3. Рекомендации по работе с имитационной моделью

Имитационная модель

Наряду с традиционными лабораторными установками эффективным средством обучения в ВУЗах являются имитационные модели, реализованные на персональных компьютерах. С их помощью можно выполнять исследование и анализ переходных процессов в СЭЭС и входящих в ее состав элементов.

В отличие от экспериментальных исследований на реальном объекте или на физической модели, работа с имитационной моделью дает следующие основные преимущества: возможность организации индивидуальной работы студентов; незначительные финансовые затраты; возможность без ограничений варьировать все интересующие исследователя параметры и моделировать практически любые режимы работы исследуемого объекта.

К недостатки имитационной модели следует отнести следующие: наличие границ применимости и вполне определенной погрешности, обусловленной принимаемыми при составлении математической модели допущениями; отсутствие возможности получения навыков практической работы на энергоустановках.

Поэтому имитационные модели следует рассматривать как эффективное, но все же дополнительное средство обучения.

В настоящей работе имитационная модель СГ реализована с помощью программы Mathcad. Mathcad чрезвычайно прост в использовании и легок в обучении. Большинство действий, необходимых для управления программой, являются интуитивно прозрачными, и освоение ее возможностей для человека, работавшего ранее в средеWindows, не представляет особых трудностей.

Рекомендации по работе с имитационной моделью

Mathcad-программа состоит из трех разделов – начальные условия, дифференциальные уравнения исследуемого объекта, результаты вычислений.

На рис.3.1 представлен фрагмент первого разделаMathcad-программы "Расчет провала напряжения при пуске асинхронного двигателя". В этом разделе задаются все параметры синхронного генератора и асинхронного двигателя.

Рис.3.1. Фрагмент первого раздела Mathcad-программы.

В лабораторной работе дается 12 вариантов исходных данных. Каждому варианту соответствуют свои значения параметров (таблицы с параметрами для всех вариантов приведена в конце раздела).

При введении начальных условий следует обратить внимание на то, что в программе Mathcad десятые доли от целого числа отделяются не запятой, а точкой (1.1; 0.7 и т.д.).

После введения начальных условий, в соответствии со своим вариантом, необходимо выбрать пункт Автоматическое вычисление (Automatic Calculation) из меню Математика (Math). В этом случае, при изменении начальных условий, программа сама автоматически будет производить пересчет результатов.

Третий раздел "Результаты вычислений" приведен в конце рабочего документа (программы). На рис. 3.2 приведен фрагмент третьего раздела ("Результаты вычислений")Mathcad-программы.

Рис.3.2. Фрагмент третьего раздела Mathcad-программы

В этом разделе приведены осциллограммы переходных процессов активной (Р_сг) и реактивной (Q_сг) мощностей генератора, напряжения генератора (U_сг) и численное значение максимального провала напряжения U_max.

В таблицах 3.2-3.3 приведены значения параметров синхронных генераторов и асинхронных двигателей, тип и мощность которых, для своего варианта задания, определяется исходя из его номера по таблице 3.1.

Таблица 3.1

Варианты заданий
№ варианта	№ генератора из таблицы 3.1	№ двигателя из таблицы 3.3
1	1	1
2	2	2
3	3	3
4	4	4
5	5	6
6	6	5
7	7	6
8	8	6
9	9	7
10	10	8
11	11	5
12	12	5

Таблица 3.2.

Технические характеристики судовых синхронных генераторов
№	Тип генератора	Мощность		Uг ном, В	xs	xd	xq	x'd	x''d	r, Ом	Tdo, рад	T''d, рад
		кВА	кВт		в относительный единицах
1	МСК82-4	37,5	30	400	0,108	2,228	1,0	0,258	0,178	0,0440	402	0,848
2	МСК83-4	62,5	50	400	0,081	2,081	0,946	0,21	0,143	0,0322	493	1,1
3	МСК91-4	94	75	400	0,089	2,149	0,875	0,245	0,185	0,0370	458	2,6
4	МСКФ92-4	125	100	400	0,078	2,158	0,885	0,202	0,176	0,0292	518	2,33
5	МСК375-1000	375	300	400	0,097	1,8	0,85	0,177	0,148	0,0063	590	2,13
6	ГМС13-26-12	250	200	400	0,08	1,1	0,6	0,18	0,12	0,0041	377	1,88
7	ГМС13-31-12	313	250	400	0,084	1,2	0,7	0,2	0,13	0,01	408	1,88
8	ГМС13-41-12	400	320	400	0,075	1,1	0,63	0,18	0,12	0,006	440	2,2
9	ГМС14-29-12	500	400	400	0,085	1,1	0,6	0,2	0,13	0,005	502	3,14
10	ГМС14-41-12	625	500	400	0,073	1,0	0,57	0,17	0,11	0,003	565	3,14
11	ГСС114-8	200	160	400	0,082	1,44	0,74	0,21	0,158	0,0095	493	3
12	МСС115-8	250	200	400	0,084	1,53	0,78	0,23	0,17	0,0069	502	4,2

Таблица 3.3.

