Моделирование внезапного короткого замыкания синхронного генератора без успокоительной обмотк

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Лабораторная работа № 1

«Моделирование внезапного короткого замыкания синхронного генератора без успокоительной обмотки»

                                                                                   Факультет: ФМА

                                                                         Группа: ЭМ – 51

                                                                                      Студентка: Шахова Е.В,

                                                                                        Проверил: Пастухов В.В.

                                                                   Вариант № 5

Новосибирск, 2009

1.  Цель работы: Математическое исследование короткого замыкания синхронного явнополюсного генератора. Определение влияния параметров на переходный процесс.

2.  Исходные данные

СВ430/210-14

 об/мин

 о.е

3.  Программа работы

1.  По уравнениям установившегося режима холостого хода определить начальные потокосцепления обмоток.

2.  Используя аналитическое решение определить параметры генератора, существенно влияющие на процесс.

3.  Выполнить исследование влияния параметров на переходный процесс.

a.  Рассчитать и построить графики токов ,, разных значений параметров.

b.  Выполнить расчёт и построить графики фазного тока для разных значений угла .

c.  Провести расчёт и построить график электромагнитного момента.

d.   Рассчитать, используя приближённые соотношения, начальные значения амплитуд составляющих токов и сравнить их с полученными из графиков переходного процесса.

4.  Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

5.  Теоретические сведения

    Для исследования режима ВКЗ СГ воспользуемся уравнениями Парка-Горева, записанными в относительных единицах с равными взаимными индуктивностями, для которой сопротивления взаимоиндукции между обмотками по осям d и q соответственно равны между собой и равны соответственно X_ad и X_aq.

Причем решение задачи проводится при следующих допущениях:
1. Насыщение магнитопровода отсутствует(),
2.Угловая скорость ротора генератора в переходном режиме остаётся постоянной и равной синхронной (Ω=Ω₁),
3.Напряжение на обмотке возбуждения не регулируется т.е.,
4.Параметры генератора остаются постоянными.

Для приведения рассматриваемой задачи к нулевым начальным условиям представляем напряжения и токи в виде:

,                              ,

,                               ,

,                              ,

где , , , , ,  - напряжения и токи до момента короткого замыкания; , ,  , , , - напряжения и токи в процессе короткого замыкания.

При работе в режиме холостого хода , . В процессе короткого замыкания  напряжение  остается неизменным, т.е. , а токи  и . Кроме этого , , а   и, следовательно,  ; .

Преобразуя уравнения переходного режима к операторной форме и исключив из них уравнения демпферных контуров, представим их в матричной форме:

        

Определитель системы (2) дает характеристическое уравнение:

a_o+a₁p+a2p²+a₃p³=0

p₁= -

p_2,3= - +j

6.  Расчеты

Индуктивные сопротивления:

Постоянная времени обмотки возбуждения при замкнутой обмотке статора и разомкнутой успокоительной обмотке:

Индуктивное сопротивление обмотки якоря при совпадении машинной оси якоря с продольной осью ротора:   

Постоянная времени затухания апериодических токов обмотке статора:

Амплитуды составляющих токов  , :

Определяем потокосцепления:

Определяем момент:

7.  Графическая часть

Рисунок 1 -  График изменения токов id, iq, if при  исходных параметрах

:

Рисунок 2 - График изменения токов id, iq, if при  R1=0.0026

Рисунок 3 - График изменения токов id, iq, if при R1=0.0005

Рисунок 4 - График изменения токов id, iq, if при Rf=0.0008

Рисунок 5 - График изменения токов id, iq, if при Rf=0.00015

Рисунок 6 – График изменения фазных токов при угле поворота ротора 0 град

Рисунок 7 –  График изменения фазных токов при угле поворота ротора

Рисунок 8 –График изменения фазных токов при угле поворота ротора

Рисунок 9 –График изменения электромагнитного момента при К.З.

8.  Выводы

Исследовали влмяние параметрой синхронного генератора на переходный процесс. В ходе проделанной работы можно сделать следующие выводы:

   а) На рисунке 1 токи id и if имеют апериодическую и периодическую составляющие, а ток iq только периодическую, так как по оси q потокосцепление равно нулю (ось q совпадает с фазой А). Установившиеся значения токов id, iq, if и их амплитудные значения совпадают с рассчитанными ранее;

   б) При уменьшении сопротивления R1увеличивается амплитуда колебаний, т. е. оказывает влияние только на периодическую составляющую, это объясняется изменением затрачивания энергии в виде тепла на сопротивлении (рисунок 2, 3);

    в) Увеличение сопротивления Rf не повлияло на ток iq, не изменилось время затухания токов id, if  и их апериодических составляющих, а уменьшились только их апериодические составляющие и изменился уровень их установившегося режима (рисунок 4, 5);

    г) Чем больше угол между осями, тем меньше апериодическая составляющая фазных токов. Когда ось d совпадает с осью фазы, апериодическая составляющая достигает максимального значения, а при  угле 90 градусов между этими осями (ось q совпадает с фазой), то апериодическая составляющая отсутствует (рисунок 6, 7, 8);

    д) Момент носит периодический характер, в начале графика момент в несколько раз превышает номинальный момент, затем снижается до установившегося значения, приближающегося к нулю (рисунок 9).