Моделирующее устройство для определенвжиу« л статических характеристик синхронных. мащщм„1ч t

О П И С А Н И Е 264808ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СЬюа Соеетских Социалистических Республик(л. 42 тп 4, 7/50 1 ПК 6 06 Комитет по делам аобретений и открытий ори Сосете тйинистрое СССР(088.8) Опубликовано 03,111,1970, Бюллетень9Дата опубликования описания 16 Х 1.1970 в 1 орь Иванов-Смоленский и В. А. Куз сковский энергетический инстит изобретения аявит т 1 Ч 1 ЧКаЛЯ ОПРЕДЕЛЮНфЯНчм.,., еНХРО Н Н ЫХ МАЩЩ МОДЕЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТСТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИ оздание техорым можно атичесиие хане делая влияния на шины на ее Известны моделирующие устройства для определения статических характеристик сичхронных машин, содержащие аналоговую вычислительную машину, усилители, блок нелинейностей и источники тока,Предложенное устройство отличается тем, что для повышения точности определения характеристик оно содериит модель магнитного поля машкины, соединенную с анализаторами потокосцепления обмоток статора по продольным я поперечным осям машины. Выходы анализаторов соединены со входами аналоговой вычислительной машины, один выход которой через усилитель и источник тока моделирования намагничивающей силы ротора связан с моделью магнитного поля, другой - через усилитель соединен со входом блока нелиней ности, выходы которого подключены соответственно к источникам тока моделирования по продольной и поперечной осям обмотки статора, а выходы этих источииков тока связаны с моделью магнитного поля. Целью изобретения является ничесии простого устройства, ко определять и ясследовать все ст р актерястяки синхронных м аши грубых допущений относительно сыщения магнитных систем ма параметры,Моделирующее устройство для определениястатических характеристик синхронных электрических машин позволяет получить любые статические характеристики синхронной маши ны в установившемся режиме при одновременном точном воспроизведении магнигного поля машины с учетом нелинейных характеристик намагничивания сердечников статора и ротора.10 Моделирующее устройство имеет электрическую модель магнитного поля синхронной электрической машины, два анализирующих устройства, соединенных с аналоговой вычислительной машиной, управляющей с помощью 15 нелинейного блока системами токов, вводимых в модель магнитного поля.Модель магнитного поля воспроизводит поле в синхронной машяне, причем поле в магнитных сердечниках статора и ротора модели руется различными нелинейными двухполюсниками. Анализирующие устройства представляют собой масштабные преобразователи со входными сопротивлениями, соединенными в звезду, причем сопротивления звезд выбраны 25 по специальному принципу,Нелинейный блок управления токами модели имеет специальный вращающий трансформатор, приводимый во вращение исполнительным двигателем постоянного тока. Измерение 30 токов, вводимых в модель, проводится такжес помощью особого вращающегося трансформатора,На фиг, 1 приведена блок-схема моделирующего устройства для определения статических характеристик синхронных машкин; на фиг. 2 - принципиальная схема модели магнитного поля с присоединенньвги к ней анализаторами потокосцепления обмотки статора; на фиг. 3 - принципиальная схема соединения блоков аналоговой вычислительной малины для определения внешней, регулирозочной, угловой и нагрузочной характеристик синхронной машкины; на фиг. 4 - схема управления источниками токов, моделирующих намагничивающую силу обмотки статора в проекциях на продольную и поперечную оси машины, и устройство, контролирующее соотношение между этакими проекциями.Моделирующее устройство для определения статических характеристик асинхронных машин имеет электрическую модель 1 магнитного поля исследуемой синхронной машины. К модели присоединены два анализатора 2 и 3 потокосцепления обмотки статора по продольной и поперечной осям машины. Выходы анализаторов соединены с блоками аналоговой вычислительной машкины 4. Лналоговая машкина 4 через усилитель 5 связана с источником б тока, вводумым в модель 1 для моделирования намагничивающей силы обмотки ротора. Через усилитель 7 аналоговая машина также соединена с нелйнейным управляющим блоком 8, который задает через источники 9 и 10 токи, моделирующие намагничивающую силу обмотками статора в проекциях на продольную и поперечную оси машины. Устройство 11, присоединенное к нелинейному блоку 8 и аналоговой вычислительной машине 4, изменяет токи, моделирующие токи источников 9 и 10 токов,Модель 1 служит для воспроизведения магнитного поля синхронной машины, используя аналогию между электрическим и магнитным полями, Моделирование среды с нелинейными хар актеристиками вызывает необходимость использования сопротивлений с нелинейными зависимостями, Полностью пространство в машине не моделировалось из-за непригодности большинства нелинейных сопротивлений для такого моделирования, В настоящей модели применены нелинейные двухполюсники Й, Я, и Р, наоранные из полупроводниковых диодов, что обеспечивает высокую стабильность характеристик двухполюсников и позволяет выполнять модель с достаточной точностью и относительно невысокими напряжениями.