Особенности использования асинхронных генераторов в качестве вентильных источников тока для альтернативных источников энергии

В связи с потеплением климата на Земле и постоянно возрастающим потреблением электроэнергии, а также всемирным экономическим кризисом, перед человечеством встает вопрос о переходе на альтернативные источники энергии, т.е. энергию Солнца: ветра и лучистую энергию. Только в этом случае удастся стабилизировать среднюю температуру Земли и избежать экологических кадастров. 

Как отмечено выше, интенсивность энергии Солнца и ветра резко меняется в течение суток и года в зависимости от погодных условий, что требует допол­нительных технических решений по аккумулированию энергии.

Отличительной особенностью нетрадиционных источников энер­гии является преобразование солнечной энергии в электроэнергию постоянного тока, а также большие колебания значе­ния тока в зависимости от температуры Солнца.

Как показывает мировой опыт эксплуатации ветроагрегатов, перспективным является использование в качестве вентильного асинхронного генератора.

Форма напряжения ге­нератора остается практически синусоидальной даже при зна­чительных нагрузках, что не ограничивает использования, мощности источника. Конденсаторы, включенные в его цепь, выполняют двойную роль: они не только создают реактивную мощность, но и существенно улучшают процесс переключения вентилей, т.е. являются коммутирующими. В настоящее время, наибольшее распространение получили выпрямительные уст­ройства трехфазного тока, включенные по мостовой схеме А.Н.Ларионова (Рис.1).

Рис. 1                 

Диоды моста образуют катодную (1,3,5) и анодную (2,4,6) вентильные группы. Каждый из них проводит ток в течении трети пе­риода, а в течении двух третей периода нахо­дится под действием обратного линейного напряжения (1).

Для данной мостовой схемы характерно чередование трех и двух вентиль­ных режимов. Порядок переключения диодов устанавливается с помощью волновой диаграммы фазных напряжений, мгновенные значения которых равны:

   U_A=U_mcost;

   U_B=U_mcos (t-);

   U_C=U_mcos(t+);                       где m – число фаз генератора.

Из рис. 1 видим, что число тактов схемы выпрямителя равно 6. при холо­стом ходе напряжение на выходе моста изображается огибающей кривых ли­нейных напряжений.

Среднее значение выпрямленного напряжения в режиме холостого хода опреде­ляем из соотношения [3].

   .          (1)

Напряжение на выходе моста представляет собой несинусоидальную пе­риоди­ческую функцию времени. Она может быть представлено в виде:

   ,                                                              (2)

где первое слагаемое представляет среднее значение выпрямленного напря­жения (1). Через U_K в соотношении (2) представлена амплитуда k-ой гар­мо­ники, которая согласно разложению в ряд Фурье, для четной функции, имеет вид:

   ,                                                             (3)

где  ,k=1,2,3…

Периодичность функции U равна π/m, а частота следования пульсации _n=2m.

С учетом принятых обозначений выражение (3) перепишем в виде:

                                                   (4)

и разрешая его будем иметь:

  .                                                             (5)   Коэффи­циент пульсации на выходе выпрямителя для k-ой гармоники нахо­дится из соотношения:

   ,                                                              (6)

откуда для выпрямительного устройства при m=3, трехфазный асинхронный генератор, получим:

по первой гармонике (k=1) – К_П1=0,057;

по второй гармонике (k=2) – К_П2=0,014;

по третьей гармонике (k=3) – К_П3=0,006 и т.д.

Учитывая конструктивные особенности асинхронной машины и ее параметров относительно синхронной, а также проведенные экспериментальные исследования, можно сделать вывод.

Наиболее перспективным электромашинным источником посто­янного тока является асинхронный вентильный генератор с короткозамкнутым ротором, положительными особенностями кото­рого, по сравнению с синхронным генератором общей конструк­ции, являются: бесконтактность, высокое качество выпрямленного напряжения, лучшее использование мощности и коэффициента полезного действия.

Экспериментальные исследования показали, что к.п.д. асинхронных выше синхронных не менее 10%, при выработки больших мощностей это приводит к большой экономии финансов.

Литература:

1.             Свечников В.В., Ибраев Ш.Ш., Еркебаева С.К., Аймаханова А.А. Применение авиационных технологий при разработке альтернативных источников энергии // Наука и образование ХХІ века. – Кызылорда, 2014. - Том 2.

2.             Свечников В.В., Диханбаева Г.А., Пирова Г.К. Анализ переходных процессов асинхронно-синхронного генератора при отключении нагрузки // Вестник университета «Болашак». – 2014. - №2.