Наливайко Вадим Николаевич
Факультет: Электротехнический
Специальность: Электрические системы и сети
Тема выпускной работы:
Исследование влияния насыщения
на совокупность электромагнитных параметров синхронных машин
при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью.
Руководитель: Ларин А.М.
Автореферат магистерской работы
В настоящее время для расчета переходных процессов в синхронных машинах (СМ) используются схемы замещения, в которых предполагается, что цепи обмотки статора, возбуждения и демпферных контуров имеют магнитную связь только через основное магнитное поле взаимной реактивностью (рис. 1).Такие Т –образные схемы замещения с достаточной точностью отражают переходные процессы в обмотке статора, но приводят к значительным (иногда даже неприемлемым) погрешностям при расчетах токов в обмотке возбуждения.
Поэтому, модель СМ в виде многоконтурных схем замещения общепринятого вида в сочетании с полными уравнениями Парка-Горева не обладает достаточной гибкостью и не может быть использована для уточненного исследования переходных процессов в обмотке возбуждения генераторов (ОВГ).
Актуальность. В настоящее время для математического описания синхронных машин (СМ) наибольшего распространения получила система полных дифференциальных уравнений. Моделирование переходных процессов предполагает, в этом случае, известность определенной совокупности активных и индуктивных сопротивлений, отражающих связь между токами и потокосцеплениями в магнитосвязанных контурах машины. Такая исходная информация представляется в форме схем замещения физически обоснованной структуры, имеющих различную степень детализации. Для каждой структуры схемы замещения при использовании ПЭВМ требуется составление соответствующей программы расчета. Поэтому актуальной является задача разработки единого подхода к моделированию переходных процессов при использовании схем замещения различных структур.
Обзор существующих исследований и разработок. Сотрудниками Сибирского НИИ энергетики (Россия) предложены и получены более сложные структуры эквивалентных схем замещения турбогенераторов, также учитывающих различную взаимоиндуктивную связь между контурами, расположенными на роторе. Основной отличительной особенностью таких схем замещения является представлeние демпферной системы машины по продольной и поперечной осям ротора в виде основного демпферного контура, охватывающего магнитный поток взаимоиндукции между статором и ротором, и ряда локальных контуров, охватывающих магнитные потоки рассеяния и обмотки возбуждения. В этом случае обмотка возбуждения генератора, его демпферная система и цепи, отражающие взаимную индуктивную связь между ними характеризуются сложными зависимостями от скольжения высокого порядка (рис. 2).
Из выполненного анализа следует, что задача уточненного определения параметров эвивалентных схем замещения синхронных машин является актуальной.
Целью данной магистерской работы является разработка метода преобразования сложных эквивалентных схем замещения различных структур от одного вида к другому, наиболее удобному для моделирования. Это позволит составить универсальную программу расчета на ЭВМ для исследования различных видов переходных процессов.
Научная новизна.
Состоит в том, что в контексте дальнейшего развития теории связи ЧХ с переходными процессами предлагается ряд уточнений, которые позволяют повысить точность определения совокупности электромагнитных параметров СМ, поскольку учитываются следующие аспекты:
а) отличия постоянных времени для отдельных составляющих периодического тока статора в соответствии со схемой замещения Г-образного вида;
б) влияние параметров по поперечной оси ротора q на периодическую составляющую переходного тока статора при КЗ;
в) определение тока в обмотке возбуждения СМ с учетом насыщения.
Практическая ценность работы.
1) Предложен метод обработки исходных данных, которые получаются из опытов ВКЗ машин переменного тока, позволяющий уточнить электромагнитные параметры электрических машин.
2) Полученные в ходе выполнения работы результаты позволят при проведении дальнейших исследований обосновать необходимость внесения изменений в ГОСТ 10169-77.
ОСНОВНЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ
Предлагаемый способ основан на использовании частотной характеристики комплексного коэффициента распределения продольной составляющей тока статора в ветви обмотки возбуждения . В соответствии с [5] указанная характеристика определяется по данным обработки токов статора и ротора в опыте внезапного трехфазного короткого замыкания на выводах синхронного генератора, работающего на холостом ходу, следующим образом:
определяется по параметрам экспоненциальных составляющих, аппроксимирующих периодическую слагаемую тока статора, в соответсвии с рекомендациями ГОСТ 10169-77. Частотная характеристика
проводимости ветви ОВГ рассчитывается по параметрам экспонент, аппроксимирующих апериодическую составляющую тока в обмотке возбуждения (
):
может быть синтезирована любая из приведенных эквивалентных схем замещения. Применяемые для этого методы основаны на условии адекватности только исходной характеристики и характеристики, рассчитываемой по параметрам схемы замещения, т.е
В этом случае обмотка возбуждения при представлении ее одним контуром, в большинстве случаев отражается неверно. Для более точного определения параметров схем замещения, учитывающих влияние ОВГ, необходимо, чтобы в них характеристика 
также соответствовала исходной, полученной в опыте трехфазного короткого замыкания.
Следовательно, зная комплексные значения проводимости и коэффициента токораспределения , можно определить необходимую зависимость от частоты результируещей проводимости ОВГ. Выполним это следующим образом:
Таким образом, зная резульрующую проводимость ветви ОВГ
можно определить параметры отдельных контуров. Для этого можно использовать известные алгоритмы, а также процедуры минимизации универсальных прикладных пакетов для ПЭВМ.
Результирующая проводимость контуров, эквивалентирующих демпферную систему 
в соответствии с рис. 3 определяется следующим соотношением:
Представляя демпферную систему как и ОВГ многоконтурной цепью, можно получить параметры отдельных ее контуров на основании равенства
должна определяться с учетом известного индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора 
- проводимость схемы замещения, измеренная относительно зажимов ветви намагничивания.
Тогда результирующая проводимость демпферных контуров находится путем вычитания из проводимости 
проводимости ветви намагничивания и ОВГ:
В соответствии с сотношениями находятся параметры многоконтурных схем, эквивалентирующих соответственно ОВГ и демпферную систему в схеме, представленной на рис. 1. Для нахождения результирующей проводимости
в схеме, учитывающей различную взаимную индуктивность между контурами, расположенными на роторе (
)
выполняются следующие расчетные процедуры.
Определяется результирующая проводимость цепи, учитывающей влияние контуров ОВГ, демпферной системы и известного сопротивления взаимоиндуктивности по соотношению 
) в ветви сопротивления взаимоиндукции
и найденному значению 
рассчитывается коэффициент участия тока, протекающего в сопротивлении в цепи ОВГ (
):
.Путем изменения скольжения в нескольких точках добиваемся максимального соответствия между частотной характеристикой, полученной опытным путем и ЧХ, полученной с помощью программы расчета параметров Г-образной схемы замещения СМ (рис.4).
.Рисунок 4 - Частотные характерисктики синхронной машины при различных значениях скольжения.
* анимация сделана в программе Gif Animator (размер 40.7кб, 10 кадров, 3 цикла)
Для повторного запуска анимации обновите страницу
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. 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.
2. Машины электрические синхронные трехфазные. Методы испытания. ГОСТ 10169-77. М.:Госкомстандарт СМ СССР, 1977.
3. Казовский Е.Я. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока. — М.: Изд-во АН СССР, 1962. — 624 с.
4. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. Л.Энергоатомиздат, 1984.
5. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. Л.Энергоатомиздат, 1984. C. 314-325.
6. Харченко В.А. О разбросе значений параметров синхронной машины, находимых из опыта внезапного короткого замыкания. // Изв. РАН. Энергетика. 1996. №2. С. 127-137.
7. Харченко В.А. Еще раз о разбросе значений параметров синхронной машины, находимых из опыта внезапного короткого замыкания. // Изв. РАН. Энергетика. 1999. №1. С. 142-151
8. Ларин А.М., Рогозин Г.Г. Синтез параметров эквивалентной схемы замещения массивного ротора турбогенератора градиентным методом. / Электричество, 1976, № 11. С.10-13.