АльтИнфоЮг

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта


Выбор двигателей-генераторов для супермаховиков

Рейтинг пользователей: / 4
ХудшийЛучший 
привод маховика

Для привода в действие высокоскоростного маховика, используемого для накопления энергии, с последующей передачей её в сеть, не очень просто подобрать электродвигатель и генератор. Фактически нужна сложная система управления маховиком. Чтобы определиться с выбором, нужно проанализировать возможности, достоинства и недостатки различных двигателей-генераторов и обеспечения основных режимов работы системы управления супермаховиком.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, наиболее распространенный в электротехнике, для работы в затянувшемся пусковом режиме не годится из-за того, что тяжелый маховик раскручивается очень медленно. Поэтому при длительной работе в таком режиме перегревается и может выйти из строя. Для электродвигателей этого типа недопустимо также значительное увеличение или уменьшение питающего напряжения для изменения количества оборотов. Возможно только кратное двум переключение скорости при изменении количества пар полюсов с помощью коммутационных аппаратов.

Для небольших малоинерционных маховиков возможно применение других вариантов электродвигателей, например, асинхронных двигателей со скользящим ротором. Так называются двигатели, которые имеют повышенный зазор между статором и ротором и специально предназначены для работы в режимах, когда при повышенной нагрузке на двигатель, статор уменьшает обороты за счёт уменьшенной магнитной связи между статором и ротором, что уменьшает КПД двигателя.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором по принципу своей работы не предназначен для работы в качестве электрического генератора. Остаточное магнитное поле ротора невелико, поэтому выход энергии небольшой и его невозможно изменять для управления режимом работы. В случае использования любого варианта асинхронного двигателя для разгона небольшого маховика, необходимо также устанавливать отдельный генератор, для превращения энергии накопителя в электричество.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором в зависимости от исполнения может длительное время работать на пониженных скоростях, причём скорость можно изменять достаточно плавно, при большом количестве ступеней переключения. Это достигается за счёт того, что к обмотке ротора через щётки подключаются резисторы, которые уменьшают ток в роторе. По мере разгона электродвигателя часть резисторов закорачивается, уменьшая электрическое сопротивление в цепи ротора. Основные недостаток таких двигателей, это дополнительные электрические потери на резисторах в цепи ротора и наличие щёток, которые не очень желательны для высокооборотных двигателей, необходимых для разгона супермаховика. По принципу работы электродвигатель с фазным ротором может работать в качестве генератора, если обмотку ротора использовать в качестве обмотки возбуждения, подавая на неё постоянное напряжение. Но, в этом случае число пар полюсов ротора должно быть кратным двум.

Синхронные двигатели переменного тока, способны хорошо работать и в режиме генератора. Но и здесь тоже есть определённые сложности. Обычный, а тем более скоростной синхронный двигатель невозможно раскрутить, просто подав на него напряжение. Этот двигатель предварительно нужно раскрутить до частоты, как минимум, близкой к его номинальной частоте. Для раскрутки необходим другой двигатель или применять особую схему пуска. При работе в режиме разгона, обмотка возбуждения на статоре закорачивается через гасящий резистор. Получается схема пуска, похожая на электродвигатель с фазным ротором. После разгона электродвигателя до скорости близкой к синхронной, резистор отключается, а на обмотку возбуждения подаётся постоянное напряжение. Возможен вариант использования синхронного двигателя с облегчённой дополнительной короткозамкнутой обмоткой. Но, такая обмотка не предназначена для длительной работы в режиме разгона.

Для экономичных электродвигателей средней и большой мощности, работающих от сети переменного тока 50 Гц, обороты свыше 3000 в минуту не достижимы из-за небольшой скорости вращения магнитного поля при этой частоте. Для получения больших оборотов от электродвигателей переменного тока, нужны преобразователи частоты.

Коллекторные двигатели постоянного тока достаточно большой мощности обычного изготавливают с независимым или смешанным возбуждением, что позволяет изменением тока возбуждения регулировать количество оборотов. Это усложняет схему, да и на очень больших оборотах щёточный коллектор работает не лучшим образом. Для хорошей без искровой коммутации обмоток при работе машины постоянного тока в режиме генератора, щётки коллектора должны быть смещены от нейтрального положения немного вперёд по ходу вращения. При работе в режиме двигателя, лучшее положение для щёток коллектора немного сзади от нейтрального положения. Частично проблема решается установкой дополнительных обмоток для компенсации смещения магнитного поля и уменьшения искрения коллектора. Дополнительные полюса у электрической машины постоянного тока имеет смысл применять в том случае если машина работает на одних оборотах в качестве электродвигателя или генератора, что для супермаховика неприемлемо.

Чтобы электродвигатель постоянного тока работал от сети, нужен выпрямитель соответствующей мощности. При работе электрической машины в режиме генератора, с последующей передачей энергии в сеть, нужен преобразователь постоянного тока в переменный, промышленной частоты. Обмотки возбуждения потребляют несколько процентов электроэнергии у мощных двигателей и до нескольких десятков процентов у двигателей небольшой мощности. Часть энергии теряется на работу выпрямителей и преобразователей со сложными системами управления.

Варианты двигатель-генератора без щёток, например, на постоянных магнитах лишены недостатков щёточного коллектора, но, для таких электрических машин труднее обеспечивать регулировку скоростных режимов работы, а также обеспечивать стабильную выходную энергии электрогенератора при снижении оборотов маховика в генераторном режиме. У электрических машин с постоянными магнитами без щёток отсутствует возможность регулировать характеристики двигателей и генераторов с помощью обмотки возбуждения. В этом случае обороты двигателя постоянного тока можно изменять только изменением питающего напряжения. Выходные характеристики такого генератора постоянного тока будут зависеть от оборотов генератора и электрической нагрузки на выходе генератора.

 
Пожалуйста, зарегистрируйтесь или войдите в систему для добавления комментариев к этой статье.

Поделись с друзьями


Облако тегов




   

Copyright © 2012 Сергей Горенко | «Копирование и иное использование материалов без разрешения запрещено»