Устройство для моделированиясинхронной электрической машины

 

Союз Советскнх

Соцнелнстнчесннх

Реснубннк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ ее801006 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 300379 (21) 2743642/18-24 (5!)М. Кл.3 с присоединением заявки Йе (23) Приоритет

G 06 G 7/62

Гесуяврственны4 кеинтет

СССР не дмви нзебретеннЯ н еткрытнЯ

Опубликовано 300181, Бюллетень ЙЯ 4

Дата опубликоввиия описания 300)„81 (53) УДК 681.333 (088. 8) Д.И. Азарьев, В.С. Бочаров, A.В. Меньшо и В.К. Сазонов

Ф Ql

Ордена Октябрьской Революции Всесоюзный осударсттвенный пРоектно-изыскательский н наУчно-исследо ател отЩ1й-ннстнтут Энертосетьпроент (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для моделирования синхронного генератора, содержащее гармонический преобразователь, выход которого подключен ко входу блока вычисления скольжения, тока и напряжения, первый выход которого подключен ко входу блока формирвоания управляющих импульсов, первый выход которого соединен с первым входом гармонического преобразователя и первым входом первого модулятора, второй выход блока формирования управляющих импульсов соединен со вторым входом гармонического преобразователя и первым входом второго модулятора, выходы модуляторов подключены соответственно ко

Изобретение относится к моделиро- ванию энергосистем и может быть использовано в специализированных аналоговых вычислительных машинах для расчета установившихся и переходных режимов электрических систем.

Известно устройство для моделиро вания синхронной машины, содержащее потенциометры, индукционные блоки, фазовращатели, усилители, катушку индуктивности f 11 . входам первого и второго фильтров (2) .

Недостатки известных устройств заключаются в их сложности, недостаточной точности моделирования переходных процессов и установившихся режимов.

Цель изобретения — повыаение точности вычислений переходных и уста10 новившихся режимов и упрощение устройства.

Укаэанная цель достигается тем, что в известное устройство для моделирования синхронной электрической

15 машины, содержащее гармонический преобразователь, выход которого подключен ко входу блока вычисления скольжения, тока и напряжения, первый выход которого подключен ко входу бло20 ка формирования управляющих импульсов, первый выход которого соединен с первым входом гармонического преобразователя и первым входом первого модулятора, второй выход блока формирования управляемых импульсов соединен со вторым входом гармонического преобразователя и первым входом второго модулятора, выходы модуляторов подключены соответственно ко входам

30 первого и второго фильтров, введе801006 разователя 1 и первым входом второго модулятора 5. Выходы модуляторов 4 и 5 подключены соответственно ко входам первого и второго фильтров 6 и

7. Устройство содержит блок 9 вычисления проекции переходной ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора, вход которого соединен с выХодом первого фильтра 6. Выход блока

9 подключен к третьему входу гармонического преобразователя 1, четвер1Î тый вход которого соединен с выходом второго фильтра 7. Второй выход блока 2 вычисления скольжения, тока и напряжения ссединен со вторыми входами первого и второго модуляторов 4 и 5. Третий выход блока 2 служит для подключения устройства к модели внешней электрической сети и является выходом устройства для моделирования электрической машины.

Гармонический преобразсватель 1 содержит операционный усилитель 24, в обратной связи которого включен полосовой фильтр 8. Первый вход операционного усилителя 24 через последовательно соединенные потенциометр

25 29 и ключ 30 подключен к выходу фильтра 7. Второй вход операционного усилителя 24 через псследсвательно соединенные резистор 19 и ключ 31 подключен к выходу блока 9. УправляюgQ щие входы ключей 30 и 31 являются первым и вторым входами гармсничес.кого преобразователя 1, третьим и четвертым входами которого являются информационные входы ключей, 30 и 31.

Фильтр 8 служит для получения на выходе усилителя 24 синусоидального напряжения основной частоты. Ключи

30 и 31 работают в режиме амплитудных модуляторов, на выходах которых получаются прямоугольные импульсы, 4О сдвинутые по фазе относительно друг друга на 90 . Амплитуда прямоугольных о импульсов на выходе ключа 30 пропорциональна величине проекции тока статора электрической машины на попеЩ речную ось ротора, 3 формирования управляющих импульсов, модуляторы 4 и 5, фильтры 6-8, блок

9 вычисления проекции переходной ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора, блок 10 задания напряже- ния возбуждения электрической машины, задатчик 11 напряжения, пропорционального величине механического момента на валу электрической машины, преобразователь 12 электрической мощности, усилитель 13 мощности, трансформатор

14, катушка 15 индуктивности, резисторы 16-19, интегрирующие конденсаторы 20 и 21 операционные усилители 22 25, управляемые делители напряжения, выполненные на потенциометрах

26-29, ключи 30 и 31.

