Μοντελοποίηση και δυναμική ανάλυση γεννήτριας ΣΡ παράλληλης διέγερσης για διάφορα λειτουργικά σενάρια
Modelling and dynamic analysis of a DC generator with parallel excitation under different operational scenarios
Λέξεις-κλειδιά
Ηλεκτρικές μηχανές ; Γεννήτριες ; Μοντελοποίηση ; Δυναμική ανάλυση ; Προσομοίωση ; Γεννήτριες συνεχούς ρεύματος παράλληλης διέγερσηςΠερίληψη
Ένας μεγάλος κλάδος της επιστήμης των ηλεκτρικών μηχανών είναι οι γεννήτριες συνεχούς ρεύματος (ΣΡ). Είναι οι διατάξεις εκείνες οι οποίες μπορούν να μετατρέψουν μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική υπό την μορφή συνεχούς τάσης και συνεχούς ρεύματος. Ο μηχανισμός τους αυτός, της λεγόμενης ηλεκτρομηχανικής μετατροπής ενέργειας, βασίζεται στην συνύπαρξη δύο ταυτόχρονων φαινομένων του ηλεκτρομαγνητισμού: του φαινομένου της δημιουργίας μαγνητικού πεδίου από ρευματοφόρους αγωγούς και του φαινομένου της δημιουργίας εξ επαγωγής τάσης στα άκρα αγωγού εξαιτίας της περιστροφής του μέσα σε σταθερό μαγνητικό πεδίο. Αυτά τα δύο φαινόμενα εκτυλίσσονται σε μία γεννήτρια εξαιτίας δύο βασικών τυλιγμάτων της: του τυλίγματος διέγερσης και του τυλίγματος τυμπάνου. Το πρώτο χρησιμοποιείται για την δημιουργία του μαγνητικού πεδίου στο διάκενο της γεννήτριας, ενώ το δεύτερο για την δημιουργία τάσης και κατ’επέκταση ρεύματος, άρα και ισχύος. Η ροή αυτής της ισχύος αποτελείται από διάφορα στάδια στα οποία εμφανίζονται απώλειες (ηλεκτρικές, μηχανικές κ.τ.λ.). Οι απώλειες αυτές δεν είναι ποτέ μηδενικές, άρα η ηλεκτρική ισχύς μίας γεννήτριας θα είναι πάντα μικρότερη από την μηχανική ισχύ. Ο βαθμός απόδοσης των γεννητριών ΣΡ κυμαίνεται από 85% έως 95%, κάτι το οποίο αποδυκνύεται σε αυτή την εργασία τόσο θεωρητικά όσο και πειραματικά. Εκτός από την ισχύ μίας γεννήτριας, εξίσου σημαντικό ενδιαφέρον εμφανίζουν μία σειρά από ηλεκτρικά και μηχανικά μεγέθη, όπως οι στροφές, το ρεύμα τυμπάνου, η ηλεκτρομαγνητική ροπή κ.ά., τα οποία υποδηλώνουν αριθμητικά την συμπεριφορά της σε διάφορες μεταβολές στης οποίες υπόκειται. Αυτές οι μεταβολές μπορούν να παρατηρηθούν είτε πειραματικά σε ένα εργαστηριακό περιβάλλον είτε μέσω προσομοίωσης σε Η/Υ. Η δεύτερη περίπτωση, η οποία αποτελεί αντικείμενο αυτής της εργασίας, απαιτεί θεωρητική κυκλωματική και συστημική ανάλυση, πειραματική μέτρηση χαρακτηριστικών μεγεθών και συνολικά μοντελοποίηση της γεννήτριας. Η μοντελοποίηση αυτή βασίζεται σε νόμους της ηλεκτροτεχνίας, της κλασσικής μηχανικής και του ηλεκτρομαγνητισμού, αλλά και σε βασικές αρχές συστημάτων αυτομάτου ελέγχου. Αφού γίνει αυτή η μοντελοποίηση της γεννήτριας, το σύστημα, πλέον, της γεννήτριας μπορεί να προσομοιωθεί σε κατάλληλο πρόγραμμα και να παρατηρηθούν οι μεταβολές όλων των ηλεκτρικών και μηχανικών μεγεθών της. Να γίνει, δηλαδή, δυναμική ανάλυση. Αυτά τα μεγέθη πρέπει να έχουν κάποιες αρχικές τιμές, οι οποίες να αποτελούν τις αρχικές συνθήκες της γεννήτριας. Αφού γίνει αυτό, μπορούν προγραμματιστικά να υπεισέλθουν σε μεταβατικά φαινόμενα και να αποκτήσουν τελικές τιμές, οι οποίες αποτελούν τις τιμές μόνιμης κατάστασης. Σε αυτό το πλαίσιο μπορούν να πραγματοποιηθούν διάφορα λειτουργικά σενάρια, με μεταβολές διαφορετικών εισόδων του συστήματος κάθε φορά, να παρατηρηθούν αυτά τα μεταβατικά φαινόμενα, να επαληθευθούν θεωρητικά οι τιμές μόνιμης κατάστασης και να προκύψουν συμπεράσματα για την συμπεριφορά της γεννήτριας.
Περίληψη
A major branch of electric machine science is the direct current (DC) generators. They are those devices that can convert mechanical energy into electrical energy in the form of direct voltage and direct current. Their mechanism, the so-called electromechanical energy conversion, is based on the coexistence of two simultaneous phenomena of electromagnetism: the phenomenon of the creation of a magnetic field by current-carrying conductors and the phenomenon of the creation of induced voltage at the ends of the conductor due to its rotation in a constant magnetic field. These two phenomena unfold in a generator because of its two main windings: the excitation winding and the armature winding. The first one is used to create the magnetic field in the gap of the generator, while the second one is used to create voltage and current and therefore power. The flow of this power consists of several stages in which losses occur (electrical, mechanical, etc.). These losses are never equal to zero, so the electrical power of a generator will always be less than the mechanical power. The efficiency of DC generators ranges from 85% to 95%, which is proven in this thesis both theoretically and experimentally. In addition to the power of a generator, a series of electrical and mechanical quantities are of equal interest, such as speed, armature current, electromagnetic torque, etc., which numerically indicate its behavior in various changes of their instantaneous value. These changes can be observed either experimentally in a laboratory or through computer simulation. The second case, which is the subject of this thesis, requires theoretical circuit and system analysis, experimental measurement of characteristic quantities and overall modelling of the generator. This modelling is based on laws of electrical engineering, classical mechanics and electromagnetism, but also on basic principles of automatic control systems. After this modelling of the generator, the generator system can now be simulated in a suitable program and the changes of all its electrical and mechanical quantities can be observed. In other words, a dynamic analysis can be conducted. These quantities must have some initial values, which constitute the initial conditions of the generator. Once this is done, they can programmatically enter transients and acquire final values, which are the steady state values. In this context, various operational scenarios can be carried out, with changes of different inputs of the system each time, these transient phenomena can be observed, the steady state values can be theoretically verified and conclusions can be drawn about the behavior of the generator.
Αριθμός σελίδων
168Σχολή
Σχολή ΜηχανικώνΑκαδημαϊκό Τμήμα
Τμήμα Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών ΜηχανικώνΓλώσσα
ΕλληνικάΣυλλογή
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές