Сравнительная оценка схем соединения обмоток синхронных генераторов в составе источников постоянного тока

Сергей Григорьевич Воронин, Николай Васильевич Клиначев, Азамджон Махмадиевич Давлатов, Дмитрий Викторович Пауков

Аннотация


 Рассматриваются схемы источников постоянного тока на основе многофазного синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов и выпрямителя. Проведена оценка различных вариантов построения схем при изменении числа фаз от двух до десяти и способов соединения обмотки генератора: N-лучевая звезда или замкнутое кольцо из N секций. Доказано, что при прочих равных условиях по удельным электрическим потерям обмотки с малым числом фаз, от двух до четырёх, оказываются предпочтительней многофазных обмоток. Показаны преимущества замкнутых многофазных обмоток перед разомкнутыми обмотками как с точки зрения удельных электрических потерь, так и с точки зрения сохранения выходных характеристик при единичных отказах. С помощью математических моделей проведён анализ пульсаций выходного напряжения выпрямителя для различного числа фаз и различных схем соединения обмоток как в штатном режиме, так и при обрыве диодов в выпрямителе. Оценено влияние индуктивности обмотки генератора на величину пульсаций напряжения. Делается вывод о существенном преимуществе замкнутых обмоток перед разомкнутыми с точки зрения пульсаций выпрямленного напряжения.


Ключевые слова


синхронный генератор; постоянный магнит; пульсации выпрямленного напряжения; полупроводниковый выпрямитель; многофазная замкнутая или разомкнутая обмотка; удельные электрические потери в меди; работоспособность при отказах

Полный текст:

PDF

Литература


Karbouj H., Rather Z.H., Flynn D. Non-synchronous fast frequency reserves in renewable energy integra¬ted power systems. A critical review International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2019, no. 106, pp. 488–501. DOI: 10.1016/j.ijepes.2018.09.046

Zhu L., Yuan Z., Sheng C., Liu Z., Guo J. Review of frequency support control methods for asynchronous interconnection system based on VSC-HVDC 2019. Electric Power Automation Equipment, 2019, vol. 39 (2), pp. 84–92.

Debry L., Prevost M.S., Panciatici T., Van P., Cutsem T. Decentralized model predictive control of voltage source converters for AC frequency containment apangelis. International Journal of Electrical Power and Ener-gy Systems, 2018, no. 98, pp. 342–349. DOI: 10.1016/j.ijepes.2017.12.015

Voronin S.G., Davlatov A.M., Sultonov O.O. et al. [Automated mini-hydroelectric power station as the ba-sis of the power supply system of mountainous regions of Tajikistan]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. “Power Engineering”, 2019, vol. 19, no. 3, pp. 100–107. DOI: 10.14529/power190311. (in Russ.)

Gandzha S., Aminov D., Kosimov B. Design of Brushless Electric Machine with Axial Magnetic Flux Based on the Use of Nomograms. Proceedings – 2018 International Ural Conference on Green Energy (UralCon 2018), 2018, pp. 282–287. DOI: 10.1109/uralcon.2018.8544320

Gandzha S., Aminov D., Kiessh I., Kosimov B. Application of Digital Twins Technology for Analysis of Brushless Electric Machines with Axial Magnetic Flux. Proceedings – 2018 Global Smart Industry Conference (GloSIC – 2018), 2018, pp. 8570132. DOI: 10.1109/glosic.2018.8570132

Gandzha S., Kosimov B., Aminov D. [Selection of the optimal design of the Pilgerstan drive electric motor for the seamless pipe manufacturing technology]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. “Power Engi-neering”, 2019, vol. 19, no. 1, pp. 5–17. DOI: 10.14529/power190101. (in Russ.)

