Устройство для моделирования магнитных полей в синхронных машинах

Номер патента: 1455348

Автор: Фрнджибашян

ZIP архив

Текст

(19) 607 6 151 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯМ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) (22) (46) (71) стит (72) (53) (56) ов т граушей ения уппу ели- каж- ппы е ирования лючаюший от силь п лиз Изв обмоток, мостовых выходную г и блоки мо и ротора, ает две гр олнительно ер орт Ав вания поля стат дыи из которых вклю трансформаторов, д дены в блок задания силы и потокосцепле У 11(54)НИТНЬ ввеущей групфильт ючей. магнитодвижия обмоток пы мостовых инвертор в, групп группы вычик мо рующих конденсато3 ил. Изобретение ся к вычисл модетельнои техлированию эройств.Цель изо ке, в частностиктрических систем те те ния - повышенования,приведена схема ч 4 ь Об ти мо а иг а моделифиг. 2 ани гнитного поля налок ипиальная схе задания магнит ижущих сил и плений обмот ров ания пото коблоков моделироротора; на фигрешающий уравнравновесия маш ани ора и блок,огоя с 3 - аналоговыи ния электрическ ы иство содержит блок м магнитного поля, вклю ю резистивную в поляр дели- ающий рован двум е)х к ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 4122764/24-2422.09.8630.01.89. Бюл. У 4Ереванский политехнический инут им, К, МарксаЭ. С. Фринджибашян681.333(088.8)Фринджибашян Э,С. и др. Матемакое моделирование в задачах анаи синтеза электрических машин. - тия АН СССР. Энергетика и тран 1975, У 2, с, 85-92. торское свидетельство СССР 5633, кл. С 06 С 7/62, 1982. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ МАГ 1 Х ПОЛЕЙ В СИНХРОННЫХ МАШИНАХ Изобретение относится к области лительной техники, в частности елированию электрических систем и устройств. Цель изобретения шение точности моделирования, этого в устройсТво, содержащее моделирования магнитыого поля, чающий двумерную резистивную с полярных координатах, блок зад граничных условий на радиальных ницах, блок задания магнитодвиж ординатах сетку 1; состоящую из линейных 2 и нелинейных 3 резисторов,моделирующих соответственно воздушные и ферромагнитные участки магнитной цепи в инвервале половины полюсного деления машины (Фиг. 1), причем граничные узлы, расположенныена тангенциальных границах, соединены с нулевой шиной. Граничные узлына одной из радиальных границ сетки1 через группу мостовых инверторов 4и первую группу фильтруюших конденсаторов 5, а узлы, расположенные над 1 угой радиальной границе, через вторую группу фильтрующих конденсаторов6 соединяются с нулевой шинои, В плечи мостовых инверторов включены обратимые ключи 7 и 8, причем группа0 диагоналеи группы мостовых ин т остовых инверторов и группы конденаторов 5 и 6 составляют блок задания граничных условий на радиальных 1 раницах,Магнитное поле машины, созданное первой гармонической магнитодвижушей Силой (МДС) обмотки статора и МДС обмотки ротора, моделируется блоками Моделирования поля статора и ротора, лок моделирования поля статора вклюает первую 9 и вторую 10 группы рансформаторов с первичными 11 и ервой 12 и второй 13 вторичными оботками.сПри этом числа витков последоваельно соединенных обмоток 12 распре- елены по синусоидальному закону, а оследовательно соединенных обмоток 3- по конусоидальному закону (фиг. 2), лагодаря такому выполнению трансформаторов 9 и 10 токи в цепях обмоток2 и 13 соответствуют продольному иоперечному токам, а суммарные напряжения этих обмоток - продольному и поперечному потокосцеплениям обмотки мутатора моделируемой машины, Обмотка ротора представлена в виде четыех катушек с одинаковыми числами итков, моделируемых посредством вух групп трансформаторов 14 и 15идентичными первичными 16 и втоичными 17 обмотками, причем все перичные обмотки 16 трансформаторов 1415 соединены последовательно. Груп трансформаторов 14 и 15 составляют бло моделирования поля ротора, Для исключения ограничения воспроизводимых процессов в области низких частот связь укаэанных групп трансформато ров с резистивной сеткой 1 и аналоговым блоком (фиг. 3) осуществляется через первую, вторую, третью, четвертую группы мостовых инверторов 18,18, 19 и 19 и выходную группу мостовых инверторов 20 блока задания магнитодвижушей силы и формирования потокосцепления обмоток. При этом посредством мостовых инверторов, соединенных с первичными обмотками трансформаторов, осуществляется преобразование постоянного напряжения в переменное напряжение прямоугольной формы, а с помощью мостовых инверторов, подключенных к вторичным обмот - кам, осуществляется обратное преобразование трансформированного напряжения в постоянное напряжение. Одни изиз входов интег ны с2 со едиторо гие входы указан ерез потенциомети масшт инт ых ин7с выходам 49 соединеного усилителя 5 0 егратора 32 и у и инвер рямоугольуправляющие остовых инвер и 23. Аналодержит также К прямоора 52лючаютс3 всех с клеммо сномуных выходу генера импульсов под входы ключей торов и групп говый блок (ф ч г, 3) емкос т изве ти 55.