Моделирующее устройство для опреде{лен|вжиу'« л-' статических характеристик синхронных. мащ|щм„1ч* t

Моделирующее устройство для опреде{лен|вжиу'« л-' статических характеристик синхронных. мащ|щм„1ч* t

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О Il И С А Н И Е 264808

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сома Соеетойие

Соииалиотичеоких

Реолублин

Зависимое от авт, свидетельства №

Кл. 42m<, 7/50

Заявлено 15.Ч11.1968 (№ 1258720/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 03.111.1970. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 16Х1.1970

МПК G 06g

Комитет ло делам иаобретений и открытий ори Соеете Миниотрое

СССР

УДК 681.333.001.57 (088.8) Лвторы изобретения

А. В. Иванов-Смоленский и В. А. Кузнецов

Московский энергетический институт

Заявитель

;,,iY7 5 (..

МОДЕЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕ1ЛЕНg%11V л ">" о

СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИНХРОННЫХ МАЩ {Ща в ° <

Известны моделирующие устройства для определения статических характеристик сичхронных машин, содержащие аналоговую вычислительную машину, уоилители, блок нелинейностей in источники тока. 5

Предложенное устройство отличается тем, что для повышения точности определения характеристик оно содержит модель магнитного поля .машины, соединенную с анализаторами потокосцепления обмоток статора по продоль- 10

HbIM я поперечным осям машины. Выходы анализаторов соединены со входами аналоговой вычислительной машины, од ин выход которой через уоилитель и источник тока модел ирования намагн ичивающей силы ротора связан с 15 моделью магнитного поля, другой — через усилитель соединен со входом блока нелиней. ности, выходы которого подключены соответственно к источникам тока моделирования по продольной и поперечной осям обмотки ста- 20 тора, а выходы этих источников тока связаны с моделью магнитного поля.

Целью изобретения является создание техн ичесии простого устройства, которым можно 25 определять и ясследовать все статичесиие характеристики синхронных машин, не делая грубых допущений относительно влияния насыщен ия магнитных систем машкины на ее параметры, 30

Моделирующее устройство для определения статических характеристик синхронных электр ических машин позволяет получить любые статические характеристики синхронной машины в установившемся режиме при одновременном точном воспроизведении магнигного поля машины с учетом нелинейных характеристик намагничивания сердечников статора и ротора.

Моделирующее устройство имеет электрическую модель магнитного поля синхронной электрической машины, два анализирующих устройства, соединенных с аналоговой вычислительной машиной, управляющей с помощью нелинейного блока системам и токов, вводимых в модель магнитного поля.

Модель магнитного поля воспроизводит l10ле в синхронной машяне, причем поле в магнитных сердечниках статора и ротора моделируется различными нел инейнымч двухполюсниками. Анализирующие устройства представляют собой масштабные преобразователи со входными сопротивлениями, соединенными в звезду, причем сопротивления звезд выбраны по специальному принципу.

Нелинейный блок управления токами модели имеет специальный вращающий трансформатор, приводимый во вращение исполнительным двигателем постоянного тока. Измерение токов, вводимых в модель, проводится также

264808

ЗЧ

Roc (sin — —,.) 3Ч с 1 ос

3(1

sln—

3д с помощью особого вращающегося трансформатора а.

На фиг, 1 приведена блок-схема моделирующего устройства для определен|ия статических характеристик синхронных машкин; на фиг. 2 — принципиальная схема модели магнитного поля с присоединенными к ней анализаторами потокосцепления обмотки статора; на фиг. 3 — принципиальная схема соединения блоков аналоговой вычислительной малины для определения внешней, регулировочной, угловой и нагрузочной характеристик синхронной WIBIIIIHHbI; на фиг. 4 — схема управления иcTочHèками токов, моделирующих намагничивающую силу обмотки статора в проекциях на продольную и поперечную оси машины, и устройство, контролирующее соотношение между этими проекциями.

Моделирующее устройство для определения статических характеристик асинхронных машин имеет электрическую модель 1 магнитного поля исследуемой синхронной машины.

К модели присоединены два анализатора 2 и

8 потокосцеплен ия обмотки статора по продольной и поперечной осям машины. Выходы анализаторов соединены с блоками аналоговой вычислительной машины 4. Лналоговая г

MBIIPHH& 4 через усилитель 5 связана с источником б тока, ввод умым в модель 1 для моделирован ия намагничивающей силы обмотки ротора. Через усилитель 7 аналоговая машина также соединена с нелйнейным управляющ им блоком 8, который задает через источники 9 и 10 токи, моделирующие намагничивающую силу обмотками статора в проекциях на продольную и поперечную оси машины. Устройство 11, пр исоединенное к нелинейному блоку 8 и аналоговой вычислительной машине 4, изменяет TQKiH, моделирующие TQKiH источников 9 и 10 токов.

