE Proc. C, (2), pp.168-173,1990.

210. S. S. Murthy, 0. P. Malik and A. K. Tandon, "Analysis of self-excited induction generator", IEE Proc., Vol. 129, Pt. C, No. 6, pp.260-265, Nov. 1982.

211. E. Bim, J. Szajner, Y. Burian, "Voltage compensation of an induction generator with long-shunt connection", IEEE Trans, on Energy Conversion, Vol. 4, No. 3, pp. 526-529, Sept. 1989.

212. A. M. Osheiba, M. A. Rahman, "Performance analysis of self-excited induction and reluctance generators", Electric Machine and Power Systems, 19:477-499, 1991.

213. Bhim Singh, "Induction Generator a Prospective", Journal of Electric Machines and Power Systems, Vol./23, pp. 163-177,1995.

214. L. Wang and C.-H. Lee, "A novel analysis on the performance of an isolated self-excited induction generator", IEEE Trans, on Energy Conversion, Vol. 12, No. 2, pp. 109-115, June 1997.

215. S.S.Murthy, "A novel self-excited self-regulated single phase induction generator", Part I, Basic system and theory, IEEE Trans. Energy Corners. 1993. - 8. № 3. C. 377-382.

216. S.S.Murthy, "A novel self-excited self-regulated single phase induction generator", Part II, Experimental investigation, IEEE Trans. Energy Corners. 1993. - 8. № 3. C. 383 -388.

217. Tadashi Fukami, Yuichi Kaburaki, Satori Kawahava, Toshoi Miamoto, "Performance analysis of a self-regulated self-excited single phase induction generator using a three phase machine", IEEE Trans. Energy Convers. - 1999. -14. № 3. C. 622-627.

218. T.F.Chan, L. L. Loi, "A novel single phase self-regulated self-excited induction generator using a three phase machine", IEEE Trans. Energy Convers. - 2001. -16. №2. C. 204-208.

219. L. Shidhar, Bhim Singh, C. S. Jha, B. P. Singh, "Analysis of self-excited induction generator feeding induction motor", IEEE Trans. Energy Corners. 1994. - 9. № 2. C. 390 - 396.

220. Raul Rabinovici, Natan Ben-Hail, "Starting oscillations of an autonomous induction generator", IEEE Trans. Magn. -1999. -35, № 5, C. 3562-3564.

221. E. Levy and Y. W. Liao, "An experimental investigation of self-excitation in capacitor excited induction generators," Electric Power Syst. Res., vol. 53, pp. 5965, 2000.

222. R. Veda, T. Sonoda, and K. Goga, "Investigation of self-excitation conditions in self-excited type induction generator", in Proc. IEEE Ind. Applicat. Soc. Annu. Conf. Rec., Oct. 1986, pp. 889-895.

223. J. M. Elder, J. T. Boys, and J. L. Woodward, "The process of self excitation in induction generators", Proc. Inst. Elect. Eng. B, vol. 130, no. 2, pp. 103-108. Mar. 1983.

224. S. K. Kuo and L. Wang, "Analysis of isolated self-excited induction generator feeding a rectifier load", Proc. Inst. Elect. Eng.-Gen., Transm. Dist., vol. 149, no. l,pp. 90-97, Jan. 2002.

225. T. F. Chan and L. L. Loi, "Steady-state analysis and performance of a standalone three-phase induction generator with asymmetrically connected load impedances and excitation", IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 16. pp. 327333, Dec. 2001.

226. A. L. Alolah and M. A. Alkanthal, "Optimization based steady state analysis of three-phase self-excited induction generator", IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 15, pp. 61-65, Mar. 2000.

227. S. M. Alghuwainem, "Steady-state analysis of an isolated self-excited induction generator driven by regulated and unregulated turbine", IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 14, pp. 718-723, Sept. 1999.

228. S. M. Alghuwainem, "Steady-state analysis of an induction generator self-excited by a capacitor in parallel with a saturable reactor", Electric Mach. Power Syst., vol.26, pp. 617-625,1998.

229. Т. F. Chan, "Self-excited induction generators driven by regulated and unregulated turbines", IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 11, pp. 338-343, June 1996.

230. T. F. Chan, "Analysis of a self-excited induction generator", Elect. Mack Power Syst., vol. 23, pp. 149-162,1995.

231. T. F. Chan, "Steady state analysis of self-excited induction generators", IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 9. pp. 288-296. June 1994.

232. L. Wang and C.-H. Lee, "Dynamic analysis of parallel operated self-excited induction generators feeding an induction motor load", IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 14, pp. 479-485, Sept. 1999.

233. C.-H. Lee and L. Wang, "A novel analysis of parallel operated self-excited induction generators", IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 13. pp. 117-123, June 1998.

234. S. K. Jain, J. D. Sharma, and S. P. Singh, "Transient performance of three-phase self-excited induction generator during balanced and unbalanced faults", Proc. Inst. Elect. Eng.-Gen. Transm. Dist., vol. 149, pp. 50-57, Jan. 2002.

235. Y. S. Wang and L. Wang, "Unbalanced switching effects on dynamic performance of an isolated three-phase self-excited generator", Electric Mach. Power Syst., vol. 29, pp. 375-387, Apr. 2001.

236. L. Wang and С. H. Lee. "Long-shunt and short shunt connections on a dynamic performance of a SEIG feeding an induction motor load", IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 15, pp. 1-7, Mar. 2000.

237. L. Wing and R. Y. Deng, "Transient performance of an isolated induction generator under unbalanced excitation capacitors", IEEE Trans. Energy-Conversion, vol. 14, pp. 887-893, Dec. 1999.

238. R. Subrananjan, C. Chellanuthu, "A fast method of braking of induction motor by self-excitation", IEEE Trans. Energy Corners. 1992, - 7, №2, C. 313-319.321