Устройство для моделированиясинхронной электрической машины

Союз Соввтскнх Соцналнстнчесннх Респубннк(22) Заявлено 300379 (21) 2743642/18-24 5)М. Кл.з с присоединением заявки йе(23) Приоритет С 06 6 7/62 ГесуяврственныЯ кеинтет СССР не дмви нзебретеннЯ н еткрытнЯД.И. Азарьев, В.С. Бочаров, А.В. Меньшо 5и В.К. Сазонов. пес4МОрдена Октябрьской Революции Всесоюзный осуд 4 ственныйпроектно-изыскательский и научно-исследо атещотщФй.ннстнтут Энертосетьпроент(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для моделирования синхронного генератора, содержащее гармонический преобразователь, выход которого подключен ко входу блока вычисления скольжения, тока и напряжения, первый выход которого подключен ко входу блока формирвоания управляющих импульсов, первый выход которого соединен с первым входом гармонического преобразователя и первым входом первого модулятора, второй выход блока формирования управляющих импульсов соединен со вторым входом гармонического преобразователя и первым входом второго модулятора, выходы модуляторов подключены соответственно ко Изобретение относится к моделиро- ванию энергосистем и может быть использовано в специализированных аналоговых вычислительных машинах для расчета установившихся и переходных ре" жимов электрических систем.Известно устройство для моделирования синхронной машины, содержащее потенциометры, индукционные блоки, фазовращатели, усилители, катушку индуктивности 11 . входам первого и второго фильтров2 .Недостатки известных устройствзаключаются в их сложности, недостаточной точности моделирования переходных процессов и установившихсярежимов.Цель изобретения - повьааение точности вычислений переходных и уста 10 новившихся режимов и упрощение устройства,Укаэанная цель достигается тем,что в известное устройство для моделирования синхронной электрической15 машины, содержащее гармонический преобразователь, выход которого подключен ко входу блока вычисления скольжения, тока и напряжения, первый выход которого подключен ко входу бло 20 ка формирования управляющих импульсов,первый выход которого соединен с первым входом гармонического преобразователя и первым входом первого модулятора, второй выход блока формирования управляемых импульсов соединенсо вторым входом гармонического преобразователя и первым входом второгомодулятора, выходы модуляторов подключены соответственно ко входам30 первого и второго фильтров, введе801006 разователя 1 и первым входом второгомодулятора 5. Выходы модуляторов 4и 5 подключены соответственно ко входам первого и второго фильтров 6 и7, Устройство содержит блок 9 вычисления проекции переходной ЭДС элекз трической машины на поперечную осьротора, вход которого соединен с выХодом первого фильтра б, Выход блока9 подключен к третьему входу гармонического преобразователя 1, четвер 1 О тый вход которого соединен с выходом второго фильтра 7. Второй выходблока 2 вычисления скольжения, тока и напряжения ссединенсо вторымивходами первого и второго модуляторов 4 и 5. Третий выход блока 2 служит для подключения устройства к модели внешней электрической сети иявляется выходом устройства для моделирования электрической машины.Гармонический преобразователь 1содержит операционный усилитель 24,в обратной связи которого включенполосовой фильтр 8, Первый вход операционного усилителя 24 через последовательно соединенные потенциометр2 29 и ключ 30 подключен к выходуФильтра 7. Второй вход операционногоусилителя 24 через псследсвательносоединенные резистор 19 и ключ 31подключен к выходу блока 9. УправляюЗо щие входы ключей 30 и 31 являютсяпервым и вторым входами гармснического преобразователя 1, третьим ичетвертым входами которого являютсяинформационные входы ключей 30 и 31.35 Фильтр 8 служит для получения на выходе усилителя 24 синусоидальногонапряжения основной частоты. Ключи30 и 31 работают в режиме амплитудных модуляторов, на выходах которыхполучаются прямоугольные импульсы,4 О сдвинутые по фазе относительно другдруга на 90 . Амплитуда прямоугольныхоимпульсов на выходе ключа 30 пропорциональна величине проекции токастатора электричеСкой машины на попе 4 речную ось ротора,3 формирования управляющих импульсов,модуляторы 4 и 5, фильтры 6-8, блок9 вычисления проекции переходной ЭДСэлектрической машины на поперечнуюось ротора, блок 10 задания напряже-ния возбуждения электрической машины,задатчик 11 напряжения, пропорционального величине механического момента на валу электрической машины, преобразователь 12 электрической мощности, усилитель 13 мощности, трансформатор 14, катушка 15 индуктивности, резисторы 16-1 У, интегрирующие конденсаторы 20 и 21, операционные усилители 2225, управляемые делители напряжения, выполненные на потенциометрах 26-29, ключи 30 и 31,В устройстве выход гармонического ны блок вычисления проекции переходной ЭДС .