Математическая модель синхронного генератора с независимыми фазами

Математическая модель синхронного генератора с независимыми фазами

Аннотация: В статье представлена опытная модель генератора с независимой схемой включения фазных обмоток. Представлены результаты проведенных экспериментальных исследований синхронных автомобильных генераторов со схемой соединения фазных обмоток "треугольник" и независимой схемой соединения фаз. Представлены графические зависимости характеристик холостого хода на малых частотах вращения генератора и токоскоростных характеристик. Представлена математическая модель синхронного генератора с независимой схемой включения фазных обмоток. Представлена зависимость расхождения расчетных данных и эксперимент.

Ключевые слова: автомобильный генератор, электрооборудование автомобиля, синхронный генератор характеристики, модель синхронного генератора

Синхронный генератор фазный вращение

В Тольяттинском государственном университете был разработан автомобильный синхронный генератор с независимым включением фаз. За основу разработки был взят синхронный автомобильный генератор 9402.3701-06 производства завода КЗАТЭ со схемой соединения фазных обмоток "треугольник-Ларионова". Возникающий технологический разброс характеристик фазных обмоток генератора существенен, в результате чего, возникает уравнивающая ЕДС, с током, который соизмерим с фазным током обмотки генератора.

В результате проведенных исследований различных компоновок, схем соединения, а также выпрямительных схем, пришли к выводу о необходимости использования независимой схемы включения фазных обмоток генератора и применения полномостовой выпрямительной схемы. Проведя выбор элементной базы, основываясь на ранее проведенных изысканиях, в Тольяттинском государственном университете была разработана опытная модель синхронного автомобильного генератора с независимой схемой соединения фазных обмоток, представленная на рис.1.

Рис.1. Опытная модель генератора с независимым включением фаз.

Особенностью данного генератора является использование ротора с модернизированной магнитной системой с использованием постоянных магнитов высокой мощности. Были выбраны магниты постоянные на основе неодим-железо-бор, поскольку магниты данной группы имеют самое высокое значение коэрцитивной силы для требуемого диапазона рабочих температур от -60 до +120 градусов Цельсия.

Исследования опытной модели генератора проводились, с использования методов планирования экспериментальных исследований.

График зависимости напряжения холостого хода генератора со схемой соединения фаз "треугольник-Ларионова" и схемой независимого соединения фаз с полномостовой схемой выпрямительного блока, от частоты вращения на малых частотах вращения от 500 об/мин до 2000 об/мин представлены на рис.2.

Отличительной особенностью характерных графиков является то, что при частотах вращения начиная с 1300 об/мин в опытной модели генератора идет значительное повышение напряжения холостого хода. В режиме холостого хода ЭДС в мосту с наибольшей на данном отрезке большого периода ЭДС обратносмещает (закрывает) диоды в мостах с меньшими на данном отрезке большого периода ЭДС. Эквивалентное внутреннее активное сопротивление при этом равно активному сопротивлению одного моста (одной обмотки) 3R.

Рис.2. Сравнительная характеристика напряжения холостого хода на малых частотах вращения генератора со схемой "треугольник" и независимой схемой включения фаз.

Сравнительная токоскоростная характеристика генераторов КЗАТЭ 9402.3701-06 со схемой соединения фаз "треугольник" и генератора с независимой схемой включения фаз на малых частотах вращения представлена на рис.3.

Рис.3. Сравнительная токоскоростная характеристика генераторов КЗАТЭ 9402.3701-06 и генератора с независимой схемой включения фаз

Снятие токоскоростных характеристик проводилось ни использовании реостатного регулирования тока возбуждения генераторов и постоянной нагрузке 0,4 Ом на малых частотах вращения. При увеличении нагрузки (уменьшении RN) появляются и увеличиваются отрезки периода на которых два моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода при этом равно сопротивлению двух параллельных мостов 3R/2 = 1,5R. При дальнейшем увеличении нагрузки появляются и существенно увеличиваются отрезки периода на которых все три моста работают на нагрузку параллельно, эквивалентное внутреннее активное сопротивление на этих отрезках периода равно сопротивлению трех параллельных мостов R. В режиме короткого замыкания все три параллельных моста работают на нагрузку, но полезная мощность в этом режиме равна нулю. Из этого следует, что с учетом разницы величин ЭДС (квадратный корень из трех), эквивалентное внутреннее активное сопротивление (и потери в меди) выпрямителя "три параллельных моста" получается меньше, чем в выпрямителе "треугольник-Ларионов". Из-за меньшего эквивалентного внутреннего активного сопротивления в выпрямителе "три параллельных полных моста" при независимом соединении фазных обмоток, нагрузочные характеристики этих двух выпрямителей получаются разными.

