Работа посвящена моделированию турбогенератора с бесконтактным возбуждением.

Актуальность темы обусловлена необходимость обеспечить надежную работу турбогенератора заменой щеточного аппарата бесконтактным устройством.

Целью работы является определение основных характеристик турбогенератора электронным моделированием. Для достижения цели составлена модель синхронной машины с применением бесконтактного питания возбуждения; определены внешняя и рабочая характеристики турбогенератора; оценено влияние бесконтактного питания на работу машины.

Для бесконтактного возбуждения применена индуктивная связь между неподвижным источником энергии и вращающейся обмоткой якоря. Ток от источника переменного напряжения проходит через неподвижную обмотку, индуктивно связанную с обмоткой, расположенной на валу турбогенератора. В последней индуктируется ЭДС, которая выпрямляется и подводится к обмотке возбуждения синхронной машины. Эта система смоделирована с помощью пакета Matlab – Simulink.

Модель турбогенератора состоит из синхронной машины – турбогенератора Simplifier Synchronous и трехфазной нагрузки – 3-Phase Load. Для бесконтактной подачи напряжения на обмотку возбуждения используется источник синусоидального напряжения AC Voltage Source, трансформатор Linear Transformer, выпрямитель из диодов. Для измерения контролируемых параметров применены штатные измерительные блоки Simulink.

На вход блока машины задаются момент вращения турбины и ЭДС возбуждения. Учитывается влияние регуляторов скорости турбины при изменении мощности нагрузки.

В эксперименте варьировалась мощность нагрузки, контролировалось напряжение статора и мощность турбогенератора.

На рисунке представлены характеристики турбогенератора, полученные моделированием. На графиках обозначены U1 и Pe– выходное напряжение и электромагнитная мощность генератора, E – напряжение на обмотке возбуждения, `U=U1/ U1max,`I=I1/I1max, Pg – активная мощность генератора.

Из графиков видно, что с увеличением возбуждения линейно возрастает выходное на пряжение турбогенератора – так же, как это происходит в контактных машина. Электромагнитная мощность возрастает нелинейно, что объясняется квадратичной зависимостью ее от напряжения.

При увеличении мощности нагрузки возрастает коэффициент мощности и несколько снижается напряжение генератора. Это объясняется наличием собственного активного и индуктивного сопротивлений генератора и происходит так же, как в контактных машинах.

Из сказанного делаются выводы:

• полученные зависимости не противоречат теории электрических машин;

• бесконтактное питание обмотки возбуждения не вносит заметных изменений в характеристики турбогенератора и может быть использовано для повышения надежности его работы;

• виртуальная модель синхронной машины с бесконтактным питанием обмотки возбуждения адекватна реальному турбогенератору и может быть использована для исследования его характеристик.