стного подходаполя методомв предлагаемо торы 5 о тличи к расчет слабой а магни го окс ции гнитисходное чравнение оист ного поля не расщепляет ные уравнения, а предст виде совокупности урав ся на одномеявляется в енин локальобласти поля геометричес- характериччастки Ферных учас максикими ис тик ами ков расчетно ьн экиминили м ек тром ходящих 18 и 19 соединяются с первичными обмотками 11 группы трансформаторов 9 и с вторичными обмотками 17 группы трансформаторов 14, а одни из диагоналей группы мостовых инверторов 18 и 19 с первичными обмотками группы трансформаторов 10 и вторичными обмотками группы трансформаторов 15. Зашунтированные двумя группами Фильтруюших конденсаторов 21 и 21 блока задания магнитодвижущей силы и Формирования потокосцепления обмоток другие диагонали групп мостовых инверторов 18, 19 и 18 , 19 (фиг: 2) соответственно через группы ключей 22 и 23 блока задания магнитодвижущей силы и форми(рования потокосцепления обмоток включаются между нулевой шиной и центральными узлами 24 - 28 резистивной сетки(Фиг, 1).Последовательно соединенные обмот" ки 12 и 13 групп трансформаторов 9 и 10, первичные обмотки 16 групп трансформаторов 14 и 15 подключаются к одним из диагоналей групп мостовых инверторов 20 (Фиг. 2). Другие диаго. нали этих мостовых инверторов включены между выходными клеммами 29 - 3 (Фиг. 3) интеграторов 32 - 34 и клеммами 35 - 37 аналогового блока, причем указанные клеммы через последовательно соединенные резисторы 38 и 39, 40 и 41, 42 и 43 соединены с нулевой шиной. Резисторы 39, 41 и 43 соответственно через потенциометры 44 - 46- любые найденная из (8)приО сходится к (6) сильно.Таким образом, при заданном распределении плотностей токов 8; уравнение (7) и условия (3) и (8) позво"ют определить распределение вектор,ных магнитных потенциалов в расчет,ной области О, следовательно, и потокосцепления обмоток машины,ау= , (А, - А",) т (10) а Рааа гдеа, Р а, И- соответственно потокосцепление, число катушек, числопараллельных ветвей, число витковВ.-й обмотки;аА - А - разность векторныхмагнитных потенциалов активных сторон а -й катушкиК-й обмотки.Принятая форма представления уравнения магнитного поля (7) и (8) приводит к необходимости дискретного задания токов обмоток для расчета магнитного поля машины, те., если ток, принадлежаший ь-й катушке и К й обмотке, вводится в 1-ю подобласть рассчитываемого магнитного по-.ля, то его следует представить в виде р Е(1, с). Дискретное заданиетоков прйводит в модели магнитногополя к дискретному представлению векторных магнитных потенциалов. Длявозможности формирования непрерывныхзначений векторных магнитных потенциалов, используемых в выражении(10) для определения потокосцепленияобмотки, а также дискретного заданиятоков, векторные магнитные потенциай15лы А 1 и А в фуцкции от токаиМДС 1-й катушки следует в моделиобмотки представить вследующем виде 25где в случае 1 =активные сторонырассматриваемой катушки расположеныв одной подобласти; при 1 Ф 1 - вразных подобластях30 ,Согласно (11)МИ, С) - Ра ЗЕ,ааа(12) А = - 1 -д (, ) + .ди,о 40 Последнее равенство обеспечивается при допущении 7. = Сопя в интерлвале времени , что возможно, если период наивысшей гармоники токов Т 7 7 1000 С, При выборе величины коэфФи циента Ы (8) и (11) следует исходитьиз того, что согласно (9) и (12) увеличение о 1 приводит к уменьшению пульсаций. рассчитываемых величин векторных магнитных потенциалов и снижению,скорости решения задач из-за увеличения постоянных времени установления исследуемых процессов. Полученная система уравнений (3), (7), (8)и (11) позволяет за счет несущественного увеличения аппаратурных затрат путем депараллезации вычислительного процесса увеличить размерность решаемых на сеточных электрических моделях задач анализа синхронных машин, 1455348 10В.блоке моделирования магнитного поля устройства реализуется система уравнений (3), (7), (8) и (11) при Я=2.