УТОЧНЕНИЕ МЕТОДА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИНХРОННЫХ МАШИН ИЗ ОПЫТОВ ВНЕЗАПНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Автор: Е.В. Сытник
Источник: Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского. Институт электромеханики, энергосбережения и систем управления, IX Международная научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов "Электромеханические и энергетические системы, методы моделирования и оптимизации" (ESMO 2011)
Введение.
Проведение
опытов внезапного короткого замыкания (ВКЗ) рекомендуется для
экспериментального
определения синхронного, переходного и сверхпереходного индуктивных
сопротивлений по продольной оси ротора синхронных машин (СМ), а также
соответствующих постоянных времени. Кроме того, действующий стандарт
[1] предусматривает также в п. 25 и п.26 определение электромагнитных
параметров и частотных характеристик (ЧХ) с учетом наличия на роторе
произвольного числа контуров. Процедура нахождения значений указанных
параметров регламентирована рядом документов: рекомендациями
международной электротехнической комиссии IEC 34-4 [2], стандартом США
IEEE 115 и действующим в Украине и странах СНГ отраслевым стандартом
ГОСТ 10169-77 “Машины электрические синхронные трехфазные.
Методы испытаний” [1]. Исследования показали, что определение
в соответствие со стандартной методикой частотных характеристик
проводимости со стороны обмотки статора во всех случаях приводит к
систематической ошибке. Действительные составляющие и модульные
значения комплексов токов рассчитанных проводимостей всегда оказываются
меньше исходных.
Цель работы. Повышение точности экспериментального определения совокупности электромагнитных параметров в форме частотных характеристик проводимости со стороны обмотки статора СМ или эквивалентных схем замещения по данным измерения параметров переходного режима при внезапном трехфазном коротком замыкании на выводах электрической машины.
Материалы и результаты
исследований.
(1)
где
-
установившаяся, начальные значения
переходной, сверхпереходной и максимально возможной апериодической
составляющих
фазного тока;
-
постоянные времени
затухания свободных токов;
-
угол
между осью
фазы А статора и осью d
ротора в
момент КЗ;
- частота вращения ротора.
В качестве причин погрешностей выявлено влияние
допущений, связанных с пренебрежением медленным вращением
апериодической составляющей и одновременным неучетом второй гармоники
тока ВКЗ, которые положены в основу стандартной методики.
Более строгая математическая модель, которую
необходимо
использовать для уточненного определения ЭМП, должна быть представлена
следующим выражением:
(2)
где
-
начальное значение тока двойной частоты;
- частота
вращения апериодической
составляющей потока обмотки статора.
Для уточнения метода воспользуемся
математической моделью в виде аналитического соотношения, полученного в
[3] на основе уточненных связей между частотными характеристиками и
составляющими переходного тока. Это выражение представляет собою
решение с погрешностью не более 1% полных уравнений Парка-Горєва для ЭМ
с незначительными значениями активного сопротивления обмотки статора.
По нему можно определять изменение обобщенного вектора тока статора при
трехфазных коротких замыканиях или включениях в сеть СМ, вращающейся с
произвольной скоростью. Как известно, при КЗ в обмотках статора будут
протекать: установившийся, апериодический, ток двойной частоты и
переходный периодический токи.
Применительно к расчету ВКЗ из режима холостого хода закон
изменения изображающего вектора тока статора, полученный в [10] можно
записать в следующем виде:
(3)
В (3) векторы
отдельных составляющих переходного тока статора определяются по
частотным характеристикам 
и 
в соответствии со следующими соотношениями:
(4)
(5)
(6)
(7)
Составляющие переходного периодического тока статора, входящие в (7), представляют собой проекции на оси d и q соответствующих векторов, рассчитываемых по параметрам (x, r ) эквивалентных схем замещения с вынесенной ветвью намагничивания:
(8)
(9)
Экспериментальная проверка достоверности
разработанного способа осуществлялась для модельного синхронного
генератора типа МТ-30. Переходная функция изменения модуля обобщенного
вектора тока статора рассчитывалась по данным регистрации трех фазных
токов с дискретностью 0,002с по известному соотношению:
(10)
Погрешность аппроксимации функцией экспериментальных значений не превысила 8%.
Частотные характеристики рассчитывались по стандартной и уточненной методике. Их сопоставление свидетельствует о том, что уточненная методика позволила повысить точность определения частотных характеристики на 5,4% по действительной и 22,5% мнимой составляющим соответственно.
Отличие ЧХ, полученных с использованием стандартного подхода и уточненного находятся в тех же пределах, что и результаты идеализированного эксперимента.
Таким образом, применение нового подхода позволяет снизить погрешность при определении частотных характеристик за счет исключения систематической ошибки, присущей стандартной методике.
Выводы. На основании аналитического описания изменения обобщенного вектора тока статора при трехфазном коротком замыкании на выводах синхронных машин предложен новый подход к экспериментальному определению частотных характеристик проводимостей со стороны обмотки статора, позволяющий уточнить стандартную методику, рекомендуемую ГОСТ 10169-77.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
1. ГОСТ 10169-77. Машины электрические синхронные трехфазные. Методы испытаний. – М.: Изд-во стандартов, 1984. – 78 с.
2. International Electrotechnical Commission (IEC) Standard. Rotating Electrical Machines. Part 4: Methods for determining synchronous machines quantities from tests. Publication 34-4. Geneva, 1985. – 175 p.
3. Ларин А.М., Ткаченко А.А. Уточнение математической модели синхронной машины для определения совокупности электромагнитных параметров из опытов внезапного трехфазного короткого замыкания // Праці Луганського відділення Міжнародної Академії інформатизації, Луганськ: СНУ ім. Даля, 2005, №1. – C. 49-53.
Сытник Екатерина Владимировна, ДонНТУ ©2011