The employment of a single-phase capacitor induction motor for stand-alone generating operation

• Autorzy: Leicht A. , Makowski K.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.15.047.3847

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie jednofazowego silnika indukcyjnego z pomocniczym uzwojeniem kondensatorowym do automatycznej pracy generatorowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a two-dimensional field-circuit model of a two-winding, single-phase induction machine operating as single-phase, self-excited induction generator. The model takes remnant magnetism and magnetization characteristics of the stator and rotor core into account. Results of simulations and experiments are presented, i.e. waveforms of voltages during self-excitation, their dependence on rotor slot opening, influence of capacitances and different capacitor topologies on self-excitation, as well steady-state values of generator voltages and currents at no-load operating conditions. Terminal voltage and currents in stator windings as a function of rotor speed and capacitances of capacitors for resistive loads are also presented. The possibility of directly supplying a single-phase induction motor from the generator as a dynamic load were also investigated. Obtained simulation and experimental results show the need for use of semi-closed rotor slots to ensure conditions for successful self-excitation. The obtained simulation results were validated experimentally on the laboratory setup.

PL

W artykule przedstawiono dwuwymiarowy model polowo-obwodowy dwuuzwojeniowej, jednofazowej maszyny indukcyjnej pracującej jako samowzbudny generator indukcyjny. Model ten uwzględnia (w sposób uproszczony) istnienie remanentu magnetycznego w rdzeniu maszyny oraz charakterystyki magnesowania blach pakietów stojana i wirnika. Zaprezentowane zostały wyniki badań symulacyjnych oraz eksperymentalnych – przebiegi napięć podczas procesu samowzbudzenia generatora w zależności od szerokości otwarcia żłobków wirnika, z uwzględnieniem wpływu pojemności i układów kondensatorów w uzwojeniach generatora na przebieg procesu samowzbudzenia oraz na wartości ustalone napięć i prądów w stanie jałowym. Przedstawiono także zmiany napięcia na zaciskach generatora i w uzwojeniu wzbudzenia oraz prądów stojana w zależności od prędkości obrotowej generatora oraz zastosowanych pojemności i układów kondensatorów w uzwojeniach stojana przy obciążeniu rezystancyjnym i przy zasilaniu jednofazowego silnika indukcyjnego. Uzyskane wyniki symulacji i pomiarów wskazują na konieczność zastosowania w wirniku jednofazowego samowzbudnego generatora indukcyjnego żłobków półzamkniętych w celu zapewnienia warunków do zainicjowania procesu samowzbudzenia. Otrzymane na drodze symulacji charakterystyki zostały pozytywnie zweryfikowane na stanowisku laboratoryjnym.

Słowa kluczowe

EN

induction generator; single-phase; self-excitation; field-circuit modeling

PL

generator indukcyjny; jednofazowy; samowzbudzenie; modelowanie polowo-obwodowe

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Elektrotechnika
• Rocznik: 2015
• Tom: Y. 112, iss. 1-E
• Strony: 259--269
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., il., wykr.

Twórcy

autor

Leicht A.

• Department of Electrical Engineering, Chair of Electrical Machines, Drives and Measurements, Wroclaw University of Technology, Poland

autor

Makowski K.

• Department of Electrical Engineering, Chair of Electrical Machines, Drives and Measurements, Wroclaw University of Technology, Poland

Bibliografia

• [1] Murthy S.S., Singh B., Sandeep V., A Novel and Comprehensive Performance Analysis of a Single-Phase Two-Winding Self-Excited Induction Generator, IEEE Transactions on Energy Conversion, March 2012, Vol. 27, No. 1, pp. 117–127.
• [2] Leicht A., Makowski K., Self-excitation analysis of a single-phase induction generator, XVI International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering, ISEF, Ohrid, Macedonia, Sept. 12–14, 2013.
• [3] Makowski K., Leicht A., Analysis of operation of a single-phase self-excited induction generator by a field-circuit model, XVI International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering, Ohrid, Macedonia, Sept. 12–14, 2013.
• [4] Leicht A., Makowski K., A single-phase induction motor operating as a self-excited induction generator, Archives of Electrical Engineering, 2013, Vol. 62(3), pp. 361–373.
• [5] Ojo O., Omozusi O., Jimoh A.A., The operation of an inverter-assisted single-phase induction generator, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Jun 2000, Vol. 47, No. 3, pp. 632–640.
• [6] Rajanathan C.B., Edward A.J.G., Hu G., Finite element study of a single phase induction generator, Sixth International Conference on Electrical Machines and Drives, 1993, Conf. Publ. No. 376, pp. 252–257.
• [7] Rajanathan C.B., Watson B.J., Simulation of a single phase induction motor operating in the motoring, generating and braking modes, IEEE Transactions on Magnetics, May 1996, Vol. 32, No. 3, pp. 1541–1544.
• [8] Tudorache T., Melcescu L., Paturca S.V., Finite Element Analysis of Self-Excited Induction Generator for Isolated Small Power Wind Turbines, International Conference on Clean Electrical Power, ICCEP ’07, 21–23 May, 2007, pp. 656–661.
• [9] Sawetsakulanond B., Kinnares V., Design, analysis, and construction of a small scale self-excited induction generator for a wind energy application, Energy, December 2010, Vol. 35, Issue 12, pp. 4975–4985, ISSN 0360-5442.
• [10] Björnstedt J., Sulla F., Samuelsson O., Experimental investigation on steady-state and transient performance of a self-excited induction generator, Generation, Transmission & Distribution, December 2011, IET, Vol. 5, No. 12, pp. 1233–1239.
• [11] Kumbhar G.B., Kulkarni S.V., Escarela-Perez R., Campero-Littlewood E., Applications of coupled field formulations to electrical machinery, COMPEL, 2007, Vol. 26, Issue 2, pp. 489–523.