электрической машины на поперечную ось ротора, выход которогосоединен с третьим входом гармонического преобразователя, четвертый входкоторого подключен к выходу второгофильтра, второй выход блока вычисления скольжения, тока и напряжениясоединен со вторыми входами первогои второго модуляторов, выход первогофильтра подключен ко входу блока вычисления проекции переходной ЭДСэлектрической машины на поперечнуюось ротора, а также тем, что блоквычисления проекции переходной ЭДСэлектрической машины на поперечнуюось ротора содержит управляемые делители напряжения, блок задания напряжения возбуждения электрическоймашины, интегрирующий конденсатор и операционный усилитель, в обратную связь которого включен параллельноинтегрирующий конденсатор и первыйуправляемый делитель напряжения, одни выводы второго и третьего управляемых делителей напряжения соединенысо входом операционного усилителя,выход которого является выходом блока вычисления проекции переходнойЭДС электрической машины на поперечную ось ротора, входом которого является другой вывод второго управляемого делителя напряжения, выход блока задания напряжения возбуждения электрической машины подключен к другому выводу третьего управляемого делителя напряжения.На чертеже представлена блок-схема устройства.Устройство содержит гармонический преобразователь 1, блок 2 вычисления скольжения тока и напряжения, блок преобразователя 1 подключен ко входублока 2 вычисления скольжения, токай напряжения, Первый выход блока 2подключен ко входу блока 3 Формирова ния управляющих импульсов. Первыйвыход блока 3 соединен с первым входом гармонического преобразователя 1. и первьпч входом первого модулятора4. Второй выход блока 3 соединен совторым входом гармонического преоб" Амплитуда прямоугольных импульсовна выходе ключа 31 пропорциональнавеличине проекции переходной ЭДС электрической машины на поперечную ось 50 ротора Е,. Потенциометр 29 предназначен для введения параметра (х - х)электрической машины, где х - индуктивное сопротивление статора по поперечной оси, х 1 - переходное сопэотив55 ление статора пз продольной оси. Блок2 вычисления скольжения тока и напряжения предназначен для вычислениявеличины скольжения ротора электри-,ческой машины, величины тока статора 1 и величины напряжения статораОг. Блок 2 содержит последовательносоединенные усилитель 13 мощностикатушку 1 индуктивности, резистор 16,напряжение с которого через трансформатор 14 и усилитель 22 подается напервый вход преобразователя 12 электрической мощности, второй вход которого соединен с выходом усилителя13 мощности. На выходе преобразователя 12 электрической мощности получается напряжение пропорциональное выходной мощности устройства, которая может быть принята равной величине электромагнитного момента на валу электрической машины. На первый вход интегратора, образованного совокупностью элементов 17, 18, 20 и 23 поступает напряжение, пропорциональное величине электромашинного момента на валу, а на второй вход интегратора с выхода задатчика 11 напряжения, пропорциональногр величине механическогомомента на валу электрической машины,поступает напряжение обратного знака. В замкнутой схеме на выходе операционного усилителя 22 получаетсянапряжение, пропорциональное скольжению ротора электрической машины, с помощью которого регулируется частота выходных импульсов блока 3 формирования управляющих импульсов.Модуляторы 4 и 5 выполняют функции амплитудных модуляторов. На их первые управляющие входы поступаютпрямоугольные импульсы с соответствующих выходов блока 3, а на их вторыевходы со второго выхода блока 2 поступает синусоидальное напряжение основной частоты, пропорциональное величине тока статора 1 г. На выходе фильтра 7 получается напряжение, пропорциональное величине проекции тока статора на поперечную ось 1, а на выходе фильтра 8 - напряжение пропорциональное величине проекции тока статора на продольную ось 3.Фильтры 6 и 7 вносят в каналы преобразования запаздывание, необходимое для учета действия успокоительных контуров в продольной и поперечной осях ротора электрической машины.Блок вычисления проекции переход- оной ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора содержит блок 10 -задания напряжения возбуждения электрической машины, операционный усилитель 25, конденсатор 21, потенциометры 26-28.На потенциометре 26 устанавливается параметр (х,)- х электрическоймашины, где х,) индуктивное сопротивф ление статора по продольной оси. Напотенциометре 27 устанавливаетсяпараметр -ф" электрической машины,где х- активное сопротивление взабс)имоиндукции статора и ротора, г"активное сопротивление обмотки возбуждения. С помощью потенциометра28 устанавливается необходимая величина масштаба моделирования ЭДС, авеличина конденсатора 21 определяется величиной постоянной времени Т,1обмотки ротора при разомкнутой обмотке статора,Устройство работает следующимобразом.