Копчак, Богдан ЛюбомировичЛесюк, Христина ЯрославівнаLesiuk, Khrystyna Yaroslavivna2025-01-2920242024Лесюк Х. Я. Розроблення та дослідження в MATLAB моделі автономного асинхронного генератора з фазним ротором та самозбудженням для вітрової установки : кваліфікаційна робота на здобуття освітнього ступеня магістр за спеціальністю „8.141.00.11 — Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка“ / Христина Ярославівна Лесюк. — Львів, 2024. — 91 с.https://ena.lpnu.ua/handle/ntb/63093Асинхронні генератори з фазним ротором знайшли широке застосування у вітрових установках завдяки їхній простоті, надійності та здатності ефективно працювати за змінних умов навантаження та швидкості вітру. Вони забезпечують високу гнучкість у роботі системи та дозволяють ефективно перетворювати енергію вітру в електричну. Асинхронні генератори з фазним ротором відрізняються від генераторів із короткозамкненим ротором наявністю обмоток на роторі, підключених через контактні кільця до зовнішніх резисторів або перетворювачів енергії. Це дозволяє: керувати струмом ротора ? регулювання зовнішнього опору чи використання перетворювачів частоти забезпечує оптимізацію вироблення енергії навіть при низькій швидкості вітру; поліпшити пускові характеристики ? генератор легко запускається з нуля, що є важливим для низькошвидкісних вітрових турбін; забезпечити стабільність напруги ? завдяки регулюванню потоків енергії через фазний ротор генератор здатен підтримувати стабільну напругу навіть за змінних навантажень. Також це дозволяє забезпечити гнучкість у роботі з змінною швидкістю ? генератори з фазним ротором добре пристосовані для роботи у вітрових турбінах із змінною швидкістю. Вони дозволяють працювати в широкому діапазоні швидкостей, зберігаючи високу ефективність генерації. Також забезпечується мінімізація втрат енергії ? зовнішній регулятор енергії ротора дозволяє зменшити механічні та електричні втрати в системі, збільшуючи загальну ефективність. Додатково появляється здатність до регулювання реактивної потужності ? це особливо важливо для стабільної роботи енергосистеми, оскільки вітрові установки часто підключаються до мереж із високими вимогами до якості енергії. Таке рішення забезпечує надійність та низькі витрати на обслуговування ? завдяки простій конструкції і відсутності складних компонентів, асинхронні генератори з фазним ротором відрізняються високою довговічністю і не вимагають значних ресурсів для обслуговування. Асинхронні генератори з фазним ротором часто використовуються у вітрових турбінах середнього розміру. Їхня здатність працювати при змінній швидкості робить їх популярними в умовах нестабільних вітрових потоків. У поєднанні з перетворювачами енергії вони дозволяють ефективно інтегрувати вітрову установку в електромережу. Завдяки використанню елементів регулювання, таких як статичні компенсатори або батареї конденсаторів, забезпечується стабільність роботи навіть при швидких змінах вітру або споживання енергії. В першому розділі пояснювальної записки розглянуто аналіз регулювання напруги автономного джерела енергії на основі асинхронного генератора з фазним ротором. Особлива увага приділена підсинхронному та надсинхронному режимам роботи. Об’єкт дослідження – автономний асинхронний генератор з перетворювачем частоти у колі фазного ротора. Предмет дослідження – перехідні процеси в автономному асинхронному генераторі з самозбудженням та регулюванням напруги і частоти за використання перетворювача частоти у колі фазного ротора. Мета дослідження: розробити та дослідити в середовищі MATLAB модель автономного асинхронного генератора з самозбудженням та регулюванням напруги і частоти за використання перетворювача частоти у колі фазного ротора. В другому розділі розглянуто теоретичні основи побудови моделі перетворювача частоти для кола ротора автономного асинхронного генератора. В третьому розділі розглянута розробка в MATLAB моделі автономного асинхронного генератора з перетворювачем частоти у колі фазного ротора та блоком накиду активно-індуктивного навантаження. В четвертому розділі здійснено дослідження моделі в MATLAB автономного асинхронного генератора з самозбудженням та перетворювачем частоти у колі фазного ротора в режимах самозбуження за різної частоти на виході ПЧ, накиду навантаження та зміни швидкості приводного вала.Asynchronous generators with a phase rotor have found wide application in wind turbines due to their simplicity, reliability and ability to operate effectively under varying load conditions and wind speed. They provide high flexibility in system operation and allow efficient conversion of wind energy into electricity. Asynchronous generators with a phase rotor differ from generators with a squirrel-cage rotor in the presence of windings on the rotor connected through slip rings to external resistors or energy converters. This allows: to control the rotor current - adjusting the external resistance or using frequency converters ensures optimization of energy generation even at low wind speeds; to improve starting characteristics - the generator is easy to start from scratch, which is important for low-speed wind turbines; to ensure voltage stability - by regulating the energy flows through the phase rotor, the generator is able to maintain a stable voltage even under variable loads. It also allows for flexibility in variable speed operation - phase rotor generators are well suited for operation in variable speed wind turbines. They allow operation in a wide speed range while maintaining high generation efficiency. Energy losses are also minimized - an external rotor energy regulator reduces mechanical and electrical losses in the system, increasing overall efficiency. In addition, the ability to regulate reactive power appears - this is especially important for stable operation of the power system, since wind turbines are often connected to networks with high requirements for power quality. Such a solution provides reliability and low maintenance costs - due to their simple design and the absence of complex components, phase rotor asynchronous generators are characterized by high durability and do not require significant resources for maintenance. Phase rotor asynchronous generators are often used in medium-sized wind turbines. Their ability to operate at variable speed makes them popular in conditions of unstable wind flows. In combination with energy converters, they allow for the effective integration of a wind turbine into the power grid. The use of control elements, such as static compensators or capacitor banks, ensures stable operation even with rapid changes in wind or energy consumption. The first section of the explanatory note examines the analysis of voltage regulation of an autonomous energy source based on an asynchronous generator with a phase rotor. Particular attention is paid to undersynchronous and oversynchronous operating modes. The object of research is an autonomous asynchronous generator with a frequency converter in the phase rotor circuit. Scope of research is transition processes in an autonomous asynchronous generator with self-excitation and voltage and frequency regulation using a frequency converter in the phase rotor circuit. The purpose of the study: to develop and investigate in the MATLAB environment a model of an autonomous asynchronous generator with self-excitation and voltage and frequency regulation using a frequency converter in the phase rotor circuit. The second section considers the theoretical foundations of building a model of a frequency converter for the rotor circuit of an autonomous asynchronous generator. The third section considers the development in MATLAB of a model of an autonomous asynchronous generator with a frequency converter in the phase rotor circuit and a unit for the active-inductive load. In the fourth section, a MATLAB model of an autonomous asynchronous generator with self-excitation and a frequency converter in the phase rotor circuit in self-excitation modes at different frequencies at the output of the inverter, load shedding and changes in the speed of the drive shaft is studied. Key words: autonomous asynchronous generator, phase rotor, self-excitation, voltage regulation, frequency regulation.uk8.141.00.11автономний асинхронний генераторфазний роторсамозбудженнярегулювання напругирегулювання частотиStudents_diploma© Національний університет "Львівська політехніка", 2024© Лесюк, Христина Ярославівна, 202491