Устройство для моделирования синхронной машины

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ, содержащее блок моделирования электромагнитного поля, состоящий из резистивной сетки и трех групп трансформаторов, и блок моделирования потокосцепления обмоток, состоящий из трех выпрямительных мостов , причем граничные узлы первой. группы резистивной сетки соединены с шиной нулевого потенциала, одни выводы первичных обмоток трансформаторов первой группы соединены соот-. ветственно с граничными узлами второй группы резистивной сетки, первые вторичные обмотки трансформаторов первой группы соединены последовательно и подключены к диагонали первого вьтрямительного моста, первичные обмотки трансформаторов второй группы соединены последовательно и подключены к .диа гоналив торого выпрямительно го моста, а одни выводы вторичных оймоток трансформаторов второй группы соединены соответственно с центральными узлами первой группы резистивной сетки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в каждьй из трансформаторов первой группы введена вторая вторичная офютка, причем все вторые вторичные обмотки соединены последовательно и подключены к диагонали третьего вьтрямительного моста , а другие выводы первичных обмоток трансформаторов первой группы и вторичных обмоток трансформаторов второй группы соединены сшиной нулевого потенциала, к которой подключены одни разноименные выводы первой N9 и второй обмоток каждого из трансфор:л маторов третьей группы, другие вьгооЭ ) ды обмоток каждого из трансформато:о ров третьей группы соединены соответ 9 ственно с центральными узлами второй группы резистивной сетки.

,S0.„1125633 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 0 06 6 7!62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ а

° 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3453286/24-24 (22) 12.02.82 (46) 23 ° 11.84. Бюл. № 43 (72) Э.С. Фрнджибашян (71) Ереванский политехнический институт им. К. Маркса (53) 681.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 438996, кл. С 06 G 7/62, 1971.

2. Фрнджибашян Э.С., Терзян А.А.

Иатематическое моделирование в задачах анализа и синтеза электрических машин. — "Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт", 1975, № 2, с. 85-92 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ, содержащее блок моделирования электромагнитного поля, состоящий из резистивной сетки и трех групп трансформаторов, и блок моделирования потокосцепления обмоток, состоящий из трех выпрямительных мостов, причем граничные узлы первой. группы резистивной сетки соединены с шиной нулевого потенциала, одни выводы первичных обмоток трансформаторов первой группы соединены соответственно с граничными узлами второй группы резистивной сетки, первые вторичные обмотки трансформаторов первой группы соединены последовательно и подключены к диагонали первого выпрямительного моста, первичные обмотки трансформаторов второй группы соединены последовательно и подключены к ,диагонали второго выпрямительного моста, а одни выводы вторичных обмоток трансформаторов второй группы соединены соответственно с центральными узлами первой группы резистивной сетки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в каждый из трансформаторов первой группы введена вторая вторичная офюотка, причем все вторые вторичные обмотки соединены Е последовательно и подключены к диагонали третьего выпрямительного моста, а другие выводы первичных обмо" ток трансформаторов первой группы и вторичных обмоток трансформаторов

O второй группы соединены с шиной нулевого потенциала, к которой подключены одни разноименные выводы первой и второй обмоток каждого из трансформаторов третьей группы, другие выводы обмоток каждого из трансформаторов третьей группы соединены соответственно с центральными узлами второй группы резистивной сетки.

633

1 1125

Изобретение относится к электрической вычислительной технике, в частности к моделированию электрических систем или устройств.

Известно моделирующее устройство

5 для определения статических и динамических характеристик синхронных машин„ содержащее электрическую модель магнитного поля, соединенную с аналого- 10 вым вычислительньм блоком для задания намагничивающей силы и измерения потокосцепления обмотки воэ буждения 513.*

НанбеМее близким к изобретению по техническому решению является моделирующее устройство установившихся и пе- реходных процессов синхронных машин, содержащее блок моделирования электромагнитного поля, состоящий из резистивной сетки и трех групп трансформаторов, и блок моделирования потокосцепления обмоток, состоящий из трех выпрямительных мостов, узлы резистивной сетки соединены с обмотками транс-: . 25 форматоров в соответствии с конфигурацией воспроизводимого магнитного поля. синхронной машины 523.

Недостатком известного устройства является то, что для определения магнитного поля в интервале одного

lIoJBocHoI деления требуется воспроизведение магнитной цепи в интервале двух полюсных делений машины. Это приводи к существенной потере точности моделирования, так как при одном и том же количестве элементов резистивной сетки два нолюсных деления машины воспроизводятся с шагом дискретизации вдвое большим, нежели одно полюсное деление. 40 .

Цель изобретения — повышение точности моделирующего устройства.

