Аналитические характеристики синхронного генератора
Аннотация
Традиционные способы построения основных характеристик синхронных электрических машин основываются на результатах экспериментальных исследований. Методы их построения на основе аналитических расчётов в известной литературе не приводятся, что не позволяет оценить соответствие результатов аналитического расчета заданию, результатам компьютерного моделирования и экспериментальных исследований. В статье описываются способы построения характеристик синхронных электрических машин на основе аналитических расчётов. Приведены математические выводы функций на основе векторной диаграммы, а также расширенная векторная диаграмма явнополюсного генератора и алгоритм её построения. Показано отсутствие влияния явнополюсности ротора на вид некоторых характеристик. Учитывается влияние приведенного активного сопротивления обмотки якоря, характерное для машин средней и малой мощности. Обосновывается выбор магнитодвижущей силы индуктора для компенсации поля реакции якоря с целью поддержания номинального значения напряжения. На основе полученных характеристик оценивается предельная перегрузочная способность. Приводится методика оценочного расчёта параметров обмотки возбуждения, и необходимой глубины регулирования тока возбуждения, позволяющая обеспечить заданное время стабилизации напряжения при изменении значения и типа нагрузки. Аналитические характеристики позволяют оценить работоспособность проектируемой электрической машины в различных режимах функционирования, выявить её недостатки и внести необходимые изменения ещё на стадии предварительного расчёта. Аналитические формулы могут быть алгоритмизированы для автоматического получения результатов расчёта в виде типовых традиционных графиков.
Литература
2. Behn-Eschenburg H. Uber Wechselstrombahnmotoren der Maschinenfabrik Oerlikon und ihre Wirkungen auf Telephonleitungen. – Elektrische Kraitbetriebe und Bahnen, 1908, vol. 6, iss. 31, pp. 624–630.
3. Arnold E., La Cour J.L. Die synchronen Wechselstrommaschinen. Generatoren, Motoren und Umformer. Ihre Theorie, Konstruktion, Berechnung und Arbeitsweise. Berlin/Heidelberg, Germany: Springer, 1913, 897 p.
4. Park R. Definition of an Ideal Synchronous Machine and Formula for Armature Flux Leakage. – GE Review, 1928, vol. 31, No. 6, pp. 332–334.
5. Park R. Two-Reaction Theory of Synchronous Machines Generalized Method of Analysis-Part I. – Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, 1929, vol. 48, No. 3, pp. 716–727, DOI: 10.1109/T-AIEE.1929.5055275.
6. Костенко М.П. Электрические машины. М.-Л.: Государственное энергетическое издательство, 1944, 816 с.
7. Henneberger G. Electrical Machines I. Basics, Design, Function, Operation. Aachen, Germany: Aachen University, 2003, pp. 167–176.
8. Sahdev S.K. Electrical Machines. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2018, pp. 547–550.
9. Fuchs E.F., Masoum M.A.S. Power Quality in Power Systems and Electrical Machines. Amsterdam, The Netherlands: Elsevier, 2008, pp. 164–171.
10. Wildi T. Electrical Machines, Drives and Power Systems, 6th ed. London, UK: Pearson, 2006, p. 49.
11. Костенко М.П., Пиотровкий Л.М. Электрические машины. Ч. 2. Машины переменного тока. Л.: Энергия, 1973, 648 с.
12. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974, 839 с.
13. Брускин Д.Э., Зохорович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины и микромашины. М.: Высшая школа, 1981, 432 с.
14. Зечихин Б.С. Автоматизированный расчёт авиационного синхронного генератора. М.: Изд-во МАИ, 1989, 64 с.
15. Ковалев Л.К. и др. Электрические машины и устройства на основе массивных высокотемпературных сверхпроводников. М.: Физматлит, 2010, 396 с.
16. Ilyasov R.I. The Phasor Diagram of a Superconducting Synchronous Electrical Machine. – Inventions, 2023, vol. 8, DOI: 10.3390/ inventions8030068.
17. ГОСТ Р 54073-2017. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии. М.: Стандартинформ, 2018, 36 с.
