Устройство для моделирования турбогенератора с демпферными контурами

 

Использование: в электротехнике в системах управления возбуждением турбогенераторов. Сущность изобретения: устройство содержит датчики тока и напряжения, делители напряжения, сумматоры, блок моделирования насыщения турбогенератора, выпрямитель, фильтр, блок моделирования демпфирования тока статора и блок моделирования внутренней ЭДС. Цель изобретения - повышение точности измерения колебания тока ротора и устойчивости работы турбогенератора. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления возбуждением турбогенераторов.

Известно устройство для моделирования демпферных контуров с использованием RC-элемента [1] Оно состоит из операционного усилителя с RC-элементом на входе, или в обратной связи.

Однако указанное устройство [1] не обеспечивает точности моделирования и не может быть использовано для измерения тока ротора и управления возбуждением.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для моделирования турбогенератора с бесщеточным диодным возбудителем [2] Устройство [2] содержит трансформатор линейного напряжения и трансреактор фазного тока статора генератора, первый и второй делители напряжения, делящие напряжение пропорционально сопротивлениям рассеяния (χ_σ) и реакции якоря (c_ad) соответственно, а также содержат три сумматора, выпрямитель, синхронный фильтр, инвертор и блок-модель "насыщения турбогенератора".

На выходе фильтра формируется следующий сигнал: где , напряжения, пропорциональные и ; K_μ нелинейный коэффициент насыщения.

Известное устройство [2] моделирует турбогенератор не точно без учета демпферных контуров.

Изобретение позволяет точно измерять колебания тока ротора турбогенератора с демпферными контурами (в переходных процессах) при отсутствии доступа к токоведущим частям вращающегося ротора в бесщеточной системе возбуждения.

Устройство для моделирования турбогенератора с демпферными контурами содержит трансформатор напряжения, трансреактор, два делителя напряжения, три сумматора, выпрямитель, фильтр, блок-модель насыщения турбогенератора, блок-модель демпфирования внутренней ЭДС и блок-модель демпфирования тока статора. Указанные элементы устройства позволяют точно измерять ток ротора в переходных процессах.

Сущность изобретения раскрывает следующая формула: где символ дифференцирования; I_f ток возбуждения турбогенератора, пропорциональный внутренней ЭДС I_f≡E_q; I_d, I_q ток статора в проекции на оси d и q; T_rd, T_rq постоянные времени демпферного контура
χ_rd=χ_ad+χ_srd
χ_rq=χ_ad+χ_srq
χ_srd, χ_srq сопротивления рассеяния демпферных контуров.

Формула, раскрывающая сущность изобретения, получена на основе решения системы уравнений (18 23) [3] при следующих условиях:
R 0, S 0,
χ_d=χ_q, χ_ad=χ_aq,
;
;
;
χ_d=χ_ad+χ_σ,
,
.

Блок-модель "демпфирования тока статора" состоит из: фазоповоротного элемента, известного из [4] двух фазочувствительных выпрямителей, двух синхронных фильтров и компаратора известных из [5] а также двух дифференциаторов, параметры которых приведены в описании изобретения.

Блок-модель "демпфирования внутренней ЭДС" состоит из интегратора и сумматора, параметры которых приведены в описании изобретения.

Устройство при введении новых связей проявляет новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". На чертеже приведена структурная схема,
где 1 трансформатор напряжения;
2 трансреактор;
3, 6 делители напряжения;
4, 7, 10, 20 сумматоры;
5 блок-модель "насыщение турбогенератора";
8 выпрямитель;
9, 15, 16 фильтры;
11 фазоповоротный элемент;
12 компаратор;
13, 14 фазочувствительные выпрямители;
17, 18 дифференциаторы;
19 интегратор;
21 блок-модель "демпфирования тока статора";
22 блок-модель "демпфирование внутренней ЭДС".

Устройство имеет следующие связи: трансформатор напряжения 1 связан с первым входом сумматора 4, трансреактор 2 связан с вторым входом сумматора 4 через делитель напряжения 3 и с вторым входом сумматора 7 через делитель напряжения 6, первый вход сумматора 7 связан с выходом сумматора 4 через блок-модель насыщения турбогенератора 5, выход сумматора 7 соединен через выпрямитель 8 и фильтр 9 с первым входом сумматора 10, трансреактор также соединен с первым входом фазочувствительного выпрямителя 13 и через фазоповоротный элемент 11 с первым входом фазочувствительного выпрямителя 14, вторые входы фазочувствительных выпрямителей соединены через компаратор 12 с выходом сумматора 7, входы фазочувствительных выпрямителей и фазоповоротного элемента являются входами блок-модели "демпфирования тока статора" 21, выход фазочувствительного выпрямителя 13 соединен через фильтр 15, дифференциатор 17 с вторым входом сумматора 10, выход фазочувствительного выпрямителя 14 соединен через фильтр 16 и дифференциатор 18 с третьим входом сумматора 10, выходы дифференциаторов 17 и 18 являются выходами блока модели и демпфирования тока статора 21, выход сумматора 10 с входом интегратора 19, который является входом блок-модели "демпфирования внутренней ЭДС" 22, выход интегратора 19 соединен с четвертым входом сумматора 10 и с первым входом сумматора 20, выход сумматора 20 является выходом блок-модели "демпфирования внутренней ЭДС" 22 и выходом устройства моделирования турбогенератора с демпферными контурами.

