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

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.

---

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.