В аналоговом блоке осуществляется решение в координатных осях Й и Ч системы дифференциальных уравнений электрического равновесия синхронного генератора, работающего на автономную индуктивно-активную нагрузку. Так как резистивная сетка 1 не воспроизводит поле лобового рассеяния обмоток машины, указанную систему уравнений целесообразно представить в виде 20 25 30+ (Т, + Ь)1+ (К+ г)13; 1- (Т 1 Е - Е Е),фЕ Ей Егде ч,соответственно продольная и поперечная составляющие потокосцепления обмотки 50 статора, потокосцепления обмотки ротора, воспроизводимые на резистивной сетке 1;с индуктивность лобово го рассеяний обмотки ротора;индуктивность, учитывающая отличие полей 1 1,6При этом в электрической модели век торному магнитному потенциалу А оригинала ставится в соответствие электрическйй потенциал Ч модели, удельному магнитному сопротивлениюудельное активное сопротивление Р, а токам 1 1 обмоток машины - сторонниеЬтоки .Ь, вводимые в соответствующие узлы сеточной модели (в отличие от 10 реальных модельные токи обозначены с черточкой сверху). Члены уравнения (8) и (11), содержащие множитель с, воспроизводятся конденсаторами периодически включаемыми между соответст вующими узлами сеточной модели и нулевой шиной. рассеяния обмоткистатора от измеренныхна резистивной сетке 1;г - активное сопротивление обмотки статора;Ь, К - индуктивность и активное сопротивлениенагрузки генератора;Тс, 1, - продольная и попереч- .ная составляющие тока обмотки статора;Б , Т , г - соответственно напряжение, ток и активное сопротивлениеобмотки возбуждения.По сравнению с известным методомпараллельного сеточного моделирования магнитного поля в пределах одного полюсного деления машины в предлагаемой модели депараллелизация вычислительного процесса при тех жемасштабах переменных требует в соответствии с уравнением (7) увеличенияпроводимостей реэистивной сетки 1 вИ = 2 раза.Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии генератор 52прямоугольных импульсов включен. После подачи на клемму 51 напряжения,соответствующего напряжению возбуждения ГЕ, на выходе интегратора 34формируется напряжение, пропорциональное Е + Ь. 1 . При этом выходной ток интегратора 34, пропорциональный току 1 Е обмотки ротора, пропротекает через соответствующий мостовой инвертор группы 20, первичныеобмотки 16 группы трансформаторов 14и 15 и резисторы 42 и 43, причемуказанный ток посредством мостовогоинвертора группы 20, соединенного склеммами 31 и 37 аналогового блока,преобразуется в переменный ток прямоугольной формы, который после трансформации выпрямляется мостовыми инверторами групп 19 и 19, соединенных с трансформаторами 14 и 15, и поступает на соответствующие конденсаторы групп 21 и 21 . Укаэанные конденсаторы, заряжаемые током ТЕ черезмостовые инверторы групп 18, 18 и19, 19, посредством управляемых впротивофазе ключей 22 и 23 подключаются к узлам 27 и 28 резистивной сетки 1, в которые вводятся токи, соответствующие ИДС катушек обмотки ро 1455348 12тора (фиг. 1). При этом в одном из (.остояний ключей 22 и 23 резистивной Сеткой 1 моделируется магнитное поле й пределах одной половины полюсного Деления машины, а в другом состоянии Определяется магнитное поле в пределах второй половины полюсного деле- ия е10Напряжение на резисторе 43, проорциональное току 1, поступает на торой нход интегратора 34 для учета адения напряжения на активном сопроивлении г обмотки возбуждения. Ре исторы 42 и 43 выбираются с таким асчетом, чтобы суммарное падение наряжения на них от выходного тока инегратора 34 соответствовало потокоцеплению лобового рассеяния обмотки отора.формируемые в узлах 24 - 26 рези" тинной сетки 1 напряжения через клви 22 и 23 поступают на зашунтированые конденсаторами группы 21 и 21, 25ходы мостовых инверторов 18 и 18 посредством которых преобразуются н 1 еременные напряжения прямоугольной ормы, поступающие на первичные оботки 11 трансформаторов 9 и 10. Об азуемые при этом напряжения на поедовательно соединенных вторичных бмотках 12 и 13 трансформаторон 9 и О суммируются таким образом, что по 1 ле их выпрямления посредством мосто- З йых инверторов 18 и 18 на клеммах 29, 35 и 30, 36 аналогового блока оздаются напряжения, пропорциональные потокосцеплениям и ( обмотки мутатора. Под действием указанных наряжений в цепях резисторов 38 - 41 формируются токи, пропорциональные 1,1 И 11, в результате чего на выходах интеграторов 32 и 33 измеряются найряжения, пропорциональные45д- (1, + 1.)1 и М - , (1, +1.)1При этом возникающие в модели обпоток из-за депараллелизации вычисли- Б 0 ельного процесса пульсации токов (глаживавтся посредством группы конДенсаторов 21 и 21.Определяемые посредством резистивйой сетки 1 последовательно во време йи результаты моделирования магнитноГо поля в пределах двух граничащих г 1 о оси ц (фиг. 1) половин полюсного Деления машины должны быть согласованы, т.