Дпя достижения поставленной цели в устройстве, содержащем блок моделирования электромагнитного поля,: сос- 45 тоящий из резистивной сетки и трех групп трансформаторов, и блок моделирования потокосцепления обмоток, состоящий из трех выпрямительных мостов, причем граничные узлы первой группы 50 резидтивной сетки соединены с шиной нулевого потенциала, одни выводы первичных обмоток трансформаторов первой группы соединены соответственно с граничными узлами второй группы ре">5 зистивной сетки, первые вторичные о6. мотки трансформаторов. первой группы соединены последовательно и подключен ны к диагонали первого выпрямительного моста, первичные обмотки трансформаторов второй группы соединены последовательно и подключены к диагонали второго выпрямительного моста, а одни. выводы вторичных обмоток трансформаторов второй группы соединены соответственно с центральными узлами первой группы резистивной сет1 ки, в каждый из трансформаторов первой группы введена вторая вторичная обмотка, причем все вторые вторичные обмотки соединены последовательно и подключены к диагонали третьего выпрямительного моста, а другие выводы первичных обмоток трансформаторов первой группы и вторичных обмоток " трансформаторов второй группы соединены с шиной нулевого потенциала, к которой подключены одни разноименные выводы первой и второй обмоток каждого из.трансформаторов третьей группы, другие выводы обмоток каждого из трансформаторов третьей группы соединены соответственно с центральными узлами второй группы резистивной сетки.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема включения резистивной сетки; на фиг. 2 — принципиальная

J схема блока моделирования потокосцепления обмоток.

Устройство содержит блок моделирования электромагнитного поля, выполненный в виде резистивной сетки 1, воспроизводящей магнитное поле в интервале одного полюсного деления машины, блок моделирования потокосцепления обмоток, состоящий из групп трансформаторов 2 и 3, моделирующих соответственно обмотку статора в осях d u q и обмотку возбуждения и третью группу трансформаторов 4.

Резистивная сетка 1 выполнена из линейных 5 и нелинейных 6 резисторов, моделирующих соответственно воздушных и ферромагнитные, участки магнитной цепи машины, причем граничные узлы резистивной сетки 1, соответствующие внешней поверхности сердечника статора и внутренней поверхности сердечника ротора машины соединены с шиной нулевого потенциала, вследствие чего магнитный поток в воздушной среде, окружающей указанные поверхности, пренебрегается. Потенциалф граничных узлов резистивной сетки 1, соответствующих радиальным

3 1125 границам моделируемой области магнитного поля в,интервале одного полюсного деления, задаются с помощью группы идентичных трансформаторов 4.

При этом количество трансформаторов

4 определяется числом пар сходственных узлов 7 и 8, 9 и 10, 11 и 12 на радиальных границах.резистивной сетки. Каждый из трансформаторов 4 име-„ ет две идентичные обмотки 13 и 14, 10 одни из разноименных выводов коТорых соединены с шиной нулевого потенциала, а другие - с одной из указанных пар сходственных узлов на радиальных границах резистивной сетки 1.

На резистивной сетке 1 воспроизво. дится магнитное поле машины, созданное первой гармонической намагничивающей силы (н.с.) обмотки статора и н.с. обмотки ротора. В связи с этим продольную и поперечную обмотки статора следует представить распределенными вдоль расточкн статора соответственно по синусоидальному и косинусойдальному законам. В таком пред- 25 ставлении обмотка статора моделируется с помощью первой группы трансформаторов 2 с первичными обмотками 15 и вторичными обмотками 16 и 17,причем числа витков последовательно соединенных обмоток 16 распределены по синусоидальному, а последовательно соединенных обмоток 17 — по косинусоидальному законам. Благодаря такому выполнению трансформаторов 2 токи в цепях обмоток 16 и 17 соответствуют

35 продольному и поперечному токам, а суммарные напряжения этих обмоток— продольному и поперечному потокосцеплениям обмотки статора моделируемой машины.

Одни узлы 18-26 и другие узлы 27 и 28 резистивной сетки 1 соответствуют областям расположения обмоток статора и возбуждения и соединены с од4З ними .из выводов первичных обмоток 15 и вторичных 29 измерительных транс- . форматоров 2 и 3, причем другие выводы обмоток указанных трансформаторов подключены к шине нулевого потенциа- . 50 ла. При этом в цепи последовательно соединенных первичных обмоток .30 группы измерительных трансформаторов 3 соответствует току возбуждения, а суммарное напряжение — потокосцеплеИ нию обмотки возбуждения машины.

В блоке моделирования потокосцепления обмоток (фиг. 2) осуществляет633 4 ся решение в координатных осях d u q системы дифференциальных уравнений электрического равновесия синхронного генератора, работающего на автономную индуктивно-активную нагрузку. Так как резистивная сетка 1 не воспроизводит поле лобового рассе-. яния обмотки машины, указанную систему уравнений целесообразно представить в виде

Ь„Э ь

".-М,=-,1-- -(.-.1 ..