Параметры асинхронных электродвигателей
№	Тип двигателя	Uдв ном, В	Р2ном, кВт		cos	Xm, о.е.	R'1, о.е.	Х'1, о.е.	Tj, рад	Tr, о.е.		mt, о.е.
1	4А100S2У3	380	4,0	0,865	0,88	2,5	0,046	0,058	60	70	0,97	0,15
2	4А100L2E3	380	5,5	0,875	0,91	3	0,05	0,054	80	70	0,97	0,15
3	4А132М2У3	380	11	0,88	0,9	3,8	0,04	0,061	90	80	0,97	0,1
4	4А160М2У3	380	18,5	0,885	0,92	4	0,049	0,092	90	80	0,97	0,1
5	4А180М2У3	380	30	0,905	0,9	3,8	0,03	0,073	110	80	0,97	0,1
6	4А225М2У3	380	55	0,91	0,9	4,4	0,026	0,092	150	80	0,97	0,1
7	4А250S2У3	380	75	0,91	0,89	4.6	0,021	0,08	150	80	0,97	0,1
8	4А250М2У3	380	90	0,92	0,9	4,2	0,02	0,078	150	80	0,97	0,1

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Задание 1. Расчет провала напряжения при пуске асинхронного двигателя практическим методом.

По методике, изложенной в разделе 2, и, в соответствии с данными варианта, рассчитать величину провала напряжения при пуске асинхронного двигателя и сравнить полученный результат с требованиями Российского Речного Регистра.

В тех случаях, когда U_max15 %, необходимо произвести повторный расчет для включения обмоток двигателя со звезды на треугольник. Для этого в уравнении (2.3) необходимо уменьшитьU_{г ном} враз.

Задание 2. Экспериментальная проверка значения провала напряжения, полученного расчетным путем (в задании 1).

Установите в разделе "Начальные условия" значения параметров синхронного генератора и асинхронного двигателя в соответствии с вариантом задания (табл. 3.1-3.3).

Для второго и третьего заданий коэффициент k_обмустановить равным единице, что будет соответствовать соединению обмоток статора двигателя в треугольник.

После введения начальных условий (в соответствии с вариантом задания) необходимо перейти в конец рабочего документа к разделу "Результаты вычислений" и нарисовать осциллограммы переходных процессов по активной (Р_сг) и реактивной (Q_сг) мощностям, а также по напряжению генератора (U_сг).

Выписать значения максимального провала напряжения U_max, времени восстановления напряженияt_в(см. рис.2а) и сравнить их с результатами расчетов первого задания и требованиями Российского Речного Регистра.

Задание 3. Исследование влияния величины постоянной времени обмотки возбуждения на характер переходного процесса напряжения на шинах генератора при пуске асинхронного электродвигателя.

Установить величину постоянной времени обмотки возбуждения, равную T_d0/4 (гдеT_d0– постоянная времени обмотки возбуждения соответствующая варианту задания, рад), и перейти в конец рабочего документа к разделу "Результаты вычислений".

Нарисовать осциллограмму переходного процесса по напряжению на шинах генератора и выписать значения U_maxиt_в.

Сравнить полученные результаты с результатами задания 2 и сделать выводы.

Задание 4. Расчет переходных процессов при соединении обмоток статора асинхронного двигателя по схеме "звезда".

Установить величину постоянной времени обмотки возбуждения в соответствии с вариантом задания.

Коэффициент k_обмустановить равный 1.73, что соответствует соединению обмоток статора в "звезду", и перейти в конец рабочего документа к разделу "Результаты вычислений".

Нарисовать осциллограммы переходных процессов по активной (Р_сг=f(t)) и реактивной (Q_сг=f(t)) мощностям, напряжению генератора (U_сг=f(t)) и выписать значенияU_maxиt_в. Сравнить полученные значения с результатами второго задания и сделать выводы.