Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышлен
..pdf
ной оси (4.105) можно представить в дифференциальной фор ме
ТWo Td0— — h [Td0 + Tdo) |
dt |
+ ^ с = |
||||
|
atz |
|
|
|||
|
|
|
+ Told |
dUf_\ |
(4.111) |
|
|
|
|
dt |
)• |
||
а исключив величины |
ip'd и |
с |
помощью |
соотношений |
||
(4.109) — (4.110), получим |
|
|
|
|
||
, |
d2tyA |
, , |
|
d'P,t_r , |
|
|
= (T'i + f'l) x'd-x'd |
dtyd |
xd—xd |
|
|||
|
Фа + |
|
||||
|
|
x'd |
dt |
Xd |
|
|
|
+ ^ - E qN(Uf + Tald- ^ - \ . |
(4.112) |
||||
|
xd |
\ |
|
dt |
J |
|
Операторное |
уравнение |
электромагнитных |
переходных |
|||
процессов относительно поперечной составляющей потоко-
сцепления |
СД |
после |
преобразования |
|
соотношения |
(4.11) |
||
можно привести к виду |
|
|
|
|
|
|||
|
|
IqX д)Р“1"(ф<г |
Iq%q) = |
0. |
(4.113) |
|||
Введем также следующие величины: |
сверхпереходной |
ЭДС |
||||||
потокосцепление, |
соответствующее |
|||||||
|
|
|
^"q= ^d~IqX"q\ |
|
|
(4. 1 14) |
||
потокосцепление, соответствующее |
синхронной ЭДС Ed, |
|||||||
|
|
|
ф,с='ф<г—IqXq- |
|
|
(4.115) |
||
Из выражений |
(4.114) |
и (4.115) |
следует: |
|
|
|
||
|
|
= |
|
|
|
(4.116) |
||
|
|
|
хч |
хп |
|
|
|
|
С учетом |
соотношений (4.114) —(4.116) из |
операторного |
||||||
уравнения (4.113) может быть получено следующее искомое дифференциальное уравнение:
1<7 |
d%_ |
f |
= х<-*в |
(4.117) |
|
dt |
|||||
|
|
хд |
|
1. Входные по отношению к СД параметры режима: мо дуль U и фаза напряжения у (относительно ЭДС Ес) на вы водах двигателя; напряжение на обмотке возбуждения U,.
2. Параметры режима, определяемые дифференциальны ми уравнениями переходных процессов в СД на основе пол ных уравнений Парка—Горева: б, s, ipd, г|Л,, ф'т, ф"7. Си стема дифференциальных уравнений, определяющих эти па раметры, имеет вид
db 0 г
—= 2тс/0 s;
(it
TJ -J - = Ммех—Мд; at
J £ L = Ud + ( l - s ) % - R CTId;
|
|
|
|
Фг = |
dt ' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.124) |
|
TdTd ^ + { T |
d + Td) г|>; + |
% = (T'd +- T"d) |
d - xd d\pd |
|||||||
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
+ |
, |
|
|
, |
xd и |
I n I |
'T |
dUf \ . |
|
||
H-------------- |
Xd |
Yd 1------------ |
Xd |
E q X \ U f - \ - |
1 aid |
■ |
" l> |
|
||
|
|
|
\ |
|
|
dt ) |
|
|||
|
|
|
r (l\pfJ |
|
|
Xq— Xn |
^<7- |
|
|
|
|
|
|
T\q— --- |
Ь 'Ф? = ------- |
|
|
|
|||
|
|
|
dt |
|
|
Xq |
|
|
|
|
Все параметры режима этой группы, за исключением г|/т, обладают свойством непрерывности. Начальные условия для параметра я|/г определяются выражением
Фг (0)= ь ( - |
0) + |
EqN |
AU, (0), |
(4.125) |
|
|
Xd |
T d ? d |
|
где |
|
|
|
|
A V, (0) = |
U j( + 0 ) - U j ( - 0 ) . |
(4.126) |
||
Параметры режима первой и второй группы являются ос новными параметрами режима СД.
