Установившийся режим синхронного генератора

Установившийся режим синхронного генератора при синхронной частоте вращения может быть однозначно определен тремя параметрами: активная и реактивная мощности (или, что тоже самое, ток, напряжение и коэффициент мощности) либо активная мощность, напряжение или ток возбуждения i_f.

Приведена последовательность вычислений по векторной диаграмме, когда неизвестно начальное значение напряжения возбуждения (блок АРВ) и неизвестны токи в обмотках; известными считаются: P, cos, U, (принято что r=0).

Установившиеся режимы являются исходными при расчете различных переходов в структурных элементах. Естественно, что вызываются эти переходы действием возмущающих сил. Не рассматривая пока воздействие со стороны регулировочных органов, отметим, что вынуждающие силы представляют собой напряжения, приложенные к внешним узлам, а для электрических машин еще и моменты, приложенные к их валам с внешней стороны.

Покажем как можно рассчитать установившийся режим для синхронной машины.

Для расчета установившегося режима, например предшествующего переходному процессу, могут использоваться схемы замещения или векторные диаграммы (полные и упрощенные), а также построенные на их основе расчетные программы.

На рис. 2.2 представлена векторная диаграмма синхронной машины. Здесь ось q принята за действительную ось, а ось d за мнимую. Заметим, что в случае неявнополюсной машины фиктивная ЭДС Е_Q равна ЭДС холостого хода Е_q при x_q=x_d.

Следовательно, в уравнениях согласно векторной диаграмме необходимо принять:

Ud= -U sin; (2.3.11.)

Uq= Ucos. (2.3.12.)

Для расчета начальных условий для уравнений СМ можно воспользоваться простыми соотношениями, вытекающими из векторной диаграммы (см. рис. 2.2):

Q = P tg (2.3.13.)

где P = k_з cos_ном

Здесь положительная величина реактивной мощности соответствует потреблению, отрицательная – генерации мощности.

Эквивалентная ЭДС синхронного генератора E_q и угол  могут быть определены по выражениям:

(2.3.14.)

=arcsin(Pxq/UEQ) (2.3.15.)

Продольные и поперечные составляющие напряжения и потокосцеплений можно представить в виде:

U_d= -_q = -Usin; (2.3.16.)

U_q= _d = Ucos (2.3.17.)

Начальное значение токов:

I_q = -U_d/x_q; (2.3.18.)

I_d = - (E_Q - U_q)/ x_q; (2.3.19.)

E_q = E_Q - I_d(x_d-x_q); (2.3.20.)

I_f = E_q/x_ad; (2.3.21.)

U_f=I_f r_f. (2.3.22.)

Точные параметры для электрической машины можно получить из клиентского формуляра завода-изготовителя или расчетным путем. Наиболее доступной для исследователя является справочная литература, где на синхронные генераторы могут встречаться следующие параметры: f_Н, S_Н, P_Н, U_Н, x_d, х_q, х_s, х₀, х₂, х_d’, х_d’’, х_q’’, Т_d0, Т’, Т_d’’, Т_a, Т_q’’, М, I_fxx, r_ст, r_рот, J, GD₂, T_j.

На основании этих (или некоторых из этих) параметров можно определить с достаточной степенью точности все остальные параметры для блока синхронного генератора.

Математическое моделирование синхронного генератора будем производить при помощи пакета программ “Matlab 6”.