В блоке 1 воспроизводится величина переходной ЭДС генератора ввиде синусоидального напряжения, которое используется в блоке 2 для вычисления скольжения ротора, тока и напряжения статора электрической машины. Напряжение постоянногогока, пропорциональное скольжениюротора, поступает с выхода блока 2на вход блока 3 и управляет частотой прямоугольных импульсов, сформированных на выходах блока 3 такимобразом, чтобы импульсы на первом ивтором его выходах отличались по 3 фазе друг от друга на 90. При величине скольжения равной нулю, чтохарактерно для синхронного режимаработы электрической машины с сетью,частота импульсов на выходах блока 3 26 равна заданной номинальной частотеомодели. В переходных режимах работы,когда появляется скольжение, отклонение частоты импульсов блока 3 от номинальной-пропорционально величинер 5 скольжения,Величина скольжения вычисляетсяв блоке 2, где с помощью элементов11-18, 20, 22 и 23 получается не,только напряжение постоянного тока,пропорциональное скольжению Я (вы,ход усилителя 23), но и два синусоидальные напряжения, одно из которыхпропорционально току статора 1 (выход усилителя 22), а другое - йапряжению статора П (выход устройства).При возникновении возмущения,сопровождающегося изменением величины и фазы напряжения О и тока 1 гстатора, а также при изменении величины механического момента на валу4 О электрической машины, изменяется величина напряжения на выходе усилителя 23, что приводит к изменению Фазы и частоты выходных импульсов блока3Вследствие этого происходит изме" нение величины напряжений на выходах модулятора 4 и 5 и на выходах подключенных к ним Фильтров 6 и 7. Изменение напряжения на выходе фильтра 6 соответствует, изменению проекции тока статора (1) на поперечную фО ось ротора, а изменение напряженияна выходе, фильтра 7 отражает изменение проекции тока статора (11) на нродольную ось в переходных режимах ив режимах с различной загрузкой.В блоке 9 вычисляется мгновенноезначение величины проекции переходной ЭДС Е электрической машины напоперечную ось ротора, а в гармони.ческом преобразователе по полученным 0 величинам 18 .и Е формируется сину%соидальное напряжение, которое повеличине и фазе соответствует переходной ЭДС Е электрической машиныза переходным сопротивлением х,)5 Последнее воспроизводится с помощью801006 Формула изобретения Тираж 756 Подписное НИИПИ Заказ 10431 Филиал ЙПП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная катушки 15 индуктивности, причем напряжение с выхода блока 1 подключено к катушке 15 индуктивности через усилитель 13 мощности.После нескольких циклов качаний возникающие колебания затухают и в этом случае выбранный режим работы электрической машины является устойчивым. В противном случае возникает раскачивание и режим является неустойчивым. С помощью предложенного уст- О ройства исследуется устойчивость электрической машины в различных режимах ее работы.Действие регуляторов возбуждения в синхронных электрических машинах воспроизводится с помощью блока 10, 1 а действие регуляторов первичного двигателя осуществляется с помощью блока 11 известными способами. 1. Устройство для моделирования синхронной электрической машины, содержащее гармонический преобразователь, выход которого подключен ко входу блока вычисления скольжения тока и напряжения, первый выход которого подключен ко входу блока Формирования управляющих импульсов, первый выход которого соединен с первым входом гармонического преобразователя и первым входом первого модулятора, второй выход блока Формирования управляющих импульсов соединен со вторым входом гармонического преобразователя и первым входом второго модулятора, выходы модуляторов подключены соответственно ко входам первого и второго фильтров о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, 40 с целью упрощения и повышения точности, устройство содержит блок вычисления проекций переходной ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора, выход которого соединен с третьим входом гармонического преобразователя, четвертый вход которого подключен к выходу второго фильтра, второй выход блока вычисления скольжения, тока и напряжения соединен со вторыми входами первого и второго модуляторов, выход первого фильтра подключен ко входу блока вычисления проекции переходной ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора.2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления проекции переходной ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора содержит управляемые делители напряжения, блок задания напряжения возбуждения электрической машины, интегрирующий конденсатор и операционный усилитель, в обратную связь которого включены параллельно интегрирующий конденсатор и первый управляемый делитель напряжения, одни выводы второгои третьего управляемых делителей напряжения соединены со входом операционного усилителя, выход которого является выходом блока вычисления проекции переходной ЭДС электрической машины на поперечную ось ротора, входом которого является другой вывод второго управляемого делителя напряжения, выход блока задания напряжения возбуждения электрической машины подключен к другому выводу третьего управлгемого делителя напряжения.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Р 369585, кл. 6 06 С 7/62, 1971.2. Авторское свидетельство СССР 9 484531, кл. 6 06 6 7/62, 1973 (прототип)