Обычно при исследовании статических характеристик неизвестными бывают не менее двух переменных, поэтому для достижения решения удобно использовать вычислительные средства, в частностями, аналоговые вычислительные машкины (ЛВМ).,При этом необходимо обеспечить непрерывный ввод в ЛВМ ин. формации о состоянии магнитного поля ма 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 шины. Для анализа статических процессов оказывается достаточно, измерять первые гармоники потокосцепления обмотки статора по осям д и д, В литературе не имеется аписа ния способов, непрерывного измерения какой- либо величины с одновременным разложением ее на гармонические. Обычно для анализа функцви, полученной в результате моделирования, ее вручную измеряют, представляют в виде графиков и разлагают известными способапи. Таким образом, всегда имеет место разрыв во времени между собственно моделированием и получением результатов в численном виде.В описываемом устройстве для анализа потокосцепления обмотки статора по продольной и поперечной осям используют соответственно анализаторы 2.и д, представляющие сооой масштабные преобразователями, содержащие усилители 12 - 15 постоянного тока, ко входам которых общими точками подсоединены звезды сопротивлений, соединенные друмми концами с моделью 1.Точки подсоединения сопротивлений к модели выбраны с учетом сопротивления пазового рассеяния обмотками статора моделируемой машины.Сопротивления звезд подобраны по следующим зависимостям, Заземленную точку моде ли считают за нулевую, а общее число точек присоединения к модели обозначают бо, где д - число пазов на полюс и фазу в модели может быть выбрано всегда целым,Направление обхода контура модели магнитного поля выбираютнапример, против часовой стрелки, Сопротивления, подсоединенные к любой 1-ной точке, находят по формулам:а) для сопротивлений, подсоединенных к усилителям 12 и И где С, - коэффициенты Котеса для численного интегрирования, в данном случае равные 8 4 - для всех 1, не кратных трем, и - для 9 3 всех , кратных трем;б) для сопротивлений, присоединенных к усилителям 14 и 15 8где С, = -- для всех 1, не кратных трем, и94- для всех , кратных трем.3 В этом случае усилители 12 - 15 оудут выделять из потенциальной функции, имеющей место в модели, первые гармонические потокосцепления по продольной д и поперечной д осям машины,50 55 60 65 Выходы усилителей 12 и 15 соединены с блоками АВМ, которые учитывают падения напряжения на лобовом и дифференциальном сопротивлениях обмотки статор а.Как видно из фиг. 3, АВМ находит напряжение У на зажимах обмотки статора в видеЦ=l и,+и,Выход нелинейного блока, извлекающего квадратный корень из суммы квадратов напряженый У и У, соединен с одним из входов сумматора, на два другие входа которого поданы потенциалы, пропорциональные заданному напряжению У 1 и току 1, моделирующему намагничивающую силу обмотки возбуждения ротора. Потенциал выхода этого сумматора через усилитель 5 напряжения задает ток источника б тока, и этот ток вводится в модель магнитного поля, воспроизводя намагничивающую силу обмотки возбуждения.Выход блока, на котором имеет место напряжение У, связан с нелинейным олоком, осуществляющим следующую зависимость между входным и выходным напряжениямиУ,= агсз 1 п Учто позволяет на его выходе получить значение угла О между вектором напряжения обмотки статора и поперечной осью ротора. Выход арксинусного нелинейного блока соединен со входом сумматора, на который одновременно подаются потенциалы, пропорциональные углам гр и Ч" машкины. Выход этого сумматора через усилитель 7 связан с нелинейным блоком 8 управления, два выхода которого управляют источниками 9 и 10 тока, моделирующими намагничивающую силу обмотки статора в проекциях на продольную и поперечную оси машкины,В описываемом конкретном случае в качестве нелинейного управления использован вращающийся трансформатор, с обмотки ротора которого снимаются напряжения, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота ротора этого трансформатора. Здесь выход усилителя 7 мощностями соединяется с якорной обмоткой маломощного исполнительного двигателя 1 б постоянного тока. Двигатель 1 б через редуктор 17 связан с синус-косинусным вр ащающимся тр ансфор м атор ом 18, а также через редуктор 19 с вращающимся трансформатором 20, имеющим линейную характеристику напряжения обмотки ротора в зависимости от угла поворота, Выход трансформатора 20 через выпрямительный мост соединен с блоком АВИ, производящим суммирование углов.