Kde se používá asynchronní generátor?

Asynchronní generátor je asynchronní stroj pracující jako generátor s buzením ze sítě nebo samobuzením. V prvním případě hovoříme o paralelním provozu stroje se sítí, v druhém případě o autonomním režimu a tedy o autonomním asynchronním generátoru. Výše bylo ukázáno, že pokud se rotor asynchronního stroje otáčí frekvencí převyšující rychlost synchronního otáčení, pak se skluz stroje stane záporným a stroj přejde do režimu generátoru. Zároveň přeměňuje mechanický výkon přijatý z hřídele na činný výkon, který posílá do sítě a ze sítě stejně jako v motorovém režimu přijímá jalový výkon nutný pro magnetizaci stroje.

V současné době se asynchronní generátory stále častěji používají jako generátorová zařízení v tzv. alternativních zdrojích elektřiny: větrných elektrárnách a mikrovodních elektrárnách. Asynchronní generátory lze navíc díky své vysoké spolehlivosti použít jako palubní zdroje střídavého proudu v mobilních objektech, především v letadlech. Ke generátoru lze připojit jak spotřebiče třífázového proudu, tak spotřebiče stejnosměrného proudu, obvykle napájené přes třífázový můstkový usměrňovač. Asynchronní generátory mají dobré startovací charakteristiky při provozu v motorovém režimu a lze je použít jako startér pro nastartování leteckého motoru a následné přepnutí do generátorového režimu. Asynchronní generátory s vlastním buzením lze použít v nastavitelných střídavých elektrických pohonech.

V automatických řídicích systémech, například v servoelektrickém pohonu, ve výpočetních zařízeních se pro přeměnu úhlové rychlosti na elektrický signál používají asynchronní tachogenerátory s dutým rotorem nebo rotorem nakrátko.

Asynchronní generátory se vyznačují vysokou spolehlivostí a snadnou údržbou, snadno se zapínají pro paralelní provoz i při relativně velkých nesouladech úhlových rychlostí. Napěťový průběh asynchronního generátoru je blíže sinusovému než u synchronních generátorů při provozu na stejné zátěži. Přes uvedené výhody asynchronního generátoru je však jejich použití omezeno tím, že se jedná o generátory pouze činného výkonu a spotřebiče jalového výkonu. V důsledku toho jsou asynchronní generátory schopny provozu pouze v systému, kde je zdroj jalového výkonu.

Asynchronní generátor může být napájen jalovým výkonem ze strany statoru nebo ze strany rotoru. V druhém případě se v důsledku nízké frekvence skluzu požadovaná kapacita zvýší o k 2 časy kde k — strojní transformační poměr.

Asynchronní generátory mohou být samobuzené nebo nezávisle buzené.

Generátory se samobuzením nebo buzením kondenzátoru se vyznačují tím, že jalový výkon je generován kondenzátory zapojenými paralelně s vinutím statoru a zapojenými do „trojúhelníku“ nebo „hvězdy“. Aby se zlepšily provozní vlastnosti asynchronního generátoru, jsou kondenzátory dodatečně instalovány v sérii se zátěží.

U asynchronního generátoru s nezávislým buzením je jalový výkon kompenzován synchronními stroji zapojenými do společné sítě. V některých případech se používají tyristorové zdroje jalového výkonu, které převádějí stejnosměrné napětí zdroje (například baterie) na třífázové střídavé napětí s vedoucím proudem.

Asynchronní generátor s buzením kondenzátoru lze nejefektivněji využít v systémech s pulzní zátěží, kdy kondenzátory působí nejen jako zdroje magnetizačního výkonu, ale také jako zásobníky elektrické energie. V tomto případě odpadá potřeba synchronního kompenzátoru nebo speciální kondenzátorové banky.

Nezávisle buzené asynchronní generátory pracující na autonomní síti se používají především ve speciálních instalacích. V tomto případě je zdrojem jalového výkonu buď synchronní stroj pracující v režimu synchronního kompenzátoru; nebo skupina kondenzátorů. V obou případech musí zdroje jalového výkonu (synchronní kompenzátor nebo kondenzátor) dodávat jalový výkon do sítě a asynchronního generátoru.

Celkový výkon asynchronního generátoru S_Г vyjádřeno jako činný výkon Р_Г a účiník generátoru:

Spotřeba jalového výkonu generátoru:

Jalový výkon dodávaný do zátěže:

kde φ_Н – úhel fázového posunu mezi napětím a průtokem v zátěži.