18. Dezhin, D., Ilyasov R. Development of Fully Superconducting 5 MW Aviation Generator with Liquid Hydrogen Cooling. – EUREKA: Physics and Engineering, 2022, No. 1, pp. 62–73, DOI: 10.21303/2461-4262.2022.001771.
#
1. Behn-Eschenburg H. On the Magnetic Dispersion in Induction Motors, and Its Influence on the Design of These Machines. – Journal of the Institution of Electrical Engineers, 1904, vol. 33, pp. 239–278, DOI: 10.1049/jiee-1.1904.0085.
2. Behn-Eschenburg H. Uber Wechselstrombahnmotoren der Maschinenfabrik Oerlikon und ihre Wirkungen auf Telephonleitungen. – Elektrische Kraitbetriebe und Bahnen, 1908, vol. 6, iss. 31, pp. 624–630.
3. Arnold E., La Cour J.L. Die synchronen Wechselstrommaschinen. Generatoren, Motoren und Umformer. Ihre Theorie, Konstruktion, Berechnung und Arbeitsweise. Berlin/Heidelberg, Germany: Springer, 1913, 897 p.
4. Park R. Definition of an Ideal Synchronous Machine and Formula for Armature Flux Leakage. – GE Review, 1928, vol. 31, No. 6, pp. 332–334.
5. Park R. Two-Reaction Theory of Synchronous Machines Generalized Method of Analysis-Part I. – Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, 1929, vol. 48, No. 3, pp. 716–727, DOI: 10.1109/T-AIEE.1929.5055275.
6. Kostenko M.P. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). M.-L.: Gosudarstvennoe energeticheskoe izdatel’stvo, 1944, 816 p.
7. Henneberger G. Electrical Machines I. Basics, Design, Function, Operation. Aachen, Germany: Aachen University, 2003, pp. 167–176.
8. Sahdev S.K. Electrical Machines. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2018, pp. 547–550.
9. Fuchs E.F., Masoum M.A.S. Power Quality in Power Systems and Electrical Machines. Amsterdam, The Netherlands: Elsevier, 2008, pp. 164–171.
10. Wildi T. Electrical Machines, Drives and Power Systems, 6th ed. London, UK: Pearson, 2006, p. 49.
11. Kostenko M.P., Piotrovkiy L.M. Elektricheskie mashiny. Ch. 2. Mashiny peremennogo toka (Electric Machines. Part 2: AC Machines). L.: Energiya, 1973, 648 p.
12. Vol’dek A.I. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). L.: Energiya, 1974, 839 p.
13. Bruskin D.E., Zohorovich A.E., Hvostov V.S. Elektricheskie mashiny i mikromashiny (Electric Machines and Micromachines). M.: Vysshaya shkola, 1981, 432 p.
14. Zechihin B.S. Avtomatizirovannyy raschyot aviatsionnogo sinhronnogo generatora (Automated Calculation of an Aircraft Synchronous Generator). M.: Izd-vo MAI, 1989, 64 p.
15. Kovalev L.K. et al. Elektricheskie mashiny i ustroystva na osnove massivnyh vysokotemperaturnyh sverhprovodnikov (Electrical Machines and Devices Based on Massive High-Temperature Supercon-ductors). M.: Fizmatlit, 2010, 396 p.
16. Ilyasov R.I. The Phasor Diagram of a Superconducting Synchronous Electrical Machine. – Inventions, 2023, vol. 8, DOI: 10.3390/inventions8030068.
17. GOST R 54073-2017. Sistemy elektrosnabzheniya samoletov i vertoletov. Obshchie trebovaniya i normy kachestva elektroenergii (Power Supply Systems for Aircraft and Helicopters. General Requirements and Electricity Quality Standards). M.: Standartinform, 2018, 36 p.
18. Dezhin, D., Ilyasov R. Development of Fully Superconducting 5 MW Aviation Generator with Liquid Hydrogen Cooling. – EUREKA: Physics and Engineering, 2022, No. 1, pp. 62–73, DOI: 10.21303/2461-4262.2022.001771