Регулирование токов модели по двум каналам, причем так чтобы ток возбуждения изменялся при отклонении напряжения обмотки статора от номинального, а соотношение между проекциями тока статора - прои отклонении получаемых углов машины от действительных, позволяет получить систему автома 5 10 15 го 25 Зо 35 40 45 тического регулирования с хорошей сходи. мостью процесса регулирования.Применение двух вращающихся трансформаторов, мехавически жестко связанных между собой, позволяет наиболее просто решить задачу управления гальванически несвязанными источниками тока при одновременном контролировании углов между вектором тока и осями ротора машины. Вращающие трансформаторы являются надежными электромеханическими элементами высокой степени точности, у них отсутствует дрейф, они не подвержены старению, влиянию внешних полей и не требуют дополнительной специальной настройки.Снятис па описанной модели, например, регулировочных характеристик машины осуществляется следующим образом,На соответствующих сумматорах выставляются напряжения, пропорциональные напряжению оомотки статора и созср нагрузки, Сопротивлением в первичной обмотке синускосинусного вращающегося трансформатора 18 устанавливается напряжение, соответствующее току обмотки статора. Предположим, что в начальный момент источники б, 9 и 10 тока вводят в модель совокупность токов 1, 1 и 1,. На выходах усилителей 12 и 15 появятся потенциалы Ч а, и Ч а,. кокоторые после всех операций на АВМ дадут па выходе конечного сумматора, сравнивающего напряжение обмотки статора с номинальным, потенциал, не равный потенциалу, соответствующему введенному току 1, Через усилитель 5 будет введено необходимое исправление в ток источника б, так чтобы в итоге потенциал конечного сумматора стабилизировался и оказался пропорциональным искомому току 1. Одновременно с этим по второму каналу регулирования при наличии возмущения любого знака на входе усилителя 7 приходит во вращение электродвигатель 1 б и поворачивает в необходимом направлении оба вращающихся трансформатора 18 и 20. При повороте синус-косинусного трансформатора 18 изменяется соотношение между напряжениями его выходов при неизменном напряжении первичной обмотки. Следовательно, будет изменяться соотношение между токами 1 и 1, источников 9 и 10 токов, моделиру:"ощих йамагничивающую силу обмотки статора в проекциях на оси машины при неизменной полной намагничивающей силе.Линейный трансформатор 20, жестко связанный с синус-косинусным трансформатором 18, во время вращения исполнительного электродвигателя 1 б поворачивается, при этом происходит изменение напряжения на его выходе, тем самым происходит контроль угла, на который повернулся трансформатор 18.При соответствующей первоначальной настройке можно на выходе трансформатора20 получать сигнал, пропорциональный углу Ч поворота тока обмотки статора относительно поперечной оси машины, Угол Ч" непрерывно вводится на вход сумматора, производящего суммирование углов. 5Поворот всей системы происходит до тех пор, пока на выходе блока, суммирующего углы машины, не появится нуль напряжения и вращение электродвигателя не прекратится. Напряжение на выходе нелинейного блока 10 БН, осуществляющего арксинусное преобразование, будет соответствовать действительному углу О в исследуемом режиме.Нетрудно увидеть, что полная схема модели представляет собой нелинейную двухконтур ную систему автоматического регулирования. Устойчивость системы достигается выбором схемы регулирования и применением электро- механических элементов в цепи управления одного из контуров. 20Из рассмотренного примера видно, что данная схема является универсальной и позволяет снять большинство статических характеристик синхронной машины. Предмет,из обр етения Моделирующее устройство для определения статических характеристик синхронных машин, содержащее аналоговую вычислительную машину, усилители, блок нелинейностей и источники тока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения характеристик, оно содержит модель магнитного поля машины, соединенную с анализаторами потокосцепления обмоток статора по продольным и поперечным осям машины, выходы анализаторов соединены со входами аналоговой вычислительной машины, один выход которой через усилитель и источник тока моделирования намагничивающей силы ротора связан с моделью магнитного поля, другой выход ана. логовой вычислительной машины через уси. литель соединен со входом блока нелинейности, выходы которого подключены соответственно к источникам тока моделирования по продольной и поперечной осям обмотки статора, а выходы этих источников тока связаны с моделью магнитного поля,. Кузовенкова Типографи апунова,Заказ 15 ЦНИИПИ Составитель Е, Тимохинхред 3, Н. Тараненко 2 Тираж 500 Подписное омитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров ГССР Москва Ж, Раушская наб., д. 4/5