Potom se jalový výkon kondenzátorů (synchronních kompenzátorů) určí jako součet jalových výkonů generátoru a zátěže (sítě):

Pokud je výkon generátoru roven jmenovitému výkonu: Р_Г = P_Н=P_NOM, pak se výkon kondenzátoru (kompenzačního zařízení) rovná

Kapacita kondenzátorů použitých jako zdroj jalového výkonu generátoru a sítě je určena s přihlédnutím k výrazu

kde můžete určit kapacitu kondenzátoru:

Z výrazu (3.59) vyplývá, že při změně zátěže je nutné zajistit kapacitní regulaci např. proměnnými kondenzátory (varikondy) nebo jiným způsobem.

Hmotnost a rozměry kondenzátorové banky mohou i při použití moderních kondenzátorů přesáhnout hmotnost asynchronního generátoru.

Ekvivalentní zapojení asynchronního generátoru se samobuzením pomocí kondenzátorů a se zátěží Z_H znázorněno na Obr. 3.42,а. Od ekvivalentního obvodu motoru se liší tím, že kapacita kondenzátorové banky je zahrnuta v primárním obvodu stroje. Х_Z, a navíc se změnil směr toku energie ze stroje do sítě.

Rýže. 3.42. Substituční schéma (A) a vektorový diagram (b) asynchronní generátor

Vektorový diagram asynchronního generátoru je na Obr. 3.42,б. Má normální podobu a nezávisí na tom, odkud generátor odebírá potřebný jalový výkon.

Stabilizace napětí asynchronního generátoru je jedním z nejdůležitějších problémů spojených s jeho použitím v autonomních systémech. Se zvyšujícím se zatížením se napětí generátoru snižuje v důsledku vnitřního poklesu napětí a poklesu EMF statoru v důsledku poklesu síťové frekvence, zatímco otáčky rotoru zůstávají nezměněny.

Frekvence sítě klesá s rostoucí zátěží v důsledku zvýšeného skluzu, od r f₁ =f₂/(1-S_HM), kde f₂= rp₂ = konst; п₂ — rychlost rotoru.

Výstupní napětí generátoru lze stabilizovat změnou otáček rotoru nebo hlavního magnetického toku stroje F, protože emf statoru je úměrné frekvenci a toku. Upravte napětí

změnou otáček rotoru je technicky obtížné, navíc rozsah změn otáček rotoru musí být značný; Proto se tato metoda prakticky nepoužívá. Nejčastěji se napětí reguluje změnou hlavního magnetického toku.

Regulace hlavního magnetického toku při konstantní rychlosti rotoru může být dosažena řadou způsobů:

1) magnetizací zadní části statoru generátoru, změnou napětí na kondenzátorech;

2) změna kapacity bočníkových kondenzátorů;

3) pomocí ferorezonančního stabilizátoru napětí, řízených tlumivek nebo varikondových kondenzátorů.

Nejúčinnější stabilizace napětí je pomocí bočníkových kondenzátorů. Další způsoby regulace napětí jsou spojeny se složitější konstrukcí generátoru nebo s velkými hmotnostními přídavnými zařízeními. Regulace napětí asynchronního generátoru zůstává v současnosti důležitým a dosud ne zcela vyřešeným problémem.

Samobuzení AG je možné při splnění následujících podmínek: 1. Přítomnost zbytkové magnetizace ve feromagnetické části magnetického obvodu, která při otáčení AG rotoru indukuje zbytkové emf pole ve vinutí statoru. Obvykle s laminátovým rotorem Е_ost = (0,02)U_nom. Pod vlivem Е_ost V paralelním kapacitním obvodu se objeví vedoucí proud, který předpětí stroje. Počáteční tok může být také vytvořen vnějším elektromagnetickým polem. Proces samobuzení je znázorněn přerušovanou čarou na obr. 3.43.

Rýže. 3.43. Podmínky a proces samobuzení asynchronního generátoru v klidovém režimu

Zbytkové EMF Е_ost způsobí magnetizační proud v kondenzátoru, který indukuje emf Е ve vinutí statoru,

což způsobuje proud I_С v kondenzátoru atd.

2. Rychlost rotoru musí být vyšší než kritická, tj. ta, při které počáteční emf Е_ost bude mít potřebný význam.

3. Charakteristika vnějšího obvodu U_C = I_C Х_С musí protínat magnetizační křivku v bodě jmenovitého napětí (obr. 3.43), jinými slovy, kapacita musí být větší než kritická.

Samobuzení generátoru je možné jak v klidovém režimu, tak při zatížení.

Datum přidání: 2021. 12. 14 ; zobrazení: 691 ;