Chuenko, R., Kaplun, V., Makarevych, S., & Sytnyk, O.
(2023).
Asynchronous generator replacement scheme with internal capacitive reactive power compensation.
Machinery & Energetics,
14(4),
54-63.
https://doi.org/10.31548/machinery/4.2023.54
Актуальність застосування компенсованих асинхронних машин у режимі генератора автономних систем електроживлення полягає в їх здатності забезпечувати стабільне та надійне електропостачання навіть у відсутність зовнішньої мережі. Метою цієї роботи є створення процедури для визначення характеристик еквівалентної схеми компенсованих асинхронних генераторів, яка враховує взаємний вплив між головними та додатковими фазними обмотками якоря. Для одержання розрахункових характеристик режимів функціонування генератора такого класу аналітичним було використано теорію ідеалізованої асинхронної машини з представленням електромеханічних процесів перетворення енергії та основних фізичних параметрів у вигляді рівнянь електричної рівноваги і руху привода. Узагальнена система диференційних рівнянь дала можливість розрахувати динамічні і статичні процеси для симетричних і несиметричних режимів при заданих параметрах машини при різних способах її збудження та стабілізації напруги при змінному навантаженні. Для практичної реалізації моделювання параметрів асинхронного генератора використані рівняння електричної рівноваги кіл статора і ротора для симетричного усталеного режиму, яка є частковим випадком узагальненої математичної моделі машини як для перехідних, так і усталених процесів з постійними параметрами схеми заміщення. Урахування конструктивних та функціональних особливостей компенсованих асинхронних генераторів стало можливим на основі використання математичної моделі з поділом обмотки якоря на дві співвісні або зміщені у просторі напівобмотки. У такому випадку кількість розрахункових рівнянь збільшується удвічі. Використання автотрансформаторної схеми увімкнення напівобмоток фаз статора на конденсатори вимагало введення додаткового диференційного рівняння електричної рівноваги фаз статора. Це дало змогу обґрунтувати величини активних та індуктивних опорів, які використовуються у схемі заміщення асинхронного генератора із внутрішньою ємнісною компенсацією реактивної потужності. При цьому враховувався взаємний індуктивний зв'язок основних і додаткових напівобмоток фазних обмоток статора генератора обумовлений як робочим магнітним потоком, так і магнітними потоками розсіяння. Практичне значення отриманих результатів полягає в підвищенні ефективності та стабільності електроживлення, що сприяє зменшенню втрат та покращенню роботи електроенергетичних систем
асинхронна машина, внутрішня ємнісна компенсація, реактивна потужність, активний опір, індуктивний опір, взаємоіндуктивний зв’язок
[1] Al-Jufout, S., Al-rousan, W., & Wang, C. (2018). Optimization of induction motor equivalent circuit parameter estimation based on manufacturer’s data. Energies, 11(7), article number 1792. doi: 10.3390/en11071792.
[2] Boldea, I., & Nasar, S.A. (2009). The induction machines design handbook (2nd ed.). Boca Raton: CRC Press. doi: 10.1201/9781315222592.
[3] Chuenko, R.M., & Kryvoshey, O.A. (2014). Determination of the parameters of the replacement scheme of the compensated asynchronous motor. Scientific Bulletin of the National University Environment and Science of Ukraine. Series: Agricultural Machinery and Energy, 194(3), 265-270.
[4] Ferrucho-Alvarez, E.R., Martinez-Herrera, A.L., Cabal-Yepez, E., Rodriguez-Donate, C., Lopez-Ramirez, M., Mata-Chavez, R.I. (2021). Broken rotor bar detection in induction motors through contrast estimation. Sensors, 21, article number 7446. doi: 10.3390/s21227446.
[5] Helonde, A.R., & Mankar, M.M. (2019). Identifying three phase induction motor equivalent circuit parameters from nameplate data by different analytical methods. International Journal of Trend in Scientific Research and Development, 3(3), 642-645. doi: 10.31142/ijtsrd22934.
[6] Kravchik, A.E., Shlaf, M.M., Afonin, V.I. & Sobolenskaya, E.A (1982). Asynchronous motors series 4A. moscow: Energoizdat.
