Россия
Цель: Целью настоящего исследования является рассмотрение вопросов проектирования высокооборотных электрогенераторов, используемых совместно с газовыми микротурбинами. Методы: Для решения поставленных задач были использованы теория электрических машин; метод конечных элементов; теория автоматического управления; методы математического анализа, математического и схемотехнического моделирования; численное моделирование на ПЭВМ с использованием программных комплексов FEMM и Matlab Simulink. Исследования проводились на экспериментальных образцах высокооборотного электрогенератора и подтверждены результатами испытаний в составе энергетического комплекса на основе газовой микротурбины в 2019 г. Результаты: Разработан комплекс научно обоснованных технических решений по проектированию высокооборотного электрогенератора с системой управления энергетического комплекса на базе микрогазовой турбины. В результате разработан и изготовлен высокооборотный электрогенератор для газовой микротурбины с мощностью 100 кВт и частотой вращения 100 000 об/мин. При проектировании выбран электрогенератор асинхронного типа с массивным ротором. Особенностью разработанной конструкции является применение пятифазной обмотки статора. Разработана система управления экспериментального образца высокооборотного электрогенератора для микро-ГТУ. Практическая значимость заключается в разработке методов и алгоритмов проектирования высокооборотного генераторного оборудования для микро-ГТУ. Выработаны рекомендации по выбору типа и конфигурации высокооборотного электрогенератора для электрического комплекса на базе микрогазовой турбины. Предложена методика расчета параметров схемы замещения высокооборотного электрогенератора, позволяющая определять параметры схемы замещения по известной конфигурации активного слоя на этапе проектирования.
Высокооборотный электрогенератор, система управления, асинхронная электрическая машина с массивным ротором, электромеханические процессы, компьютерное моделирование
1. Колпахчьян П. Г. Об одной возможности изготовления роторов высокоскоростных электрогенераторов с постоянными магнитами / П. Г. Колпахчьян, Б. Н. Лобов, И. В. Русакевич и др. // Труды X Международной конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2018: материалы докладов конференции, Новочеркасск, 03-06 октября 2018 года. - Новочеркасск: ООО «Лик», 2018. - С. 14-19.
2. Гольдберг О. Д. Проектирование электрических машин: учебник для вузов / О. Д. Гольдберг. - М.: Высшая школа, 1984. - 431 с.
3. Kolpakhchyan P. Systems Approach to the Analysis of Electromechanical Processes in the Asynchronous Traction Drive of an Electric Locomotive / P. Kolpakhchyan, A. Zarifian, A. Andruschenko // Rail Transport - Systems Approach. - 2017. - Pp. 67-134.
4. Dolinar D. Calculation of two-axis induction motor model parameters using finite elements / D. Dolinar, R. De Weerdt, R. Belmans et al. // IEEE Transactions on Energy Conversion. - 1997. - Vol. 12. - Iss. 2. - Pp. 133-142.
5. Levi E. General method of magnetising flux saturation modelling in d-q axis models of double-cage induction machines / E. Levi // IEEE Proceedings on Electric Power Applications. - 1997. - Vol. 144. - Iss. 2. - Pp. 101-109.
6. Wilow V. Electromagnetical model of an induction motor in COMSOL Multiphysics: Master’s thesis / V. Wilow // KTH, Electrical Energy Conversion. - 2014. - P. 50.
7. Nocedal J. Numerical Optimization / J. Nocedal, S. Wright // Springer Series in Operations Research and Financial Engineering. - 2nd edition. - Springer-Verlag GmbH, 2006. - 664 p.
8. Kanzow C. Levenberg - Marquardt methods with strong local convergence properties for solving nonlinear equations with convex constraints / C. Kanzow, N. Yamashita, M. Fukushima // Journal of Computational and Applied Mathematics. - 2004. - - Vol. 172. - Iss. 2. - Pp. 375-397.
9. McGuiness D. T. A performance comparison of different rotor types for high-speed induction motors / D. T. McGuiness, M. O. Gulbahce, D. A. Kocabas // 9th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ELECO). - 2015. - Pp. 584-589.
10. Williamson S. Calculation of cage induction motor equivalent circuit parameters using finite elements / S. Williamson, M. J. Robinson // IEEE Proceedings. Electric Power Applications. - 1991. - Vol. 138. - Iss. 5. - P. 264.
11. Колпахчьян П. Г. Определение параметров схемы замещения асинхронной электрической машины с массивным ротором / П. Г. Колпахчьян, М. С. Подберезная, Д. В. Ольховатов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 2019. - Т. 62. - № 5. - С. 31-36. - DOI:https://doi.org/10.17213/0136-3360-2019-5-31-36.
12. Jouili M. Luenberger state observer for speed sensorless ISFOC induction motor drives / M. Jouili, K. Jarray, Ya. Koubaa et al. // Electric Power Systems Research. - 2012. - Vol. 89. - Pp. 139-147. - URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378779612000648 (дата обращения: 27.12.2019).
13. Zhang Y. A comparative study of Luenberger observer, sliding mode observer and extended Kalman filter for sensorless vector control of induction motor drives / Y. Zhang, Z. Zhao, T. Lu et al. // IEEE Energy Conversion Congress and Exposition. - 2009. - Pp. 2466-2473.
14. Messaoudi M. MRAS and Luenberger Observer Based Sensorless Indirect Vector Control of Induction Motors / M. Messaoudi, S. Lassaad, B. Mouna et al. // Asian Journal of Information Technology. - 2008. - Vol. 7. - Pp. 232-239.
15. Tiwari V. Sensorless speed control of induction motor drive using extended Kalman filter observer / V. Tiwari, S. Das, A. Pal // 2017 IEEE PES Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC). - 2017. - Pp. 1-6.
16. Basheer O. Flux and Speed Estimation of Induction Motors using Extended Kalman Filter / O. Basheer, M. Obaid // International Journal of Computer Applications. - 2018. - Vol. 181. - Pp. 27-31.
17. Alonge F. Sensorless Control of Induction-Motor Drive Based on Robust Kalman Filter and Adaptive Speed Estimation / F. Alonge, F. D’Ippolito, A. Sferlazza // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 2014. - Vol. 61. - Pp. 1444-1453.
18. Rumzi N. High performance direct torque control induction motor drive utilising TMS320C31 digital signal processor / N. Rumzi // Digital Signal Processing Solutions, 22.04.2000.
19. Kolpakhchyan P. G. High-Speed Induction Motor State Observer Based on an Extended Kalman Filter / P. G. Kolpakhchyan, A. E. Kochin, B. N. Lobov et al. // Advances in Intelligent Systems and Computing. - 2020. - Vol. 1156. - Pp. 633-644. - DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-030-50097-9_65.
