Diseño de Grupos Electrógenos de Gasolina Monofásicos y Trifásicos

En la actualidad, es común que los instrumentos y equipos de nuestro equipamiento militar utilicen una combinación de electricidad monofásica y trifásica. Los grupos electrógenos de CA monofásicos o trifásicos ordinarios no pueden satisfacer bien las necesidades, y un solo grupo electrógeno no puede suministrar energía a equipos trifásicos. La capacidad de carga monofásica de las unidades trifásicas es pobre, y en caso de un gran desequilibrio de carga trifásica, el voltaje trifásico también está extremadamente desequilibrado, lo que amenaza seriamente el uso seguro de equipos eléctricos y grupos electrógenos. Para satisfacer las necesidades especiales del ejército, hemos diseñado generadores de gasolina monofásicos y trifásicos equipados con grupos electrógenos de gasolina, que cumplen los requisitos de uso mixto de monofásico y trifásico en el ejército y minimizan el desequilibrio del voltaje trifásico, para que todos los aparatos eléctricos puedan utilizarse de forma segura y fiable. A continuación, se presenta una introducción al diseño de varios indicadores de rendimiento para los grupos electrógenos monofásicos y trifásicos de 8 kW que han superado la evaluación técnica.

El principio de funcionamiento se basa en las necesidades especiales de los generadores síncronos de CA monofásicos y trifásicos. Adoptamos un método de excitación de derivación reactiva de alto rendimiento y estructura simple, como se muestra en el esquema eléctrico.

Diagrama esquemático eléctrico del generador síncrono de CA monofásico y trifásico. El estator del generador está empotrado con un conjunto de devanado principal y un conjunto de devanado auxiliar. El devanado principal emite energía de CA trifásica y energía de CA monofásica. El extremo de cola de cada devanado de fase está conectado al punto medio M del reactor de derivación trifásico, y el extremo de cabeza es el extremo de salida. El extremo de cabeza del devanado auxiliar está conectado a un extremo d de cada fase del reactor, y el extremo de cola está conectado al puente rectificador trifásico. El otro extremo d2 de cada devanado de fase del reactor se conecta juntos como el punto medio y se sincroniza hacia afuera. Cuando la velocidad alcanza el valor nominal, debido al magnetismo residual en el rotor, se induce un voltaje en el devanado auxiliar y se proporciona una corriente de excitación de 4 (componente de voltaje) al devanado de excitación del rotor para mejorar el flujo magnético. Esto continúa. Bajando, el motor puede autoexcitarse y establecer rápidamente un voltaje sin carga. Cuando está cargado, confiando en la derivación de corriente de carga del reactor, una parte de la corriente se convierte en la corriente de excitación // i (componente de corriente) que se desvía al devanado de excitación, compensando los efectos de desmagnetización y caída de voltaje de la carga del generador, de modo que la corriente de excitación del rotor se ajusta automáticamente con el cambio de la carga, logrando el efecto de voltaje terminal constante.

El cálculo de diseño de generadores síncronos de CA monofásicos y trifásicos es el mismo que el de los generadores síncronos de CA flexibles, pero se debe prestar atención a la coordinación de los parámetros monofásicos y trifásicos y al equilibrio de los indicadores de rendimiento. Por lo tanto, se deben tener en cuenta los siguientes puntos.

Debido a que este motor se utiliza principalmente junto con un refugio, existen requisitos estrictos para su volumen, peso y otros indicadores. Por lo tanto, el diseño del bobinado del estator del motor debe organizarse de manera razonable, en un espacio limitado, para maximizar la salida del motor. Al mismo tiempo, el coeficiente de inductancia mutua entre las fases es pequeño para reducir el desequilibrio de voltaje trifásico durante la operación. El método más simple y directo es diseñar los bobinados monofásicos y trifásicos como conjuntos de bobinados independientes, pero esto inevitablemente aumentará el tamaño y el peso del motor, y la operación durante el funcionamiento también será más complicada, y será imposible lograr el uso mixto de monofásico y trifásico.

La solución ideal es diseñar un devanado monofásico con la misma potencia de salida para una fase basándose en un generador trifásico, permitiendo que esa fase soporte cargas monofásicas. Esto no solo ahorra materiales, sino que también se ajusta a la situación de uso real.

Opción 1: Ver para el sistema de bobinado del generador. La bobina del estator está equipada con dos conjuntos de bobinados de fase locales, un conjunto conectado como un bobinado trifásico y el otro conjunto conectado en serie como la fase con menos vueltas en los bobinados monofásicos y trifásicos.