Устройство работает следующим образом. На входы сумматора 4 подводятся синусоидальные напряжения и , пропорциональные линейному напряжению (U_АС, U_СВ, U_ВА) и фазному току (I_В, I_А, I_С соответственно) статора генератора. На сумматоре 4 происходит векторное сложение этих напряжений, причем весовой коэффициент при значении тока численно равен реактивному сопротивлению χ_σ.

В результате суммирования формируется напряжение, пропорциональное ЭДС , которая обусловлена результирующим потоком в воздушном зазоре турбогенератора [6] т. е. .

Сигнал E_δ поступает на блок-модель "насыщения турбогенератора" 5, которая предназначена для аналогового моделирования кривой насыщения магнитной цепи. С выхода блок-модели 5 сигнал поступает на первый вход сумматора 7, на второй вход которого приходит сигнал с выхода делителя 6 это напряжение, пропорциональное току якоря за сопротивлением реакции якоря. На сумматоре 7 осуществляется векторное сложение этих напряжений. В результате сложения получается сигнал синусоидальной формы с амплитудой, пропорциональной току возбуждения турбогенератора I_f, т. е. напряжение, пропорциональное внутренней ЭДС турбогенератора:

Этот сигнал выпрямляется, с выхода выпрямителя 8 сигнал поступает на фильтр 9, где фильтруется вторая гармоника частоты сигнала с выхода фильтра 9 сигнал поступает на первый вход сумматора 10, являющийся последним звеном в устройстве прототипе.

На входы блок-модели "демпфирования тока статора" 21 приходят сигналы с выхода трансреактора 2 и сигнал с выхода сумматора 7. Сигнал поступает на первый вход фазочувствительного выпрямителя 13 и на вход фазоповоротного элемента 11, который имеет следующую передаточную функцию:

где фаза

Θ= -90° при R²₂C²₁R₃/R₁=ω^-2
надо подставить
ω=ω₁=314 сек^-1
На фазоповоротном элементе осуществляется сдвиг фазы сигнала на 90^o в сторону отставания (индуктивного режима) с выхода фазоповоротного элемента 11 сигнал , имеющий сдвиг фазы по отношению к сигналу , равный ϕ, поступает на первый вход фазочувствительного выпрямителя 14, на вторые входы фазочувствительных выпрямителей 13 и 14 проходит переменный сигнал U_k в виде чередующихся прямоугольных импульсов разной полярности и равной ширины и амплитуды, частота которого пропорциональна частоте внутренней ЭДС турбогенератора . На выходе фазочувствительных выпрямителей 13 и 14 будут следующие напряжения:


где δ полный угол электропередачи;
Сигналы и поступают на входы фильтров 15 и 16. С выхода фильтров сигналы I_d и I_q приходят на дифференциаторы 17 и 18, которые имеют следующие передаточные функции:


где
R₄C_o=T_rdχ²_ad/χ_rd
R₅C_o=T_rqχ²_ad/χ_rq
R₅C_o T_rd
С выходов дифференциаторов сигналы pI_d и pI_q поступают на второй и третий входы сумматора 10. С выхода сумматора 10 сигнал -E^*_q поступает на интегратор 19, с выхода которого сигнал приходит на четвертый вход сумматора 10 и первый вход сумматора 20. С выхода сумматора 10 сигнал -E^*_q поступает на второй вход сумматора 20.

Передаточная функция блок-модели и демпфирования внутренней ЭДС имеет следующий вид:

где
R₇/R₆=1-χ_ad/χ_rd
Устройство для моделирования турбогенератора с демпферными контурами можно использовать для измерения тока ротора в бесщеточных системах возбуждения турбогенераторов и для стабилизации системы регулирования возбуждения по производной тока ротора. Последнее позволяет расширить области статической устойчивости в режиме холостого хода и обеспечить более эффективное введение сигнала стабилизации по производной напряжения турбогенератора, обеспечивающего лучшую устойчивость в режимах работы турбогенератора в сети.

Формула изобретения

Устройство для моделирования турбогенератора с демпферными контурами, содержащее датчики тока и напряжения, первый и второй делители напряжения, первый и второй сумматоры, блок моделирования насыщения турбогенератора, выпрямитель и фильтр, причем выход датчика напряжения соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого делителя напряжения, вход которого соединен с выходом датчика тока, подключенным через второй делитель напряжения к первому входу второго сумматора, выход первого сумматора через блок моделирования насыщения турбогенератора соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого через выпрямитель подключен к входу фильтра, отличающееся тем, что в него введены третий сумматор, блок моделирования демпфирования тона статора, состоящий из первого и второго фазочувствительных выпрямителей, первого и второго фильтров, первого и второго дифференциаторов, фазосдвигающего элемента и компаратора, и блок моделирования демпфирования внутренней ЭДС, состоящий из интегратора и сумматора, причем выход датчика тока непосредственно соединен с первым входом первого фазочувствительного выпрямителя и через цепочку из последовательно соединенных фазосдвигающего элемента, второго фазочувствительного выпрямителя, второго фильтра и второго дифференциатора подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом фильтра, а выход подключен к первому входу сумматора блока моделирования демпфирования внутренней ЭДС и к входу интегратора, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора и ко второму входу сумматора блока моделирования демпфирования внутренней ЭДС, выход которого является выходом устройства, выход второго сумматора через компаратор соединен с вторым входом первого фазочувствительного выпрямителя, выход которого через последовательно соединенные первый фильтр и первый дифференциатор подключен к четвертому входу третьего сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1