Разработка модели синхронного генератора Г-273А, возбуждаемой от солнечной батареи

АННОТАЦИЯ

В статье приведено описание разработанной компьютерной модели синхроного генератора малой мощности, возбуждаемой от солнечной батареи. На основании экспериментальных данных разработана математическая модель в пакете Matlab - Simulink. Проведены исследование синхронного генератора в различных режимах работы

ABSTRACT

The article describes the developed computer model of a low-power synchronous generator excited from a solar battery. Based on the experimental budget data, a mathematical model in the Matlab - Simulink package. A study of a synchronous generator in various operating modes has been carried out.

Ключевые слова: солнечная батарея, аккумулятор, постоянный ток, частота вращения, синхронный двигатель, синхронная машина.

Keywords: solar battery, battery, direct current, rate speed, synchronous motor, synchronous machine, power source.

Системы возбуждения синхронных машин должны обеспечивать надежное питание обмотки ротора синхронной машины во всех режимах, в том числе и при авариях, устойчивое регулирование тока возбуждения при изменении нагрузки в пределах номинальной, достаточное быстродействие и форсирования возбуждения [2].

На обмотку возбуждения синхронной машины подается постоянный ток мощность, которой составляет от 0,3 до 3 % процентов от мощности синхронной машины, что даёт возможность использования альтернативных источников в качестве возбудителя для синхронных машин малой и средней мощности. В настоящее время для синхронных машин малой и средней мощности в качестве возбудителя применяются постоянные магниты или полупроводниковые вентильные преобразователи, у которых тоже есть определенные недостатки и преимущества [4].

На транспортных средствах генератор является основным источником электрической энергии. При работающем двигателе он обеспечивает электроэнергией все потребители и зарядку аккумуляторной батареи. В случае кратковременной перегрузки питание потребителей производится одновременно от генератора и аккумуляторной батареи. На рис.1 приведена электрическая схема генератора Г-273Аавтомобиля Камаз[5].

Рисунок 1. Электрическая схема синхронного генератора Г-273А

Синхронный генератор Г-273 А возбуждаемой от солнечной батареи показана на рис.2.

Рисунок 2. Возбуждение генератора от солнечной батареи

Экспериментальный лабораторный стенд состоит из статора 1 синхронного генератора, ротора 2, резистора 3 для регулирования тока возбуждения, аккумулятора 4, солнечной батареи 5 и контроллера 6. Параметры синхронного генератора Г-273А следующие: частота вращения n=1500 об/мин, мощность P=1500 Вт, напряжения генератора U_г=28 В, сила тока I=10А, максимальная ток I=28 А, ток возбуждения I_в=1.7—3.4 А, напряжения возбуждения от 6 до 12 В.

Для исследования синхронного генератора в различных режимах составлена компьютерная модель. Поставленная задача реализована в наглядном и эффективном средстве визуального программирования моделей – в пакете Simulink программы MATLAB. Одной из наиболее привлекательных особенностей системы MATLAB является наличие в ней наглядного и эффективного средства составления программных моделей — пакета визуального программирования Simulink [1].

Для построения модели нами использована программа MATLAB 6.5. Модель построена в следующей последовательности. Из библиотеки Simulink выбраны следующие элементы: блок синхронной машины с внешным возбуждением, солнечная батарея и аккумулятор, нагрузка с сопротивлением, измеритель тока и напряжения на нагрузке, осциллографы, а также блоки, задающие значения тока возбуждения и вращающего момента первичного двигателя. Соединив эти блоки, согласно схеме получим модель синхронного генератора с выпрямленным выходным напряжением (рис.3):

Рисунок 3. Модель синхронного генератора

Для проведения экспериментов на модели ток возбуждения генератора менялся от нуля до её номинального значения. Для этого на модели дважды нажимаем на блок устанавливающий значения тока возбуждения синхронного генератора и вводим это значения [3].

В качестве нагрузки использованы лампы накаливания, сопротивление которых указаны на модели. Значения сопротивления нагрузки устанавливается дважды нажатием на пиктограмму блока резистора и в диалоговом окне записываются значения сопротивления нагрузки в Ом.

Для проведения экспериментов на компьютерной модели задаются значения тока возбуждения и сопротивления нагрузки. Для пуска модели на панели инструментов Simulink нажимаем на Simulation-Start. При этом модель запускается, и на дисплеях отображаются текущие значения параметров генератора. Полученные значения этих параметров заносим в таблицу. В результате получим данные для построения графиков экспериментальных характеристик. Эти графики показаны на рис.4 характеристика холостого хода и рис.5. “U” – образная характеристика синхронного генератора Г-273А.

  Из графиков видно, что значение параметров полученных на реальной установке и значении на Matlab модели очень близки и погрешность не превышает 7%.

Рисунок 4. Характеристика холостого хода

Рисунок 5. “ U”- образная характеристика

Выводы:

1. Солнечные электрические панели возможно применить для возбуждения синхронных генераторов малой мощности.
2. Разработанная компьютерная Matlab-модель может применяться для проектирования и исследования различных режимов синхронных генераторов малой мощности от солнечных панелей.

Список литературы:

1. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: Уч. курс. СПб.: Питер, 2000.
2. ГлебовИ.А.Научные основы проектирования систем возбуждения синхронных машин.Наука: Ленинградское отделения, 1988. -355с.
3. Дьяконов В. П. MATLAB: Учебный курс. СПб.: Питер, 2000.
4. Пирматов Н.Б..Муминов М.У“Разработка нетрадиционной системы возбуждения синхронных машин”.Журнал “UNIVERSUM:технические науки”№4 (73), Москва 25.04.2020г.
5. Пирматов Н.Б.,МуминовМ.У.“Возбуждения синхронных генераторов автономных энергетических установок от солнечных батарей”. Материалы научно-рецензируемой онлайн конференции: “Тенденции развития физики современных полупроводников: достижения, проблемы и перспективы”, 28 май 2020 г. стр.347-351.