В результате проведенных экспериментальных исследований авторы пришли к выводу, что наибольшее влияние, на малых частотах вращения синхронного генератора, имеют такие параметры как величина сопротивления нагрузки, частота вращения ротора генератора и индуктивная составляющая нагрузки.

Для получения математической модели использовались центральные композиционные ротабельные планы второго порядка. С получением полинома в виде:

В качестве искомого параметра принимался ток нагрузки генератора IN. Уравнение регрессии имеет вид:

При построении полинома использовались методы Стьюдента, Фишера, критерий Кохрена. Характеристические коэффициенты полинома оценивались по значимости, отбрасывались малозначимые.

График приведенной теоретической и экспериментальной токосоростной характеристики синхронного генератора с независимым соединением фазных обмоток при малых частотах вращения представлен на рис.4.

Рис.4. График теоретической и экспериментальной токоскоростной характеристики генератора с независимым соединением фазных обмоток на малых частотах вращения

Таким образом, в качестве заключения и выводов можно отметить следующие:

По свойствам полученный генератор относится ближе к источникам тока.

Может практически полностью заменить собой основные модели автомобильных генераторов применяющихся в настоящее время.

При его использовании уменьшаются потери в меди и уменьшается нагрев фазных обмоток.

За счет применения схемы независимого соединения фазных обмоток и полномостовой схемы выпрямительного блока надежность генератора значительно повышается.

За счет повышенной токоотдачи и снижения потерь в фазных обмотках и выпрямительном блоке повышается его эффективность на 14%.

Математическая модель в виде полинома практически полностью совпадает с экспериментальными характеристиками генератора на малых частотах вращения.

Список литературы

Акимов С. В., Боровских Ю. И., Чижков Ю. П. Электрическое и электронное оборудование автомобилей. - М. :Машиностроение, 1988.-276 с.

Чижков Ю. П., Акимов С. В.Электрооборудование автомобилей. Учебник для ВУЗов.- М.:Издательство "За рулем",2003.-384 с., ил.

Ютт В. Е. Электрооборудование автомобилей. - М.: Транспорт, 2001.- 287 с., ил.

Похожие статьи

• Математическая модель обобщенного электромеханического преобразователя - Математическое моделирование в электромеханике

  В воздушном зазоре электрических машин всегда, наряду с основной гармонической составляющей вращающегося магнитного поля, присутствуют гармонические...

• Тепловая модель МК, Выводы - Математическая модель блока управления приводами автоматики космического корабля нового поколения

  МК (рисунки 6 и 7) представляет собой ПУ включающий в себя мостовую схему управления электродвигателем с элементами управления ключами моста, токовые...

• Получение дискретной математической модели объекта - Моделирование математической модели теплообменника

  Z -преобразование является одним из математических методов, разработанных для анализа и проектирования дискретных систем. Аппарат Z -преобразования...

• Непараметрическая неопределенность, Аддитивная неопределенность, Дробно-рациональная неопределенность, Мультипликативная неопределенность - Математические модели неопределенностей систем управления и методы, используемые для их исследования

  В большинстве случаев структурная неопределенность вызвана неполнотой знания аналитической структуры уравнений модели объекта управления. При не...

• Требования, предъявляемые к моделям, Основные этапы математического моделирования - Математическое моделирование в менеджменте и маркетинге

  1. Универсальность - характеризует полноту отображения моделью изучаемых свойств реального объекта. 2. Адекватность - способность отражать нужные...

• Универсальность моделей, Прямая и обратная задачи математического моделирования - Экономико-математическая детерминированная модель

  Важнейшие математические модели обычно обладают важным свойством Универсальности : принципиально разные реальные явления могут описываться одной и той же...

• Анализ методов управления приводами автоматики, Уровень науки и техники - Математическая модель блока управления приводами автоматики космического корабля нового поколения

  Уровень науки и техники Надежность средств, с помощью которых человек достигает космоса высокая, но не идеальна. РН -- сложная конструкция, и даже в...