В устройстве выход гармонического ны блок вычисления проекции переходной ЭДС .электрической машины на поперечную ось ротора, выход которого соединен с третьим входом гармонического преобразователя, четвертый вход которого подключен к выходу второго фильтра, второй выход блока вычисления скольжения, тока и напряжения соединен со вторыми входами первого и второго модуляторов, выход первого фильтра подключен ко входу блока вычисления проекции переходной ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора, а также тем, что блок вычисления проекции переходной ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора содержит управляемые делители напряжения, блок задания напряжения возбуждения электрической машины, интегрирующий конденсатор и операционный усилитель, в обратную связь которого включен параллельно интегрирующий конденсатор и первый управляемый делитель напряжения, одни выводы второго и третьего управляемых делителей напряжения соединены со входом операционного усилителя, выход которого является выходом блока вычисления проекции переходной

ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора, входом которого является другой вывод второго управляемого делителя напряжения, выход блока задания напряжения возбуждения электрической машины подключен к другому выводу третьего управляемого делителя напряжения.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит гармонический преобразователь 1, блок 2 вычисления скольжения тока и напряжения, блок преобразователя 1 подключен ко входу блока 2 вычисления скольжения, тока и напряжения, Первый выход блока 2 подключен ко входу блока 3 формирова ния управляющих импульсов. Первый выход блока 3 соединен с первым входом гармонического преобразователя

1. и первьпч входом первого модулятора

4. Второй выход блока 3 соединен со вторым входом гармонического преобАмплитуда прямоугольных импульсов на выходе ключа 31 пропорциональна величине проекции переходной ЭДС электрической машины на поперечную ось о ротора Е . Потенциометр 29 предназна1 чен для введения параметра (x — хд) электрической машины, где хо — индуктивное сопротивление статора по поперечной оси, х - переходное сопэотивI

Я ление статора гз продольной оси . Блок

2 вычисления скольжения тока и напряжения предназначен для вычисления величины скольжения ротора электри-, ческой машины, величины тока статора 1 и величины напряжения статора U . Блок 2 содержит последовательно соединенные усилитель 13 мощности„ катушку 1 индуктивности, резистор 16, напряжение с которого через трансформатор 14 и усилитель 22 подается на первый вход преобразователя 12 элек801006 трической мощности, второй вход которого соединен с выходом усилителя

13 мощности. На выходе преобразователя 12 электрической мощности получается напряжение пропорциональное выходной мощности устройства, которая может быть принята равной величине электромагнитного момента на валу электрической машины. На первый вход интегратора, образованного совокупностью элементов 17, 18, 20 и 23 поступает напряжение, пропорциональное величине электромашинного момента на валу, а на второй вход интегратора с выхода задатчика 11 напряжения, пропорциональногр величине механического момента на валу электрической машины, поступает напряжение обратного знака. В замкнутой схеме на выходе операционного усилителя 22 получается напряжение, пропорциональное скольжению ротора электрической машины, с помощью которого регулируется частота выходных импульсов блока 3 формирования управляющих импульсов.

Модуляторы 4 и 5 выполняют функции амплитудных модуляторов. На их первые управляющие входы поступают прямоугольные импульсы с соответствующих выходов блока 3, а на их вторые входы со второго выхода блока 2 поступает синусоидальное напряжение основной частоты, пропорциональное величине тока статора i На выходе фильтра 7 получается напряжение, пропорциональное величине проекции тока статора на поперечную ось i+, а на выходе фильтра 8 — напряжение пропорциональное величине проекции тока статора на продольную ось з„ .

Фильтры 6 и 7 вносят в каналы преобразования запаздывание, необходимое для учета действия успокоительных контуров в продольной и поперечной осях ротора электрической машины.

Блок вычисления проекции переходоной ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора содержит блок 10

- задания напряжения возбуждения электрической машины, операционный уси" литель 25, конденсатор 21, потенциометры 26-28.

На потенциометре 26 устанавливается параметр (x - xg) электрической машины, где х,) индуктивное сопротив ление статора по продольной оси. На потенциометре 27 устанавливается параметр электрической машины, где х - активное сопротивление взаdry имои иду кции с татора и ротора, г активное сопротивление обмотки возбуждения. С помощью потенциометра

28 устанавливается необходимая величина масштаба моделирования ЭДС,. а величина конденсатора 21 определяется величиной посТоянной времени Т,1 обмотки ротора при разомкнутой обмотке статора.

Устройство работает следующим образом.

