Экспериментальные исследования дизель-генераторной установки на переменной частоте вращения

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности работы дизель-генераторных установок в составе автономных систем электроснабжения с целью снижения себестоимости электроэнергии. Цель работы: экспериментальное доказательство эффективности перевода рабочего режима дизель-генераторной установки с постоянной частоты вращения на переменную и определение областей регулирования рабочими режимами установки. Методы исследования: экспериментальные исследования дизель-генераторной установки на переменной частоте вращения двигателя на базе специально созданного лабораторного стенда. Результаты. Показано, что перевод рабочих режимов дизель-генераторной установки на переменную частоту вращения, оптимизированную по удельному расходу топлива, обеспечивает следующие преимущества: уменьшение механических потерь и повышение коэффициента полезного действия дизельного двигателя и генератора на всех долевых нагрузочных режимах, кроме номинального; снижение удельного расхода топлива; улучшение экологических показателей; улучшение эргономических показателей путем снижения уровня шума и уменьшения вибрации. Теория подобия двигателей внутреннего сгорания и электрических машин, а также аналогичные результаты по удельному расходу топлива, полученные другими исследователями, позволяют распространить полученные выводы и на другие дизель-генераторные установки, того же диапазона мощностей до 60 кВт, с двигателями без наддува. Получена универсальная функциональная зависимость частоты выходного напряжения генератора от величины электрической нагрузки электростанции, которая может быть использована при разработке и создании дизель-генераторных установок инверторного типа. Результаты проведенных экспериментов позволяют сформулировать основные технические требования к подсистемам управления инверторных дизель-генераторных установок, определить необходимые физические переменные, позволяющие осуществлять как контроль над состоянием объекта, так и управление им.

Relevance of the research is determined by the need to improve the efficiency of diesel generator sets in the autonomous power supply systems to reduce the cost of electricity. The aim of the research is to prove experimentally the effectiveness of changing the operating modes of a diesel generator set from constant speed to variable speed and identify the mode panel. Research methods: experimental studies of a variable speed diesel generator set on the basis of a specially designed laboratory bench. Results. The authors proved that the change of operating modes of the diesel generator set to the variable mode with a fuel consumption optimized provides the following advantages: reduces mechanical losses and increases the efficiency of a diesel engine and generator for all load conditions, other than nominal; reduces fuel consumption; improves environmental measures and ergonomic characteristics by reducing noise and vibration. The similarity theory of internal combustion engines and electric drives, and similar results for specific fuel consumption obtained by other researchers, allow us to extend our conclusions to other diesel generator sets, naturally aspirated engines with the same range of capacities up to 60 kW. The authors obtained the universal functional dependence of the output voltage frequency of the generator set on the magnitude of power plant electrical load, which can be used in the design and creation of inverter type diesel generator sets. The experimental results allow stating the basic technical requirements for inverter control subsystem of diesel generator sets, determining the required physical variables which allow both controlling the state of the object and its management.