Исследование характеристик синхронного генератора при работе на пассивную нагрузку

Цель работы: формирование практических навыков и умений при исследовании синхронного генератора (СГ) при работе на пассивную нагрузку (ПН), закрепление теоретических знаний, полученных на лекциях.

Предварительная подготовка

Исследование синхронного генератора проводится с помощью среды MATLAB 7.01 и Excel.

Предварительная подготовка начинается не менее чем за 3 дня до проведения лабораторной работы.

Для подготовки к выполнению лабораторной работы на ПЭВМ курсант должен:

изучить теоретический материал;

изучить порядок выполнения лабораторной работы;

собрать виртуальную схему модели запуска синхронного генератора с помощью MATLAB 7.01;

получить допуск к выполнению лабораторной работы, пройдя тест-контроль.

2. Задание на лабораторную работу:

Разработать структурную схему модели СГ при работе на ПН.

Собрать виртуальную структурную схемы модели СГ с ПН с помощью программы MATLAB.

Построить схему лабораторной установки.

Установить параметры модели для исследования.

Провести опыты и снять показания приборов.

Построить рабочие и внешние характеристики СГ с помощью программы Excel.

Выполнить анализ характеристик.

Оформить отчет.

Разработка виртуальной структурной схемы модели синхронного генератора с пассивной нагрузкой

Виртуальная лабораторная схема представлена на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 − Виртуальная схема модели синхронного генератора с пассивной нагрузкой

Каждому блоку задаются свои параметры относительно типа СГ. Данные берутся из Приложения Ж (таблица Ж.1).

Модель синхронного генератора содержит блоки, представленные в таблице 7.1.

Название блока	Раздел библиотеки Simulink	Изображение блока		Окна настроек параметров блока
Simplified Synchronous Machine SI Units – исследуемый двигатель	/SimPowerSystems/ /Machinies/
Параметры окна настроек блока
Nom. power, L-L volt., and freq. [ Pn(VA) Vn(Vrms) fn(Hz) ]: [Номинальная мощность Pn (ВА), действующее линейное напряжение Un (В) и номинальная частота fn (Гц)]; Inertia, friction factor and pairs of poles [J(kg*m^2) F(N*m*s) p]: [Момент инерции J (кг*м^2), коэффициент трения F (Н*м*с) и число пар полюсов p]; Internal impedance [ R(ohm) L(H) ]: [Активное сопротивление и индуктивность обмотки статора R(Ом) L(Гн)]

7

Таблица 7.1− Назначение и параметры блоков схемы исследования синхронного генератора

Название блока	Раздел библиотеки Simulink	Изображение блока			Окна настроек параметров блока
Active & Reactive Power – измеритель активной и реактивной мощности	/SPS/ /Measurements/ /Fourier/
Параметры окна настроек блока
Указывается частота, на которой измеряется активная и реактивная мощность
Voltage Measurement – вольтметр, измеритель напряжения	/SimPowerSystems/ /Measurements/			Параметры задаются автоматически

8

Продолжение таблицы 7.1

Название блока	Раздел библиотеки Simulink	Изображение блока			Окна настроек параметров блока
Constans – для задания нагрузочного момента на валу машины	/Simulink/ /Sources/ /Constant/
Параметры окна настроек блока
Во вкладке Constant value изменяем ЭДС возбуждения в зависимости от условия. В данной работе по умолчанию задается 380В
RMS – преобразование сигнала в числовой вид	/SPS/ /Measurements/ /RMS/			Параметры задаются автоматически

Продолжение таблицы 7.1

9

Название блока	Раздел библиотеки Simulink	Изображение блока		Окна настроек параметров блока
Display – блок предназначен для количественного представления измерений реактивной и активной мощности	/Simulink/ /Sinks/
Параметры окна настроек блока
Указывается формат представления числовых результатов, в поле Decimation (разбивка) задается число шагов вычисления, через которые значения выводятся на дисплей

Продолжение таблицы 7.1

10

Название блока	Раздел библиотеки Simulink	Изображение блока		Окна настроек параметров блока
Machines Measurement Demux – блок для преобразования измеряемых величин в числовые значения	/SimPowerSystems/ /Machinies/
Параметры окна настроек блока
В разделе «Machine type» выбирается «Simplified synchronous». Далее выбираются 4 значения измеряемых величин: Stator currents [isa isb isc] – фазные токи статора; Rotor speed [wm] – угловая частота вращения ротора; Electrical power [Pe] ­­– мощность электрическая

Продолжение таблицы 7.1

11

Окончание таблицы 7.1

Название блока		Раздел библиотеки Simulink		Изображение блока		Окна настроек параметров блока
Mux – вывод числовых значений на экран Display		/Simulink/ /Signal Routing/
Параметры окна настроек блока
Задать параметры в соответствии с рисунком
Sum – сумматор	/Simulink/ /Commonly Used Blocks/
Задать параметры в соответствии с рисунком

12

Схема лабораторной установки

Параметры синхронной машины и источника питания для выполнения работы задаются преподавателем. Схема лабораторной установки собирается самостоятельно.

Запускаем среду MATLAB, включаем пакет SIMULINK и открываем новое рабочее поле для создания лабораторной установки. Выбираем упрощенную модель исследуемого синхронного генератора Simplified Synchronous Machine SI Units, показанного на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2 – Модуль синхронного генератора

Подадим ЭДС обмотки возбуждения на СГ, используя блок Constant (рисунок 7.3).

Рисунок 7.3 − Соединение входа E генератора с блоком Constant (vfd)

Добавим блок Machinies Measurement demux (рисунок 7.4) для преобразования измеряемых величин в числовые значения.

Рисунок 7.4 − Соединение входа m генератора с блоком Machinies Measurement demux

Подключим нагрузку на генератор (рисунок 7.5).

Рисунок 7.5 − Блок З-Phase Load

Соединим вход Pm генератора с блоком Mux (рисунок 7.6) и с выходом Pe блока Machinies Measurement Demux (MMD), соединим выход генератора m со входом m блока MMD:

Рисунок 7.6 − Соединение входа Pm генератора с блоком Mux.

Соединим выход блока MMD с входом блока Mux. После этого подключаем последовательно амперметр и параллельно вольтметр.

Выводим реактивную составляющую СГ. Для этого понадобятся 2 блока Fourier, один из которых подсоединяем к выходу «e_abc» блока MMD (Fourier1), а второй − к выходу Fourier вольтметра и сумматор. Выход angle блока Fourier подключаем на отрицательный вход сумматора и соответственно выход с блока Fourier1 – на положительный вход сумматора. К выходу сумматора подсоединяем Display2. На нем наблюдаем значение реактивной составляющей мощности (Q) СГ.