[7] Kumar, S.V., Kathirvel, C., & Jude, P.S.V. (2023). A new method of sensor-less speed vector control of asynchronous motor drive in model-reference adaptive system. In Smart grids for smart cities (vol. 2, pp. 127-141). Hoboken: Wiley.
[8] Liu, M., Chen, L., Sheng, X., Yang, Y., Yu, F., Li, Y., Yuan, X., Li, Y., Wang, Q., & Ma, Q. (2023). Dynamic simulation of life cycle environmental benefits of remanufacturing asynchronous motors to permanent magnet synchronous motors. Journal of Cleaner Production, 426, article number 138932. doi: 10.1016/j.jclepro.2023.138932.
[9] Lopes, L.A., & Almeida, R.G. (2006). Wind-driven self-excited induction generator with voltage and frequency regulated by a reduced-rating voltage source inverter. IEEE Transactions on Energy Conversion, 21(2), 297-304. doi: 10.1109/TEC.2006.874244.
[10] Mazurenko, L.I., Romanenko, V.I., &. Jura, O.V (2011). Calculation of operating characteristics of an autonomous welding asynchronous generator with valve excitation according to the substitution scheme. Proceedings of the Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine: Collection of Scientific Papers, 28, 64-69.
[11] Mishin, V.I., Kaplun, V.V., & Makarevich, S.S. (2011). Self-contained induction generator with internal capacitive compensation. Russian Electrical Engineering, 82, 138-143 doi: 10.3103/S1068371211030060.
[12] Mishin, V.I., Lut, M.T., Makarevych, S.S., & Chuienko, R.M. (2022). Asynchronous electric machines (2nd ed.) Kyiv: Komprint Publishing House.
[13] Popovych, O.M., & Smahliuk, M.O. (2014). Research and design of induction motors with internal compensation using simulation and structural modeling. Bulletin of the National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”. Series “Mining”, 25, 138-144.
[14] Popp, M., Mathis, W., Korolova, O., & Ponick, B. (2017). Modeling and simulation of electrical machines within a CCM framework. In 2017 IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC) (pp. 1-8). doi: 10.1109/IEMDC.2017.8002174.
[15] Rolek, J., & Utrata, G. (2017). A methodology for electromagnetic parameter estimation of an induction motor equivalent circuit based on the load curve test. In 2017 International Symposium on Electrical Machines (SME) (pp. 1-6). Naleczow: IEEE. doi: 10.1109/ISEM.2017.7993570.
[16] Rolek, J., & Utrata, G. (2018). An identification procedure of electromagnetic parameters for an induction motor equivalent circuit including rotor deep bar effect. Archives of Electrical Engineering, 67(2), 279-291. doi: 10.24425/119640.
[17] Terzioğlu, H., & Selek, M. (2017). Determination of equivalent circuit parameters of induction motors by using heuristic algorithms. Selcuk University Journal of Engineering, Science and Technology, 5(2), 170-182. doi: 10.15317/Scitech.2017.80.
[18] Tezcan, M.M., Yetgin, A.G., Canakoglu, A.I., Cevher, B., Turan, M., & Ayaz, M. (2018). Investigation of the effects of the equivalent circuit parameters on induction motor torque using three different equivalent circuit models. MATEC Web of Conferences, 157, article number 01019. doi: 10.1051/matecconf/201815701019.
[19] Vazifehdan, M., Zarchi, H.A., & Khoshhava, M.A. (2020). Sensorless vector control of induction machines via sliding mode control based model reference adaptive system. In 28th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE) (pp. 1-6). Tabriz: IEEE. doi: 10.1109/ICEE50131.2020.9260920.
[20] Wengerkievicz, C.A.C., Elias, R.A., Batistela, N.J., Sadowski, N., Kuo-Peng, P., Sandro Lima, C., da Silva Jr., P.A., & Beltrame, A.Y. (2017). Estimation of three-phase induction motor equivalent circuit parameters from manufacturer catalog data. Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, 16(1), 90-107. doi: 10.1590/2179-10742017v16i1873.