Вестник МГТУ. 2017, №4.

Вестник МГТУ. 2017. Т. 20, № 4. С. 705–713. DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-4-705-713 705 УДК 621.3 Л. Г. Гасанова, Р. И. Мустафаев Методика исследования влияния высших гармонических напряжений на режимные параметры синхронного генератора с постоянными магнитами Синхронные машины с постоянными магнитами, частотно-управляемые со стороны статора преобразователями частоты, выполненными на базе силовых транзисторов или полностью управляемых тиристорах, находят широкое применение в качестве двигателей и генераторов. Перспективно их применение и на транспорте, в том числе морском. Современные преобразователи частоты оснащены системой управления, базирующейся на синусоидальной широтно-импульсной модуляции. При формировании напряжения на выходе преобразователя, помимо основной гармоники, в составе напряжения находятся высшие гармонические составляющие, которые безусловно влияют на режимные параметры генератора (электромагнитный момент, мощность, токи). Для определения этого влияния разработана методика моделирования и исследования высших гармоник напряжения в системе "электрическая сеть – преобразователь частоты – синхронная машина с постоянными магнитами". Предложенная форма записи уравнений частотно-управляемой синхронной машины с постоянными магнитами позволяет относительно просто воспроизводить гармонический состав напряжения на выходе преобразователя частоты, оснащенного системой управления, выполненной на базе синусоидальной широтно- импульсной модуляции. Разработанная методика может быть применена для преобразователей с любым числом и составом гармонических составляющих напряжения, питающих статорную обмотку синхронной машины с постоянными магнитами. На конкретном примере продемонстрирована эффективность методики исследования влияния высших гармоник на режимные параметры машины. При этом исследование проводилось с учетом формы кривой напряжения, питающего обмотки синхронной машины, содержащей помимо основной гармоники 8-ю, 10, 11, 13, 14 и 16-ю гармонические составляющие, а мощность самой синхронной машины была равна 1 500 кВт. Ключевые слова: синхронная машина с постоянными магнитами, преобразователи частоты, высшие гармоники, математическое моделирование, широтно-импульсная модуляция. Введение В настоящее время все большее применение находят синхронные генераторы с постоянными магнитами, управляемые преобразователями частоты. Особенно широкое распространение они получили в ветроэлектрических установках (ВЭУ) крупных мощностей. Эти генераторы могут быть высоко- и низкоскоростными (так называемыми Ringgenerator) для безредукторных ВЭУ [1]. Мощность современных частотно-управляемых синхронных машин с постоянными магнитами достигла таких уровней (5–6 МВт), что они могут быть с успехом применены и на транспорте, в том числе и морском, в качестве двигателей и генераторов. В общем случае почти все преобразователи частоты для этих синхронных машин выполняются на базе силовых IGBT-транзисторов либо на базе полностью управляемых силовых GТО-тиристоров. На схеме подключения полностью управляемого преобразователя частоты [2] на IGBT-транзисторах на статорную обмотку высокоскоростного синхронного генератора с постоянными магнитами (рис. 1) используются следующие обозначения: ПД – приводной двигатель (например, дизель); Ред. – редуктор; И – инвертор напряжения; В – выпрямитель; СГ с ПМ – синхронный генератор с постоянными магнитами; ПЧ – преобразователь частоты; L и C – индуктивности и емкости фильтра Ф; Тр с – трансформатор связи с энергосистемой ( U c ). Рис. 1. Схема подключения преобразователя частоты на статорную обмотку синхронного генератора с постоянными магнитами Fig. 1. The connection diagram of the frequency inverter to the stator windings of the permanent magnet synchronous generator