Электрические машины вычислительного комплекса «Ритм»

13.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

13.2.1. Синхронная машина с неявным учетом возбуждения

         Макромодель синхронной машины оформлена в виде типового блока  вычислительного  комплекса, которому присвоен идентификатор BLT031.

             Mодель  машины получена с учетом быстропереходных процессов в электрических цепях статора, эквивалентной демпферной  системе ротора и контуре возбуждения, а также с учетом движения ротора и воспроизведением потерь на вентиляцию. Реализован учет насыщения стали магнитопроводa по пути  основного магнитного потока и пути потока рассеяния статора. Насыщение по основному потоку учитывается по методике, использующей  нормальную характеристику холостого хода машины. Для аппроксимации этой характеристики применена арктангенсная функция.  Учет насыщения по пути потока рассеяния статора выполнен по методике, аппроксимирующей сопротивление рассеяния в функции  полного  тока  статора.  При  моделировании синхронной  машины  использована  взаимная система относительных единиц.

         Блок имеет три внешних полюса силовой части  и четыре полюса механической части. Полюсам фаз А,В и С присвоены номера 1, 2 и 3 соответственно.  Полюсы механической части имеют номера 4-7, причем полюсы с номерами 4 и 5 относятся к одному концу валопровода, а полюсы с номерами 6 и 7 - к другому.

         Напряжение  возбуждения  является  внешней переменной блока. Закон его изменения должен описываться одним из блоков  вычислительного комплекса, который реализует АРВ.

         Характер изменения механического момента на валу машины также должен  описываться специальными блоками вычислительного комплекса, подключаемыми к выводам механической части модели.

         Блок  характеризуется  тремя схемными переменными и набором дополнительных переменных.

         К схемным переменным относятся три фазных тока. Току фазы А присвоен локальный индекс 19, току фазы В - 20, току фазы С -21.

         Дополнительными переменными блока являются:

        X1 - величина изображающего вектора линейного напряжения (действующее значение) [B];

        X2 - величина изображающего вектора фазного тока (действующее значение) [A];

        X3,X4 - напряжения статора в координатах  d и q [B];

        X5,X6 - токи статора в координатах d и q [A];

        X7,X8 - мгновенные трехфазные активные и реактивные мощности машины(P,Q > 0 -генерация; P,Q < 0 -потребление) [кBт],  [кBА];

        X9 -  электромагнитный момент [Н*м];

        X10 - частота вpащения поля pотоpа [Гц];

        X11 - механическая мощность, отдаваемая (Р > 0) или принимаемая (P < 0) валом машины [кВт];

        X12 - cкорость вращения [ об/мин ];

        X13 - скольжение;

        X14 - угол поворота ротора (электрический) [рад];

        X15 - угол поворота ротора (механический ) [рад];

        X16 - ток возбуждения [ A ];

        X17,X18 - токи эквивалентных контуров демпферной системы [A];

        X34,X35 -текущие значения индуктивных сопротивлений взаимной индукции Xad и Xaq [o.e];

        X36 -текущее значение  индуктивного сопротивления  рассеяния статора  Xs [o.e];

        X37,X38 -текущие значения сверхпереходных индуктивных сопротивлений машины Xd" и Xq" [o.e];

        X39 -результирующее   потокосцепление  в  воздушном   зазоре  Yб [o.e];

В качестве  исходных могут  использоваться как  расчетные, так и каталожные данные.

    Исходными данными для блока являются следующие каталожные данные:

       - частота                                     fн , [ Гц];

       - номинальное  напpяжение                     Uн , [ B ];

       - номинальная мощность                        Sн , [кBA];

       - номинальный ток                             Iн , [ A ];

       - кpатность хаpактеpного значения тока        Кx , [о.е];

       - ток возбуждения холостого хода (при U=Uн)   Ifх, [ А ];

       - отношение короткого замыкания               ОКЗ, [о.е];

       - отношение числа витков обмоток ротора    Wf/Wrd, [о.е];

       - синхронное индуктивное сопротивление

         по продольной оси                           Xd , [о.е];

       - переходное индуктивное сопротивление

         по продольной оси                           X'd, [о.е];

       - сверхпереходное индуктивное сопротивление

         по продольной оси                           X"d, [о.е];

       - синхронное индуктивное сопротивление

         по поперечной оси                           Xq , [о.е];

       - сверхпереходное индуктивное сопротивление

         по поперечной оси                           X"q, [о.е];

       - индуктивное сопротивление рассеяния         Xs , [о.е];

       - индуктивное сопротивление нулевой

         последовательности                          Xo , [о.е];

       - постоянная времени обмотки возбуждения      Tdo, [ c ];

       - сверхпереходная постоянная времени

         в продольной оси                            T"d, [ c ];

       - сверхпереходная постоянная времени

         в поперечной оси                            T"q, [ c ];

       - постоянная времени обмотки статора          Ta , [ c ];

       - идентификатор переменной напpяжения

         возбуждения                                 Nf        ;

       - число пар полюсов                           p         ;

       - момент инеpции pотоpа                       J,[кг*м*м];

       - механические потеpи мощности                Po,  [кВт].

         При  подготовке входных данных могут возникнуть затруднения в определении некоторых из перечисленных коэффициентов и переменных. Ниже приводится ряд необходимых пояснений.

         Кратность характерного тока Кх используется  для  контроля погрешности расчета в методах с переменным шагом интегрирования Ее значение допустимо задавать с точностью до порядка и определять как отношение максимального ожидаемого тока к номинальному    току машины

                           Kх  = Imax/Iн.

         Если неизвестны параметры Wf/Wrd,X'd,Xq,X"q,Xs,Xo,T"q,p,J,Po  то их можно задать исходя из следующих соображений:

         Wf = Wrd = 1

                        - для неявнополюсных -

         X'd= 1.4*X"d

         Xq = Xd

         X"q= X"d

         Xs = 0.81*X"d

         Xo = 0.5*X"d

                         - для явнополюсных -

         X'd= 1.3*X"d

         Xq = 0.6*Xd

         X"q= 1.1*X"d

         Xs = 0.81*X"d

         Xo = 0.6*X"d

                           - для любых СМ -

         T"q= 1.25*X"q*T"d/X"d

         p  = 60*fн/No

         J  = 0.25*GDЅ = 91189.1*Pн*Tj/(No*No)

         Po = (0.01 - 0.05)*Pн

    где:

         No - синхронная скорость вращения  [об/мин];

         Pн - номинальная активная мощность [кВт];

         Tj - механическая постоянная времени машины [ c ].

    Исходными расчетными данными для блока являются :

       - частота сети                                fн , [ Гц];

       - номинальное  напpяжение                     Uн , [ B ];

       - номинальная мощность                        Sн , [кBA];

       - номинальный ток                             Iн , [ A ];

       - кpатность хаpактеpного значения тока        Кx , [о.е];

       - коэффициент приведения тока возбуждения     Mif, [о.е];

       - коэффициент приведения тока продольного

         эквивалентного контура ротора               Mkd, [о.е];

       - коэффициент приведения тока поперечного

         эквивалентного контура ротора               Mkq, [о.е];

       - активное сопротивление обмотки статора      R  , [o.e];

       - синхронное индуктивное сопротивление

         по продольной оси                           Xd , [о.е];