3. Прочие параметры режима СД, которые могут быть представлены через основные параметры режима:
угол между вектором напряжения U и осью q
0= 6- 7; |
~ |
(4.127) |
продольная и поперечная составляющие напряжения:
Ud = — U sinQ;) |
(4.128) |
Uq = U cos 0; j |
|
продольная и поперечная составляющие тока статорной обмотки:
(4.129)
т .
Jg — Z »
электромагнитный момент СД и момент сопротивления механизма:
lq— Ф? Id\
(4.130)
Ммех = [Мо + (/С з -М ,)(» 1 ^ ;
активная и реактивная мощности СД:
P=U„ Iq + UdId;\
(4.131)
Q = UqId- U dIq] j
токи в обмотке возбуждения и демпферной обмотке по продольной и поперечной оси:
I _ |
1 |
I |
р |
j j |
P<s\d Т а[ |
' |
Т j |
"J |
; |
|
ч - |
_ т |
|
— - E q N U f |
------- s----- |
£ -ф т |
-------L b |
J |
|||
* aid |
|
af \_ xad |
|
Xrf |
Xa |
|
х ад |
|
||
|
|
|
^old |
p |
j j ! |
q T 1 |
, |
T gld |
I |
(4.132) |
|
|
|
— |
E q N U f -\— s----Ц )Н |
------- ; |
J |
|
|||
|
|
|
°d |
|
xd |
xa |
|
xad |
|
|
^<7
1(7 :
x aQ
Полученные уравнения полностью определяют параметры режима СД в рамках полных уравнений Парка—Горева.
Глава 5
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗБУДИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Система возбуждения СД содержит обмотку возбужде ния двигателя (ОВД) и возбудительное устройство (ВУ), которое состоит из возбудителя (источника постоянного то ка) и автоматического регулятора возбуждения. Мощность системы возбуждения составляет от долей до нескольких про центов мощности СД (уменьшается с увеличением мощности двигателя). Однако, несмотря на малую мощность системы возбуждения, через нее осуществляется эффективное управ ление режимом СД за счет изменения напряжения Uf на ОВД, которое является входным по отношению к СД пара метром режима. Моделирование ВУ при расчетно-экспери ментальных исследованиях переходных процессов в СД за ключается в определении закономерностей изменения напря жения на ОВД.
5.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ
Применяемые в настоящее время ВУ СД подразделяются на электромашинные, статические и бесщеточные (БВУ). Электромашинное ВУ цредставляет собой генератор посто янного тока, механически связанный с валом СД или приво димый во вращение асинхронным двигателем. Обмотка воз буждения возбудителя питается либо по схеме самовозбуж дения, либо по схеме независимого возбуждения. Основные преимущества таких возбудителей заключаются в простоте схемы управления и автономности ВУ, проявляющейся в том, что ток возбуждения не зависит от напряжения в электри ческой сети. Недостатком электромашинного ВУ является малая эксплуатационная надежность.
Статическое ВУ представляет собой управляемый выпря митель на тиристорах или на диодах и тиристорах; питание осуществляется, как правило, от электрической сети 0,4 кВ через согласующий трансформатор. Статические ВУ, серий но выпускаемые отечественными заводами (ТЕ, ТВУ, СПВУ и др.), имеют различные схемы выпрямления: симметричную мостовую, трехфазную с соединением обмоток в звезду с вы веденным нулем, несимметричную мостовую. Технико-эконо мические показатели и надежность статических ВУ выше,
чем электромашинных [5, 21]. Значительными преимущества ми этих ВУ являются высокое быстродействие, пониженный уровень шума. Основной недостаток статических ВУ — зави симость напряжения на ОВД от напряжения питающей электрической сети, что уменьшает устойчивость СД при кратковременных глубоких посадках напряжения.