е. потенциалы вдоль оси ц должны быть равны, .а вдоль оси с 1 равны по модулю и противоположны по знаку, С этой целью между граничными узлами вдоль осей Й и с 1 и нулевой шиной включены соответственно группы конденсаторов 5 и 6, причем конденсаторы группы 5 включены через мостовые инверторы группы 4, а конденсаторы группы 6- непосредственно, Мостовые иннерторы группы 5 управляются синхронно с группами ключей 22 и 23, благодаря чему при моделировании магнитного поля в пределах одной половины полюсного деления конденсаторы группы 5 включаются между соответствующими граничными узлами резистивной сетки и нулевой шиной в прямом направлении, а при моделировании магнитного поля в пределах другой половины полюсного деления - в обратном направлении. При этом масштаб времени .исследуемого процесса выбирается с таким расчетом, чтобы изменение напряжений на конденсаторах групп 5 и 6 за период коммутации мостового инвертора было пренебрежительно мало.Фо рмула из обретенияУстройство для моделирования магнитных полей в синхронных машинах, содержащее блок моделирования магнитного поля, включающий двумерную рези- стивнув сетку в полярных координатах, узлы тангенциальной границы которой соединены с шиной-нулевого потенциала, блок задания граничных условий на радиальных границах, блок задания магнитодвижущей силы и формирования потокосцепления обмоток, включающий выходную группу мостовых инверторов, в каждое из плеч которых включен ключ, и блоки моделирования поля статора и ротора, каждый из которых включает две группы трансформаторов, последовательно соединенные первые вторичные обмотки трансформаторов первой и второй групп блока моделирования поля статора, последовательно соединенные вторые вторичные обмотки трансформаторов первой и второй групп блока моделирования поля статора и последовательно соединенные первичные об" мотки трансформаторов первой и второй групп блока моделирования поля ротора подключены к выводам первых диагоналей мостовьы инверторов выходнойгруппы блока задания магнитодвижущей силы и формирования потокосцепления обмоток, выводы вторых диагоналей которьм подключены к группе информаци 5 онных выходов устройства соответственно, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности моделирования, в блок задания магнитодвижущей силы потокосцепления обмо ток введены две группы фильтрующих конденсаторов, четыре группы мостовых инверторов, в каждое из плеч которых включен ключ, выводы первых диагоналей мостовых инверторов первой и вто рой групп соединены с выводами первичных ;обмоток трансформаторов первой и второй групп блока моделирования поля статора соответственно, выводы первых диагоналей мостовых ин верторов третьей и четвертой групп соединены с выводами вторичных обмоток трансформаторов первой и второй групп блока моделирования поля ротора, выводы вторых диагоналей мостовых 25 инверторов групп соединены с выводами фильтрующих конденсаторов первой и второй групп и через ключи первоии второй групп подключены между шиной нулевого потенциала и соответствующими центральными узлами двумернойрезистивной сетки в полярных координатах, блок задания граничных условий на радиальных границах включаетпервую и вторую группы фильтрующихконденсаторов и группу мостовых инверторов, узлы двумерной резистивнойсетки в полярных координатах, расположенные на одной из радиальных границ, подключены к одним выводам первых диагоналей мостовых инверторовгруппы, другие выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, выводы вторых диагоналей мостовых инверторов группы соединены соответст- .венно с выводами фильтрующих конденсаторов первой группы, а узлы, расположенные на другой радиальной границе двумерной резистивной сетки вполярных координатах, соединены с шиной нулевого потенциала через соответствующие фильтрующие конденсаторывторой группы..113035, Иосква, Н,Подписное. бретениям и аушская наб крытиям при ГЕНТ ССГд 4/5

Смотреть

Заявка

4122764, 22.09.1986

ЕРЕВАНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. К. МАРКСА

ФРНДЖИБАШЯН ЭДУАРД СИМОНОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G06G 7/62

Метки: магнитных, машинах, моделирования, полей, синхронных

Опубликовано: 30.01.1989

Код ссылки

<a href="https://patents.su/8-1455348-ustrojjstvo-dlya-modelirovaniya-magnitnykh-polejj-v-sinkhronnykh-mashinakh.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для моделирования магнитных полей в синхронных машинах</a>

Похожие патенты