Розроблення та дослідження в середовищі MATLAB моделі побутового автономного асинхронного генератора з самозбудженням та регулюванням напруги
Автор: Шебец Олег Петрович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Невеликі побутові автономні асинхронні генератори з самозбудженням є перспективними для забезпечення електроенергією побутових пристроїв та систем, в тому числі електромобілів, в умовах, де немає доступу до мережі або відбулося вимкнення живлення. Основним перевагою цих генераторів є їхні невеликі розміри та легкість у використанні, що робить їх ідеальними для мобільних застосувань, таких як кемпінг, туризм або робота на віддалених об;єктах. Принцип самозбудження полягає в тому, що генератор може створювати свою власну початкову електромагнітну потужність без зовнішнього джерела живлення. В ролі генератора може працювати звичайний асинхронний двигун. Проте моделювання роботи таких генераторів здійснюється шляхом застосування складних математичних моделей, оскільки їх робота базується на електромагнітних явищах і взаємодії між обмотками та магнітним полем. Однією з основних проблем моделювання є точність врахування характеристик матеріалів, використовуваних у генераторі, таких як магнітні властивості сталі та провідників. Моделі повинні також враховувати динаміку роботи генератора в змінних умовах, таких як навантаження і швидкість обертання вала. Ще однією проблемою є вплив нерівномірності обертання вала на генеровану електроенергію та стабільність напруги. Для точного моделювання потрібні аналізи електромагнітної та механічної взаємодії всіх компонентів генератора. Також важливо враховувати теплові ефекти, які виникають під час роботи генератора та можуть впливати на його продуктивність. Останнім часом відбулося значне зростання застосування малогабаритних побутових бензогенераторів, але виявилося, що ресурс в них закладений досить малий і точність регулювання напруги є дуже незадовільна. Тому перспективним є перехід до конструкції коли двигун і генератор знаходяться на валу і реалізовані як окремі об’єкти, подібно до лабораторних установок. Таким чином для невеликих побутових асинхронних генераторів з самозбудженням, які використовуються в різних умовах і для різних завдань, моделювання їх роботи вимагає врахування багатьох факторів і є складним завданням. Один з шляхів вирішення даної проблеми є застосування дискретного регулювання, коли до затискачів асинхронного генератора підмикають основну і додаткові батареї конденсаторів. Ємність основної вибирається з умови самозбудження, додаткові батареї розбиті на секції. В першому розділі пояснювальної записки розглянуто аналіз основних схем регулювання напруги автономного джерела енергії трифазного живлення на основі асинхронного генератора. Особлива увага приділена схемам регулювання напруги на затискачах генератора. Об’єкт дослідження – автономний асинхронний генератор з самозбудженням. Предмет дослідження – перехідні процеси в автономному асинхронному генераторі з самозбудженням та регулюванням напруги за використання тиристорного компенсатора реактивної потужності, зокрема самозбудження, накид навантаження, підмикання додаткової батареї конденсаторів. Мета дослідження: розробити та дослідити в середовищі MATLAB модель побутового автономного асинхронного генератора з самозбудженням та регулюванням напруги на рівні миттєвих значень. В другому розділі розглянуто теоретичні основи побудови моделі побутового автономного асинхронного генератора з самозбудженням. В третьому розділі розглянута розробка в MATLAB моделі побутового автономного асинхронного генератора з самозбудженням, додатковим блоком конденсаторів та регулюванням напруги за використання тиристорного компенсатора реактивної потужності. В четвертому розділі здійснено дослідження моделі побутового автономного асинхронного генератора з самозбудженням з додатковим блоком конденсаторів та регулюванням напруги за використання тиристорного компенсатора реактивної потужності. Розглянуто також викривлення форми напруги під дією тиристорного перетворювача. Ключові слова: автономний асинхронний генератор, самозбудження, тристорний компенсатор реактивної потужності, регулювання напруги. Перелік використаних літературних джерел: 1. Chen, J., Wang, F., Stelson, K. A. (2018). A mathematical approach to minimizing the cost of energy for large utility wind turbines. Applied Energy, 228, 1413–1422. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.06.150 2. Scherer, L. G., de Camargo, R. F., Tambara, R. V. (2016). Voltage and frequency regulation of standalone self-excited induction generator for micro-hydro power generation using discrete-time adaptive control. IET Renewable Power Generation, 10 (4), 531–540. doi: https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2015.0321 3. Ezzeddine, T. (2020). Reactive power analysis and frequency control of autonomous wind induction generator using particle swarm optimization and fuzzy logic. Energy Exploration & Exploitation, 38 (3), 755–782. doi: https://doi.org/10.1177/0144598719886373 4. Basic, M., Vukadinovic, D. (2016). Online Efficiency Optimization of a Vector Controlled Self-Excited Induction Generator. IEEE Transactions on Energy Conversion, 31 (1), 373–380. doi: https://doi.org/10.1109/tec.2015.2492601