• Теоретическое обоснование математического моделирования - Математические методы и модели в экономике

  Коммерческая деятельность в том или ином виде сводится к решению таких задач: как распорядиться имеющимися ресурсами для достижения наибольшей выгоды или...

• Характеристика моделей календарного планирования - Особенности математического моделирования задач, связанных с календарным планированием производственных процессов

  Как и каждый достаточно ярко выраженный класс экономико-математических моделей, совокупность моделей календарного планирования обладает рядом...

• Методика управления ЭМП ПТДУ. Разработка математической модели, Разработка электрической схемы (выбор элементной базы, обоснование выбора) - Математическая модель блока управления приводами автоматики космического корабля нового поколения

  Разработка электрической схемы (выбор элементной базы, обоснование выбора) Рисунок 2- Функциональная схема блока управления Для обеспечения требований...

• Латиноамериканская модель глобального развития - Математическое и компьютерное моделирование в естествознании

  В 1974г. группа аргентинских ученых во главе с профессором А. Эррерой получила предварительные результаты работы над латиноамериканской моделью...

• Математическая модель с учетом дополнительных условий, Математическая модель транспортной задачи - Методика решения задачи целочисленного программирования

  Вводим дополнительные ограничения в модель: А) продукция типа 1 выпускается только в том случае, если разрешен выпуск хотя бы одного типа продукции: 2 и...

• Классификация математических моделей - Построение и классификация математических моделей

  К классификации математических моделей разные авторы подходят по-своему, положив в основу классификации различные принципы. Можно классифицировать...

• Заключение, Список использованной литературы - Моделирование математической модели теплообменника

  В данной курсовой работе была получена математическая модель теплообменника в виде дифференциальных уравнений. Также была получена передаточная функция...

• Получение переходной функции объекта по его передаточным функциям - Моделирование математической модели теплообменника

  Выделим случай, когда входной сигнал X ( T ) является элементарной функцией 1( T ). Реакцию системы на воздействие 1( T ) можно компактно: [1] Где...

• Введение, Физическая модель, Математическая модель - Изучение распределения температуры в тонком цилиндрическом стержне

  В решении любой прикладной задачи можно выделить три основных этапа: - Построение математической модели исследуемого объекта - Выбор способа и алгоритма...

• Получение передаточной функции объекта по заданным динамическим каналам, Получение математической модели в виде переменных пространства состояний - Моделирование математической модели теплообменника

  Уравнение динамики теплообменника: Передаточные функции объекта получим по его уравнению динамики. Для этого запишем уравнение по заданному каналу. Затем...

• Устойчивость выводов в математической модели - Модели оптимального плана управления запасами

  Вполне ясно, что рассматриваемая классическая модель управления запасами, как и любые иные экономико-математические модели конкретных экономических...

• Выводы, Список литературы - Разработка математической модели оптимизации графиков занятости при многосменной организации труда и реализация ее в MS EXEL

  В статье разработана и приведена математическая модель задачи оптимизации количества персонала предприятий, работающих посменно и с разным графиком...

• Описание математических моделей электрических машин в статическом и динамическом режиме - Математическое моделирование в электромеханике

  Любой электромеханический преобразователь можно рассматривать в установившемся и динамическом режиме. Модель в установившемся режиме, по сути, является...

• Введение - Математическая модель блока управления приводами автоматики космического корабля нового поколения

  С началом пилотируемого освоения космоса возникла задача обеспечения безопасности человека и возвращения его на Землю. Основная опасность грозила...

• Математическая модель задачи оптимизации графика занятости при многосменной организации труда - Разработка математической модели оптимизации графиков занятости при многосменной организации труда и реализация ее в MS EXEL

  На основании вышеприведенных обозначений сформулируем математическую модель задачи оптимизации графиков занятости работников с многосменной организацией...

• Двумерная математическая модель жидкости водоема с учетом наличия на поверхности ледяной пластины

  Введение В данной работе рассматривается численная модель движения в двумерных (в вертикальной плоскости) водоемах. Математическая модель основана на...

• Математическое моделирование процесса запаздывания нарастания мощности автономного источника энергии от мощности потребителя

  Математическое моделирование процесса запаздывания нарастания мощности автономного источника энергии от мощности потребителя Сегодня существует...

