Традиционно в качестве источников электроэнергии используются синхронные генераторы. С появлением транзисторных модулей большой мощности расширились перспективы применения источников электроэнергии с асинхронными генераторами.

Автономные системы с асинхронными генераторами, двигателями, транзисторными выпрямителями и инверторами могут использоваться на тепловозах, самосвалах большой грузоподъемности, на судах.

Структурная схема такой установки в простейшем ее исполнении представлена на рис. 1.



Структурная схема системы с асинхронным генератором, транзисторным преобразователем и асинхронным двигателем


На рис. 1 представлена схема системы с асинхронным генератором. В нормальном режиме работы энергия передается от дизеля к нагрузке через асинхронный генератор АГ, транзисторный выпрямитель ТВ, транзисторный инвертор ТИ и асинхронный двигатель АД. К цепи выпрямленного напряжения подключена аккумуляторная батарея АБ с широтно-импульсным преобразователем. В систему управления СУ поступают сигналы по выпрямленному напряжению Ud, токам выпрямителя Ia1 и Ic1 и инвертора Ia2, Ic2. Система управления формирует управляющие воздействия в виде импульсов управления выпрямителем ИУВ, инвертором ИУИ, широтно-импульсным преобразователем ИУЗ.
Рассматриваемая установка обладает следующими особенностями.

Аккумуляторная батарея, транзисторный выпрямитель и асинхронный генератор могут выполнять функции стартера или пускового устройства, что важно при использовании в качестве первичного двигателя дизеля или газовой турбины. Для повышения ресурса первичного двигателя и повышения КПД системы возможно регулирование частоты вращения асинхронного генератора в широком диапазоне при стабилизации выпрямленного напряжения на постоянном уровне. Изменение частоты вращения генератора не влияет на кратности перегрузок асинхронного двигателя в зоне низких частот вращения. Эта особенность важна для тяговых установок, для систем с большим моментом трогания двигателей.

Перегрузки асинхронного двигателя по вращающему моменту в зоне низких частот связаны с перегрузками только по току только инвертора. При этом нагрузка выпрямителя и генератора обычно не превышает номинальной. Зарядка и подзарядка аккумуляторной батареи могут осуществляться независимо от режима работы генератора и двигателя, в том числе одновременно с выполнением ими основных функций.

В системе возможна рекуперация энергии, возможно накопление рекуперируемой энергии во вращающихся массах первичного двигателя. При использовании аккумуляторной батареи достаточной мощности возможна работа двигателя от аккумуляторной батареи при остановленном генераторе. При отключенном генераторе возможно создание с помощью транзисторного выпрямителя стабилизированной сети переменного напряжения с питанием ее от аккумуляторной батареи.

Установки с асинхронными генераторами по сравнению с аналогичными системами с синхронными генераторами имеют также некоторые другие преимущества. Во-первых, асинхронный генератор имеет простейшую конструкцию и не содержит скользящих угольных контактов. Это обеспечивает надежность машины и другого электрооборудования, так как генератор не выделяет в окружающую среду токопроводящую угольную пыль. Во-вторых, не требуется применение специального возбудителя и связанного с ним дополнительного оборудования. В-третьих, асинхронные генераторы обладают большей пожаробезопасностью, чем синхронные генераторы. При коротких замыканиях их магнитный поток затухает достаточно быстро и исчезает основная причина возможного возгорания.

Токи короткого замыкания асинхронных генераторов меньше, а требования к коммутационной аппаратуре и ко многим другим элементам системы ниже. При резком сбросе нагрузки синхронных генераторов возможно значительное увеличение их напряжения (до 40 %). В установках с асинхронными генераторами этот недостаток отсутствует и требования к элементам системы по напряжению также ниже.



На рис. 2 представлена диаграмма токов, напряжений и других переменных системы с асинхронным генератором и транзисторным преобразователем в основных режимах работы.



Параметры системы с асинхронным генератором и транзисторным преобразователем в основных режимах работы.

На рис. 2 изображены:

* магнитный поток асинхронного генератора - Фаг;
* электромагнитный момент асинхронного генератора - Мэм;
* вращающий момент первичного двигателя - Мпд;
* частота вращения асинхронного генератора - n;
* фазный ток асинхронного генератора - Iаг;
* выпрямленное напряжение транзисторного преобразователя — Ud;
* ток аккумуляторной батареи - Iаб;
* мощность в звене выпрямленного напряжения транзисторного преобразователя — Pd.

В соответствии с рисунком в рассматриваемой системе перед включением транзисторного преобразователя разгон асинхронного генератора осуществляется первичным двигателем. Затем включается в работу аккумуляторная батарея и транзисторный выпрямитель. Транзисторный выпрямитель, работая в режиме широтно-импульсной модуляции, обеспечивает увеличение магнитного потока асинхронного генератора Фаг до заданного уровня, а также обеспечивает стабилизацию выпрямленного напряжения Ud. Система управления установки построена таким образом, что при снижении мощности в звене постоянного тока Pd пропорционально снижается частота вращения первичного двигателя n. На рис. 2 процесс перехода на пониженную частоту вращения асинхронного генератора начинается в момент времени t=2.7 c. В момент времени t=4.6 с восстанавливается работа системы с номинальной частотой вращения генератора.