Este es un arreglo de bobinado convencional. Después de la producción de prueba y las pruebas relacionadas, se encontraron dos deficiencias. En primer lugar, debido a que algunas bobinas en el bobinado monofásico están en fase espacial con las otras dos fases, el coeficiente de inductancia mutua entre fases es alto durante el funcionamiento del motor; En segundo lugar, el proceso de incrustación de alambre es complejo, con algunas ranuras que albergan cuatro tipos de bobinados. La Tabla 1 indica el número de vueltas en el lado primario de las fases U, V y W, 584858, y el número de vueltas en el lado negativo, 196153196. La Tabla 2 muestra el estándar medido para una excelente consistencia eléctrica/mecánica en estado estacionario de tres copas. Esquema 2: Ver el sistema de bobinado del generador. La bobina del estator está equipada con un solo juego de bobinados trifásicos, con un bobinado de fase que tiene el doble de vueltas que las otras dos fases, sirviendo como un bobinado monofásico. De esta manera, el arreglo de bobinado es relativamente ordenado y regular. Debido a que el bobinado monofásico y las otras dos fases están en fase espacial, el coeficiente de inductancia mutua entre fases es pequeño. Cuando el generador opera en un estado desequilibrado, el desequilibrio de voltaje trifásico se reduce. Excepto por un gran número de vueltas en una fase, el bobinado es completamente el mismo que el de un generador síncrono de CA trifásico. El proceso de incrustación de alambre es simple y el aislamiento es fácil de manejar. En comparación con el esquema 1, puede ahorrar aproximadamente un 15% de material de cobre y reducir la tasa de llenado de ranura de algunas ranuras en aproximadamente un 10%. El esquema ha sido verificado como ideal a través de experimentos.

Este generador adopta el método de excitación por derivación de reactancia, que tiene una estructura simple y un rendimiento excelente. Sin embargo, el coeficiente de rectificación del grupo de puentes y la reacción del inducido son diferentes durante la operación monofásica y trifásica del motor, como seguir completamente.

El diseño trifásico resulta en una potencia de excitación insuficiente durante la operación monofásica; si se diseña completamente como un sistema monofásico, cuando el sistema trifásico está esperando operar, si el voltaje de la carga resistiva es demasiado alto, se deben tomar medidas de equilibrio coordinado. El método que adoptamos es diseñar el reactor como un reactor desequilibrado, con los parámetros de devanado en ambos lados del reactor diseñados como un motor trifásico y el devanado de fase media diseñado como un motor monofásico. Esto no solo cumple con los requisitos de los generadores monofásicos y trifásicos, sino que también reduce el desequilibrio de voltaje durante la operación desequilibrada del motor. Los datos específicos se muestran en la Tabla 1. Para mejorar la adaptabilidad del proceso del motor, mejorar la precisión de la regulación de voltaje del motor y reducir la desviación del voltaje en estado frío y caliente, hemos agregado un regulador de voltaje automático al sistema de excitación. Dado que este motor requiere operación monofásica y trifásica, la señal de medición solo puede tomar el voltaje de fase monofásico, que tiene un alto contenido de armónicos (incluidos subarmónicos), especialmente durante la operación monofásica, lo que resulta en una baja precisión de regulación de voltaje del regulador, generalmente solo alcanzando del 7% al 10%, lo que no cumple con los requisitos técnicos. Por lo tanto, se deben agregar dispositivos de compensación. Sin embargo, debido a los cambios significativos en la corriente durante la operación monofásica y trifásica, el uso de la corriente de carga como señal de retroalimentación no es adecuado. Solo el voltaje de excitación del motor puede usarse como señal de retroalimentación. En el circuito de medición del regulador de voltaje monofásico, hemos agregado una señal de retroalimentación que refleja la magnitud del voltaje de excitación, que está aislada por optoacopladores y cumple con los requisitos. El circuito específico se muestra en.

El prototipo ha sido sometido a pruebas en regiones frías y calientes, de fiabilidad y uso militar, y ha sido probado por el Centro Nacional de Inspección de Calidad de Estaciones de Energía de Motores de Combustión Interna. Todos los indicadores de rendimiento han cumplido los requisitos de diseño. Los indicadores específicos y las calificaciones de calidad se muestran en la Tabla 2. Los grupos electrógenos de gasolina monofásicos y trifásicos pueden emitir energía de CA monofásica y trifásica por separado o simultáneamente. El uso mixto de equipos eléctricos monofásicos y trifásicos no solo existe en el ámbito militar, sino también en lugares civiles como obras de construcción. Su exitoso desarrollo ha llenado un vacío en China y tiene un amplio valor de promoción. Actualmente, se ha adaptado a más de 500 vehículos de ingeniería y otros productos. Sus funciones únicas satisfacen en gran medida las necesidades del uso militar y son muy bien recibidas por las tropas.