Автономная станция электроснабжения на основе асинхронного генератора с КЗ ротором и преобразователя частоты пониженной мощности

Виноградов А.Б.

НТЦ Электропривода «Вектор»

г. Иваново, Российская Федерация

Доклад представлен на XI международной конференции АЭП-2020 (ICEPD-2020)

Аннотация — Рассмотрено построение автономной станции электроснабжения на основе асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором и инвертора напряжения пониженной мощности, обеспечивающей высокое качество выходного напряжения при различных нагрузках, включая существенно несимметричные и нелинейные, при относительно невысокой цене и повышенной надежности.

Ключевые слова — автономная станция электроснабжения; асинхронный генератор; инвертор напряжения; синус-фильтр; ДВС.

I. Введение

    При создании современных автономных источников трехфазного напряжения 380/220 В, 50 Гц средней мощности (от единиц до сотен кВт) с первичным приводом от двигателя внутреннего сгорания (ДВС), к которым предъявляются повышенные требования к стабильности выходного напряжения при различных видах нагрузки, обычно рассматриваются следующие возможные варианты построения системы [1-5]:

• синхронный генератор с обмоткой возбуждения (СГОВ), управляемый от полупроводниковой системы возбуждения (СВ);
• асинхронный генератор с фазным ротором (АГФР), управляемый со стороны роторной цепи от преобразователя частоты (ПЧ) пониженной мощности;
• синхронный генератор (СГ) – неуправляемый выпрямитель (НВ) звено постоянного напряжения (ЗПТ) –  автономный – инвертор напряжения (АИН) – синус-фильтр (СФ);
• асинхронный либо синхронный генератор переменного тока (ГПТ) – активный выпрямитель (АВ) – ЗПТ – АИН – СФ;
• ГПТ – преобразователь частоты с непосредственной связью (НПЧ) – СФ.

II.  Предлагаемое техническое решение и его сравнение с известными

    Одним из перспективных технических исполнений АСЭ является система на основе асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором (АГКЗ), АИН пониженной мощности и синус фильтра: «АГКЗ – АИН – СФ». Ее особенностями являются использование в качестве генератора надежной, высокотехнологичной и недорогой электрической машины, а в качестве преобразователя – инвертора пониженной мощности, который обеспечивает высокие показатели точности выходного напряжения АСЭ, компенсацию влияния нейтральной составляющей токов нагрузки на показатели несинусоидальности и несимметрии.

    Выбор системы автономного электропитания для каждого конкретного применения определяется набором показателей, среди которых отметим: стоимость, надежность, массо-габариты, показатели статической и динамической точности выходного напряжения при различных видах нагрузки, включая несимметричную и нелинейную, особенностями первичного двигателя, в частности, диапазоном регулирования скорости ДВС в режиме стабилизации выходного напряжения и частоты. В таблице 1 сведены отличительные особенности представленных выше вариантов реализации АСЭ, напрямую связанные с их массо-габаритами, стоимостью, качеством выходного напряжения при различных видах нагрузки и возможностью независимого изменения скорости ДВС.

    При условиях предъявления к АСЭ повышенных требований к качеству выходного напряжения и ее работы в условиях существенно несимметричных и нелинейных нагрузок, следует выбирать системы, имеющие в своем арсенале функцию активной компенсации влияния несимметрии нагрузки.  К повышенным показателям качества выходного напряжения будем относить такие, при которых отклонения напряжений, их колебания, коэффициенты несимметрии и искажения синусоидальности [6] не превышают 1..2% во всем диапазоне изменения нагрузки. Отклонение частоты не должно превышать 0.2 Гц. Наилучшие динамические характеристики АСЭ с отработкой динамических ошибок регулирования выходного напряжения, вызванных ступенчатым изменением нагрузки, в течение единиц миллисекунд можно получить только в системах с ПЧ полной мощности. Если в режиме стабилизации выходного напряжения АСЭ имеется необходимость в широких пределах изменять скорость ДВС, то следует выбирать структуры «ГПТ – АВ – ЗПТ – АИН – СФ» или «ГПТ – НПЧ – СФ», при этом преимущество по стоимости и надежности при равной номинальной мощности нагрузки имеет использование АГКЗ в качестве генератора и подсистемы «АВ – ЗПТ – АИН» в качестве преобразователя частоты. Построение такого вариант АСЭ рассмотрено, в частности,  в [2] применительно к колесному трактору 300 л.с. с электромеханической трансмиссией.
...

 скачать статью в формате PDF (1,4 Мб)
 скачать презентацию доклада в формате PDF (3,6 Мб)