Gandzha S.A., Aminov D.S., Kosimov B.I., Nimatov P.P. Development of an engineering technique for cal-culating magnetic systems with permanent magnets based on the finite element method]. Vestnik PNIPU. Seriya “Elektrotekhnika, informatsionnye tekhnologii, sistemy upravleniya” [PNRPU Bulletin. Series “Electrical Engi-neering, Information Technology, Control Systems”], 2019, no. 29, pp. 58–74. (in Russ.) DOI: 10.15593/2224-9397/2019.1.04

Sohn J., Hong S., Sunwoo M. Alternator torque model based on equivalent circuit of synchronous genera-tor for electric power management. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2013, no. 62(8), pp. 3593–3602. DOI: 10.1109/tvt.2013.2266416

Kabir S.M., Shuttleworth R.L. Brushless exciter model. IEE Proceedings C: Generation Transmission and Distribution, 1994, no. 141 (1), pp. 61–67. DOI: 10.1049/ip-gtd:19949704

Inoue K., Yamashita H., Nakamae E., Fujikawa T. Brushless self-excited three-phase synchronous gener-ator without exciter. Electrical Engineering in Japan, 1993, no. 113 (8), pp. 101–115. DOI: 10.1002/eej.4391130810

Klinachev N.V. Lineynaya nepreryvnaya dinamicheskaya model' reversivnogo sinkhronno-vektornogo vypryamitelya. Aktivnyy i passivnyy rezhimy raboty [[Linear continuous dynamic model of a reversible synchro-nous vector rectifier. Active and passive operation modes]. Available at: http://model.exponenta.ru/k2/Jigrein/ dcs_20140628.htm (accessed 20.10.2019).

Voronin S.G. Elektroprivod letatel’nykh apparatov: konspekt lektsiy [Electric drive of aircraft: Lecture notes]. Chelyabinsk: ChGTU, 1995, part 1. – 110 p. Available at: http://epla.susu.ru/glv_050.htm (accessed 15.03.2016).

Wang B., Venkataramanan G., Bendre A. Unity power factor control for three phase three level rectifiers without current sensors. IEEE Transactions on Industry Applications, 2007, vol. 43, no. 5, pp. 1341–1348. Avail-able at: http://www.egr.msu.edu/~bingsen/files_publications/C-05_IAS.pdf (accessed 15.03.2016). DOI: 10.1109/tia.2007.904433

Dixon J.W. Three-Phase Controlled Rectifiers. Chapter 12 in “Power Electronics Handbook”, Academic Press, Harcourt Place, 32 Jamestown Road, London NW1 7BY, UK, www.academicpress.com, August 2001,

pp. 183–196. Available at: http://web.ing.puc.cl/~power/paperspdf/dixon/21.pdf (accessed 15.03.2016).

But D.A. Beskontaktnyye elektricheskiye mashiny: ucheb. posobiye [Contactless electrical machines: manual for the specialty electromechanics and electrical power engineering]. 2nd ed. Мoscow, Vysshaya shkola, 1990. 416 p.

Toulabi M.S., Torkaman H., Afjei E. [Experimental comparison between the electric efficiencies of two different types of switched reluctance generators]. 2nd Power Electronics, Drive Systems and Technologies Con-ference, PEDSTC – 2011, 5742408, pp. 157–162. DOI: 10.1109/pedstc.2011.5742408

Hou J., Li H., Li J., Hu J. Research of field magnetic motive force of non-salient pole synchronous gene-rator with field windings inter-turn short circuit. Proceedings of the Chinese Society of Electrical Engineering, 2010, vol. 30 (SUPPL.), pp. 220–225.

Fahn C.-S., Sun H. Development of a data glove with reducing sensors based on magnetic induction. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2005, no 52 (2), pp. 585–594. DOI: 10.1109/tie.2005.844259

Afjei E., Torkaman H. Comparison of two types of dual layer generator in field assisted mode utilizing 3D-FEM and experimental verification. Progress in Electromagnetics Research, 2010, no 23, pp. 293–309. DOI: 10.2528/pierb10060808

Gomberg B.N., Sogrin A.I., Mehvanik N.N. Ripple of Rectified EMF in Alternators. Bulletin of

the South Ural State University. Ser. Power Engineering, 2019, vol. 19, no. 2, pp. 97–106. (in Russ.) DOI: 10.14529/power190211

Balagurov, V.A. Proyektirovaniye spetsial’nykh elektricheskikh mashin peremennogo toka: ucheb. posobiye [Designing Specialty AC Electric Machines: A Study Guide]. Мoscow, Vysshaya shkola, 1982, 272 p.

Klinichayev N.V. Mnogofaznyy vypryamitel’ – zvezda [Multiphase rectifier – star]. Available at: http:// model. exponent.ru/k2/Jigrein/md_152htm (accessed 20.10.2019).




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power200311

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.