В блоке 1 воспроизводится величина переходной ЭДС генератора в виде синусоидального напряжения, которое используется в блоке 2 для вычисления скольжения ротора, тока и напряжения статора электрической машины. Напряжение постоянного гока, пропорциональное скольжению ротора, поступает с выхода блока 2 на вход блока 3 и управляет частотой прямоугольных импульсов, сформированных на выходах блока 3 таким образом, чтобы импульсы на первом и втором его выходах отличались по

15 фазе друг от друга на 90 . При величине скольжения равной нулю, что характерно для синхронного режима работы электрической машины с сетью, частота импульсов на выходах блока 3

2О равна заданной номинальной частоте о модели. В переходных режимах работы, когда появляется скольжение, отклонение частоты импульсов блока 3 от номинальной-пропорционально величине

25 скольже""я

Величина скольжения вычисляется в блоке 2, где с помощью элементов

11-18, 20, 22 и 23 получается не

;только напряжение постоянного тока, пропорциональное скольжению S (вы,ход усилителя 23), но и два синусоидальные напряжения, одно из которых пропорционально току статора i (выход усилителя 22), а другое — йапряжению статора 0 (выход устройства).

При возникновении возмущения, сопровождающегося изменением величины и фазы напряжения U è тока 1 статора, а также при изменении величины механического момента на валу

4О электрической машины, изменяется величина напряжения на выходе усилителя 23, что приводит к изменению фазы и частоты выходных импульсов блока

3 ° Вследствие этого происходит изменение величины напряжений на выходах модулятора 4 и 5 и на выходах подключенных к ним фильтров 6 и 7. Изменение напряжения на выходе фильтра 6 соответствует, изменению проекции тока статора (i ) на поперечную ось ротора, а изменение напряжения на выходе, фильтра 7 отражает изменение проекции тока статора (1,1) на нродольную ось в переходных режимах и в режимах с различной загрузкой.

В блоке 9 вычисляется мгновенное значение величины проекции переходной ЭДС Е электрической машины на поперечную ось ротора, а в гармони-ческом преобразователе по полученным

d0 величинам 18 .и E формируется синуЪ соидальное напряжение, которое по величине и фазе соответствует переходной ЭДС Е электрической машины

f за переходным сопротивлением х,) ° ф5 Последнее воспроизводится с помощью

801006

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 10431/66 Тираж 756 Подписное

Филиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 катушки 15 индуктивности, причем напряжение с выхода блока 1 подключено к катушке 15 индуктивности через усилитель 13 мощности.

После нескольких циклов качаний возникающие колебания затухают и в этом случае выбранный режим работы электрической машины является устойчивым. В противном случае возникает раскачивание и режим является неустойчивым. С помощью предложенного уст- О ройства исследуется устойчивость электрической машины в различных режимах ее работы.

Действие регуляторов возбуждения в синхронных электрических машинах воспроизводится с помощью блока 10, l5 а действие регуляторов первичного двигателя осуществляется с помощью блока 11 известными способами.

1 ° Устройство для моделирования синхронной электрической машины, содержащее гаРмонический преобразователь, выход которого подключен ко входу блока вычисления скольжения тока и напряжения, первый выход которого подключен ко входу блока формирования управляющих импульсов, первый выход которого соединен с первым входом гармонического преобразователя и первым входом первого модулятора, второй выход блока формирования управляющих импульсов соединен со вторым входом гармонического преобразователя и первым входом второго модулятора, выходы модуляторов подключены соответственно ко входам первого и второго фильтров о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, 4О с целью упрощения и повышения точности, устройство содержит блок вычисления проекции переходной ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора, выход которого соединен с третьим входом гармонического преобразователя, четвертый вход которого подключен к выходу второго фильтра, второй выход блока вычисления скольжения, тока и напряжения соединен со вторыми входами первого и второго модуляторов, выход первого фильтра подключен ко входу блока вычисления проекции переходной ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления проекции переходной ЭДС электрической машины на поперечную

ocb ротора содержит управляемые делители напряжения, блок задания напряжения возбуждения электрической машины, интегрирующий конденсатор и операционный усилитель, в обратную связь которого включены параллельно интегрирующий конденсатор и первый управляемый делитель нап:) ряжения, одни выводы второго и третьего управляемых делителей напряжения соединены со входом операционного усилителя, выход которого является выходом блока вычисления проекции переходной ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора, входом которого является другой вывод второго управляемого делителя напряжения, выход блока задания напряжения возбуждения электрической машины подключен к другому выводу третьего управлгемого делителя напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 369585, кл. G 06 G 7/62, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

9 484531, кл. G 06 G 7/62, 1973 (прототип).