Модель 1 служит для воспроизведения магнитного поля синхронной машины, используя аналогию между электрическим и магнитным полями, Моделирование среды с нелинейными хар актеристиками вызывает необходимость

1использования сопротивлений с нелинейными зависимостями. Полностью пространство в машине не моделировалось из-за непригодноcTIH большинства нелинейных сопротивлений для такого моделирования. В настоящей модели пр именены нелинейные двухполюсники

Я, и R „набранные из полупроводниковых диодов, что обеспечивает высокую стабильность характеристик двухполюсников и позволяет выполнять модель с достаточной точностью FH относительно невысокими напряжениями.

Обычно при .исследовании статических характеристик неизвестными бывают не менее двух переменных, поэтому для достижения решения удобно использовать вычислительные средства, в частностями, аналоговые вычислительные машины (ABM).,ÏpH этом необходимо обеспечить непрерывный ввод в ЛВМ информац ии о состоянии магнитного поля ма5

65 ш ины. Для анализа статических процессоВ оказывается достаточно, измерять первые гармоники потокосцепления обмотки статора по осям d и q, В литературе не имеется аписа ния способов;непрерывного измерения какойлибо величины с одновременным разложением ее на гармонические. Обычно для анализа функцыи, полученной в результате моделирования, ее вручную измеряют, представляют в виде графиков и разлагают известными способапи. Таким образом, всегда имеет место разрыв во времени между собственно моделированием и получением результатов в численном в иде.

В описываемом устройстве для анализа потокосцеплен ия обмотки статора по продольной и поперечной осям используют соответственно анализаторы 2.и 8, представляющие сооой масштабные преобразователи, содержащие усилители 12 — 15 постоянного тока, ко входам которых общ1ими точками подсоединены звезды сопротивлений, соединенные другими концами с моделью 1.

Точки подсоединения сопротивлений к модели выбраны с учетом сопротивления пазового р ассеяния обмотками статор а моделируемой м ашины.

Сопротивления звезд подобраны по следующим зависимостям, Заземленную точку модели считают за нулевую, а общее число точек присоединения к модели обозначают бо, где д — число пазов на полюс и фазу в модели может быть выбрано всегда целым.

Направление обхода контура модели магнитного поля выбирают,,например, против часовой стрелки, Сопротивления, подсоединенные к любой i-ной точке, находят по формулам: .! а) для сопротивлений, подсоединенных к ус ил ител ям 12 и И где С, — коэффициенты Котеса для численного интегрирования, в данном случае равные

8 4 — для всех i, не кратных трем, и — для

9 3 всех i, кратных трем; б) для сопротивлений, присоединенных к усилителям 14 и 15

8 где С, = — — для всех 1, не кратных трем, и

4 — для всех i, кратных трем.

В этом случае усилители 12 — 15 оудут выделять из потенциальной функции, имеющей место в модел|и, первые гармонические потокосцепления по продольной д и поперечной осям м ашины.

264808

Выходы усилителей 12 и 15 соединены с блокам и АВМ, которые учитывают падения напряжения на лобовом и дифференциальном сопроливлен иях обмотки статора.

Как в идно из фиг. 3, АВМ находит напряжение U на зажимах обмотки статора в виде 1= pu, +U, Выход нелинейного блока, извлекающего квадратный корень из суммы квадрBTOB напряженый U и U, соединен с одним из входов сумматора, на два другие входа которого поданы потенциалы, пропорциональные заданному напряжению U и току 1, моделирующему намагничивающую силу обмотки В03бужден ия ротора. Потенциал выхода этого сумматора через усилитель 5 напряжения задает ток источника б тока, и этот ток вводится в модель магнитного поля, воспроизводя нам агничивающую силу обмотки возбуждения.

Выход блока, на котором имеет место напряжение Ud, связан с нелинейным олоком, осуществляющим следующую зависимость между входным и выходным напряжениям и

U,„„= arcs1n U,„, что позволяет на его выходе получить значение угла 0 между вектором напряжен ия обмотки статора и поперечной осью ротора. Выход арксинусного нелинейного блока соединен со входом сумматора, на который одновременно подаются потенциалы, пропорциональные углам ср и Ч" машкины. Выход этого сумматора через усилитель 7 связан с нелинейным блоком 8 управления, два выхода которого управляют,источHIHêàMH 9 и 10 тока, моделирующими намагничивающую силу обмотки статора в проекциях на продольную и поперечную ос и машкины.

В описываемом конкретном случае в качестве нелинейного управления использован вращающ ийся трансформатор, с обмотки ротора которого снимаются напряжения, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота ротора этого трансформатора. Здесь выход усилителя 7 мощности соединяется с якорной оомоткой маломощного исполнительного двигателя lб постоянного тока. Двигатель 1б через редуктор 17 связан с синус-косинусным вр ащающ имся тр ансформ атор ом 18, а также через редуктор 19 с вращающимся трансформатором 20, имеющим линейную характеристику напряжен ия обмотки ротора в зависимости от угла поворота. Выход трансформатора 20 через выпрямительный мост соединен с блоком АВИ, производящим суммирование углов.