<(R„+r) J 7 !

1 " 6„ = р (" у)

I где У, М, 4 -. соответственно продольная и поперечная составляющие потокосцепления обмотки статора, потокосцепления обмотки возбу:кдения, воспроизводимые на резистивной сетке 1; индуктивность лобои ваго рассеяния обмотки возбуждения; у I — индуктивное сопротивление, учитывающее отличие полей рассеяния обмотки статора от измеренных на резистивной сетке 1; — активное сопротив- ление обмотки статора;

1„,R„ - индуктивность и активное сопротивление нагрузки генератора;

3 1, 3 — продольная и поперечная составляющие тока обмотки статора;

0,Э,r — соответственно напряжение, ток и активное сопротивление обмотки возбуждения.

В плечи выпрямительных мостов 3133 — введены обратимые транзисторные ключи 34, управляемые через

Резисторы 76 и 77 выбираются с таким расчетом, чтобы суммарное паде-. ние напряжения на них от выходного тока интегратора 68 соответствовало потокосцепленню лобового рассеяния обмотки возбуждения. Ток интегратора

68 в резистивной сетке 1 приводит к появлению на клеммах 60-63 переменных напряжений, которые после выпрямления электронными мостами 31 и 33 создают между клеммой 69 и выходом интегратора 66 напряжение, пропорI циональное Ч,, а между клеммой 70 и выходом интегратора 67 напряжение, пропорциональное . Под действием указанных напряженйй в цепях резисторов 72-75 возникают токи, пропорциональные Х и I, при этом на выходах интеграторов бб и 67 формируются напряжения, пропорциональные ч"-(L6 и ) H 4 -(ь +1.„)т .

Напряжения на резисторах 73 и 75, пропорциональные токам I и I пода< (У ются на входы интеграторов бб и б7 для учета падения напряжения на активных сопротивлениях r, RH. Токи обмоток 15 и 29 групп трансформаторов 2 и 3 моделируют н.с. обмоток статора и возбуждения. Посредством группы трансформаторов 5 на сходственных узлах радиальных границ резистивной сетки 1 формируются равные по величине и противоположные по знаку потенциалы Y ;= — 911;,где, Чу — потенциалы i сходственных узлов резистивной сетки 1 на, двух радиальных границах с координатами

Ои7.

Таким образом, выполнение устройства в соответствии с изобретением позволяет ограничиваться областью моделирования магнитного поля в пределах одного полюсного деления машины, что в свою очередь дает возможность без усложнения резистивной сетки вдвое уменьшить шаг дискретизации магнитного пространства и тем самым существенно повысить точность расчета электромагнитных характеристик машины.

3 1125633 клеммы 33-38 токами вторичных обмо.ток трансформаторов 59. Первичная обмотка трансформатора 59 подключена к сети 220 В, 50 Гц. Одни иэ диагоналей мостов 31-33 через клеммы 5

60 и 61, 62 и 63, 64 и 65 включены соответственно в цепи обмоток 16, 30 и 17 групп трансформаторов 2 и 3.

Другие диагонали мостов 31-33 - включены между выходами интеграторов

66-68 и клеммами 69-71, причем указанные клеммы через последовательно соединенные резисторы 72 и 73, 74 и 75, 76 и 77 соединены с шиной нулевого потенциала резистора 73, 75 и 77 соответственно, а через потенциометры

78-80 соединены с одним из входов интеграторов 66-68. Другие входы указанных интеграторов через потенциоиетры 81-83 соединены с выходами масштабного усилителя 84, интегратора 66 и .с клеммой 85, Потенциометры

86 в цепях управления транзисторных ключей электронных мостов служат для ограничения токов вторичных обмоток трансформатора 59. . /

Устройство работает следующим образом, !

В исходное состоянии первичная .обмотка трансформатора 59 подключе- ЗО на к сети. После подачи на клемму

85 напряжения, соответствующего напряжению возбуждения — U на выхо— де интегратора 68 формируется напряжение, пропорциональное М +Е Ig. Прй 5 этом выходной ток интегратора 68, пропорциональный току Ig обмотки возбуждения, протекает через открытые ключи моста 32, обмоток 30 трансформаторов 3 и резисторы 76 и 4О

77. Причем указанный ток, благода ря электронному яосту 32, в обмотках трансформаторов 3 преобразуется в переменный ток прямоугольной формы, который после трансформации через об»4 мотки 29 вводится в резистивную сетку 1 в качестве н.с. обмотки возбуждения. Напряжение на сопротивлении

77, пропорционалЬное току Ig, поступает на второй вход интератора 68 для о учета падения напряжения на активном сопротивлений r обмотки возбуждения.

1125633

Фиг. /

1125633

Составитель И. Лебедев

Редактор А. Шишкина Техред И.Асталош Корректор С. Черни

Заказ 8542/38 Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4