В последние годы в связи с созданием специальных ротор ных (вращающихся) диодов и тиристоров разработаны и при меняются бесщеточные возбудительные устройства (БВУ), преимущество которых проявляется в том, что напряжение к ОВД подводится без использования скользящего контакта. Это позволяет применять СД, оснащенные БВУ, при работе во взрывоопасных и химически активных средах. Наиболь шее распространение получили БВУ с синхронным возбуди телем. Синхронный возбудитель представляет собой обращен ный синхронный генератор. Обмотка возбуждения возбуди теля располагается на статоре СД и питается от регулируе мого источника постоянного тока. Трехфазная якорная об мотка располагается на роторе СД и через вращающийся трехфазный выпрямитель питает ОВД. К недостаткам систе мы возбуждения с БВУ следует отнести трудности обеспече ния контроля и измерений тока и напряжения в ОВД, а так же конструктивные затруднения, возникающие при необхо димости разместить на валу разрядный резистор для замы кания ОВД во время пуска и при гашении поля СД.
Выпускаемые в настоящее время ВУ обеспечивают авто матическое подключение ОВД (подачу возбуждения) в за висимости от тока статора или скольжения ротора. В первом случае уставка токового реле
/уст= (2+2,5)/*, |
(5.1) |
где /jv — номинальный ток статорной обмотки. Уставка реле напряжения при подаче возбуждения в зависимости от сколь жения s выбирается такой, чтобы оно срабатывало при сколь жении
syCT= 0,03-г-0,1. |
(5.2) |
В зависимости от режима работы СД (пуск, самозапуск, синхронный установившийся режим и др.) возможно одно из трех состояний системы возбуждения: ОВД замкнута на пус ковое сопротивление или короткозамкнута; ОВД замкнута на ВУ; ОВД разомкнута. Состояние системы возбуждения определяется параметрами режима СД (током статорной об мотки, скольжением), работой устройств релейной защиты
коротких замыканиях после отключения его от^ сети релейной защитой (устройствами гашения поля с этой целью дол жны оснащаться все СД мощностью свыше 500 кВт [21]), а также для обеспечения самозапуска и ресинхронизации СД (в этом случае гашение поля предусматривается вне зависи мости от мощности двигателя).
Возбужденный СД после отключения от сети достаточно длительное время сохраняет значительную остаточную ЭДС. Периодическая составляющая тока в обмотке статора в слу чае восстановления питания при самозапуске СД в наиболее неблагоприятный момент, когда напряжение в электрической сети находится в противофазе с остаточной ЭДС, может быть
оценена по следующему |
приближенному |
соотношению: |
|
|||
|
|
U+En |
|
|
|
(5.4) |
|
|
|
|
|
|
|
где |
хвн — эквивалентное |
сопротивление |
электрической |
сети |
||
до |
источника ЭДС электрической |
системы. Если |
ЭДС |
Е"q |
||
велика, а сопротивление л:вн мало, |
ток включения |
/ вк может |
||||
достигнуть двухкратного сверхпереходного тока трехфазного короткого замыкания на выводах СД, т. е. недопустимых значений по условиям электродинамических воздействий на двигатель. Автоматическое гашение поля при перерыве пи тания СД позволяет быстро снизить остаточную ЭДС и тем самым предотвратить появление недопустимых значений то ков статора в момент восстановления питания. Обычно оно осуществляется путем замыкания обмотки возбуждения на пусковое сопротивление, которое выполняет в этом случае функцию гасительного сопротивления. Если СД оснащен ти ристорным ВУ, возможно гашение поля переводом выпрями теля ВУ в инверторный режим.
Система возбуждения двигателя должна обеспечивать эф фективное, т. е. быстрое гашение поля. Однако, стремясь к уменьшению времени гашения поля, нельзя превышать до пустимое напряжение на ОВД, которое для электромашинного ВУ определяется классом изоляции ОВД, а для статичес
кого ВУ — классом применяемых тиристоров и схемой их включения [11].
Гашение поля должно осуществляться также при нару шении электроснабжения секции шин, к которой подключен двигатель. Нарушение фиксируется обычно реле частоты с блокировками, которые предотвращают работу устройств га шения поля при общих понижениях частоты в энергетической