Регулирование токов модели по двум каналам, причем так чтобы ток возбуждения изменялся при отклонении напряжения обмотки статора от номинального, а соотношение между проекциями тока статора — прои отклонении получаемых углов машины от действительных, позволяет получить систему автома5

15 г0

З0

45 тического регулирования с хорошей сходимостью процесса регулирования. Применение двух вращающихся трансформаторов, мехавически жестко связанных между собой, позволяет наиболее просто решить задачу управления гальванически несвязанными источниками тока при одновременном контролировании углов между вектором тока и осями ротора машины. Вращающие трансформаторы являются надежными электромеханическими элементами высокой степени точности, у них отсутствует дрейф, они не подвержены старению, влиянию внешних полей и не требуют дополнительной специальной настройки.

Снятис па описанной модели, например, регулировочных характеристик машины осуществляется следующим образом.

На соответствующих сумматорах выставляются напряжения, пропорциональные напряжению оомотки статора и coscp нагрузки.

Сопротивлением в первичной обмотке синускосинусного вр ащающегося трансформатора

18 устанавливается напряжение, соответствующее току обмотки статора. Предположим, что в начальный момент источники б, 9 и 10 тока вводят в модель совокупность токов

1„1„и 1,. На выходах усилителей 12 и

15 появятся потенциалы Ч а, и Ч а,. коq 1 которые после всех операций на АВМ дадут па выходе конечного сумматора, сравнивающего напряжение обмотки статора с номинальным, потенциал, не равный потенциалу, соответствующему введенному току 1 . Через усилитель 5 будет введено необходимое исправление в ток источника б, так чтобы в итоге потенциал конечного сумматора стабилизировался и оказался пропорциональным искомому току 1 . Одновременно с этим по второму каналу регулирования при наличии возмущения любого знака на входе усилителя 7 приходит во вращение электродвигатель lб и поворачивает в необходимом направлении оба вращающихся трансформатора 18 и 20.

При повороте синус-косинусного трансформатора 18 изменяется соотношение между напряжениями его выходов при неизменном напряжении первичной обмотки. Следовательно, будет изменяться соотношение между токами

Id и 1, источников 9 и 10 токов, моделиру:ощих йамагничивающую силу обмотки статора в проекциях на оси машины при неизменной полной намагничивающей силе.

Линейный трансформатор 20, жестко связанный с синус-косинусным трансформатором

l8, во время вращения исполнительного электродвигателя lб поворачивается, при этом происходит изменение напряжения на его выходе, тем самым происходит контроль угла, на который повернулся трансформатор 18.

При соответствующей первоначальной настройке можно на выходе трансформатора

264808

20 получать сигнал, пропорциональный углу

Ч поворота тока обмотки статора относительно поперечной оси машины. Угол Ч" непрерывно вводится на вход сумматора, производящего суммирование углов. 5

Поворот всей системы происходит до тех пор, пока на выходе блока, суммирующего углы машины, не появится нуль напряжения и вращение электродвигателя не прекратится.

Напряжение на выходе нелинейного блока 10

БН, осуществляющего арксинусное преобразование, будет соответствовать действительному углу О в исследуемом режиме.

Нетрудно увидеть, что полная схема модели представляет собой нелинейную двухконтур- 15 ную систему автоматического регулирования.

Устойчивость системы достигается выбором схемы регулирования и применением электромеханических элементов в цепи управления одного из контуров. 20

Из рассмотренного примера видно, что данная схема является универсальной и позволяет снять большинство статических характеристик синхронной машины.

П р е д м е т,и з о б р е т е í m я

Моделирующее устройство для определения статических характеристик синхронных машин, содержащее аналоговую вычислительную машину, усилители, блок нелинейностей и источники тока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения характеристик, оно содержит модель магнитного поля машины, соединенную с анализаторами потокосцепления обмоток статора по продольным и поперечным осям машины, выходы анализаторов соединены со входами аналоговой вычислительной машины, один выход которой через усилитель и источник тока моделирования намагничивающей силы ротора связан с моделью магнитного поля, другой выход аналоговой вычислительной машины через усилитель соединен со входом блока нелинейности, выходы которого подключены соответственно к источникам тока моделирования по продольной и поперечной осям обмотки статора, а выходы этих источников тока связаны с моделью магнитного поля, 264808

Составитель Е. Тимохина

Техред 3. Н. Тараненко Корректор С. А. Кузовенкова

Редактор С. Лазарева

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1504/2 Тираж 500 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров ГССР

Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5