• Пример решения задачи симплекс-методом, Условие задачи - Математические методы и модели в экономике

  Рассмотрим алгоритм симплексного метода на примере решения задачи планирования товарооборота предприятия торговли. Требуется определить оптимальную...

• Реализация модели оптимизации графика занятости в MS Excel - Разработка математической модели оптимизации графиков занятости при многосменной организации труда и реализация ее в MS EXEL

  Реализуем математическую модель (2) (6) в MS Excel. Для этой цели построим таблицы исходных данных задачи по расчету оптимального графика занятости при...

• ВВЕДЕНИЕ - Математическая модель роста экономики Краснодарского края

  В наше время математическое моделирование используется во всех отраслях науки. В своей дипломной работе, с помощью математического моделирования, я...

• Анализ результатов математического моделирования - Математическая модель блока управления приводами автоматики космического корабля нового поколения

  На основании проведенного моделирования можно сделать выводы: - происходящие тепловые процессы скоротечны и не приводят к перегреву конструкции блока...

• Задание №1, Объем выпуска продукции Y зависит от количества вложенного труда x как функция, Задание №2, Даны зависимости спроса D=200-2p и предложения S=100+3p от цены., Задание №3, Найти решение матричной игры (оптимальные стратегии и цену игры) . - Математические модели в экономике

  Объем выпуска продукции Y зависит от количества вложенного труда x как функция . Цена продукции v, зарплата p. Другие издержки не учитываются. Найти...

• Экспериментальные исследования математической модел блока управления, Исследование тепловых режимов с помощью математической модели - Математическая модель блока управления приводами автоматики космического корабля нового поколения

  Исследование тепловых режимов с помощью математической модели При запуске любого электродвигателя возникает ток превышающий номинальный ток в рабочем...

• Определение коэффициентов передаточной функции по заданным динамическим каналам методом площадей. Сравнение расчетной и аналитической функции (экспериментальной) - Моделирование математической модели теплообменника

  В основе метода площадей лежит предположение, что объект может быть описан линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами, а его...

• Разработка топологической математической модели блока управления - Математическая модель блока управления приводами автоматики космического корабля нового поколения

  Для определения и проведения экспериментальных исследований Тепловых режимов ЭРИ, разработаем топологическую математическую модель блока управления...

• Методы исследования математических моделей - Математическое моделирование в менеджменте и маркетинге

  Все методы математического моделирования можно разделить на четыре класса: -аналитические (априорные); -имитационные (априорно-апостериорные) модели;...

• Неопределенность цели - Математические модели неопределенностей систем управления и методы, используемые для их исследования

  При управлении подвижными объектами (такими, например, как мобильные роботы, подводные аппараты и т. п.) часто имеет место неопределенность цели, когда...

• Разработка математической модели объекта в виде д. у. и их системы - Моделирование математической модели теплообменника

  Необходимо составить математическое описание теплообменника, в котором жидкий продукт нагревается насыщенным водяным паром (расход, кг/с), до температуры...

• Введение - Моделирование математической модели теплообменника

  Математический динамический модель канал Качественные и количественные изменения в промышленности, науке и технике составляют основу для значительного...

• Нестационарная неопределенность, Нелинейная неопределенность, Неопределенность внешних условий - Математические модели неопределенностей систем управления и методы, используемые для их исследования

  Модель "вход - выход" для нестационарной системы управления можно представить в следующем виде [2] . Где коэффициенты матриц возмущения и ограничены...

• Классификация моделей - Математическое моделирование в менеджменте и маркетинге

  Классифицировать модели можно по разным критериям. Например, по характеру решаемых проблем модели могут быть разделены на функциональные и структурные. В...

• Общая математическая модель динамики маркетинговых исследований - Эконометрические модели маркетинговой деятельности на предприятии

  Маркетинговое исследование представляет собой системный сбор, обработку и анализ всех аспектов процесса маркетинга: продукта, его рынка, каналов...

• Классификация математических моделей - Математическое моделирование в менеджменте и маркетинге

  Математические модели могут быть Детерменированными и Стохастическими . Детерменированные модели - это модели, в которых установлено взаимно-однозначное...

Математическая модель синхронного генератора с независимыми фазами

Предыдущая | Следующая