ДонНТУ    Портал магистров ДонНТУ                                                          

Очеретная Виктория Васильевна

Электротехнический факультет, кафедра электрических систем

Специальность «Электрические системы и сети»

Исследование влияния насыщения на совокупность электромагнитных параметров синхронных машин и его учета при моделировании переходных процессов

Научный руководитель: Ларин Аркадий Михайлович

Автореферат по теме выпускной работы

        Учет сложных явлений магнитного насыщения и вытеснения тока в массиве ротора представляет сложную проблему, решаемую при строгом подходе с использованием теории электромагнитного поля.[1]. Между тем общепринято, что при решении задач проектирования в электрических системах допустимая погрешность при определении токов короткого замыкания (КЗ) принимается на уровне 10%. Синтез эквивалентной схемы замещения синхронной машины (СМ) для решения поставленной задачи в этом случае предопределяет принятие следующих допущений:

       - учет рассматриваемых явлений только в продольной оси ротора;

       - обеспечение требований по точности расчета токов КЗ только в начальной стадии переходного процесса (в пределах времени отключения повреждения с помощью быстродействующих релейных защит);

       - неучет влияния устройств регулирования возбуждения, что позволяет учитывать влияние вытеснения тока и насыщения на параметры эквивалентных контуров ротора без разделения их с учетом технологических функций;

       - принятие регистрируемого фазного тока обмотки статора при анализе исходных экспериментальных данных внезапного КЗ в качестве его составляющей по продольной оси ротора синхронной машины.

       На кафедре ЭСИС ДонНТУ были получены зависимости параметров контура, отражающего влияние демпферной системы для турбогенератора ТВВ-160-2. При этом принималась схема замещения по продольной оси ротора, в которой учитывалась различная взаимная индуктивная связь между контурами, показанная на рис. 1.

       При получении этой схемы в качестве обмотки возбуждения принимался контур, имеющий наибольшую постоянную времени.

       Влияние насыщения оценивалось интегрально путем нахождения частотных характеристик и параметров схем замещения по данным серии опытов, выполненных при различных исходных напряжениях. Последние подбирались таким образом, чтобы начальные значения периодической составляющей тока ВКЗ составляли примерно 2,0; 3,0 и 4,0 отн.ед., но не более максимальной величины 0,7Uном, регламентируемой ГОСТ 10169-77.

Рисунок 1 - Схема замещения СМ по продольной оси ротора с учетом cопротивления рассеяния взаимоиндукции между ОВГ и эквивалентной демпферной системой

        Полученные в этом случае аналитические зависимости не учитывают действительного распределения токов между обмоткой возбуждения и эквивалентной демпферной системой, поскольку синтез схемы замещения осуществлялся только на основании адекватности входной проводимости со стороны обмотки статора. Поэтому они могут использоваться для учета влияния насыщения на результаты расчета тока в обмотке статора.[2].

       Для получения аналогичных зависимостей для правильного учета распределения токов в роторе необходима структурная детализация схемы замещения путем выделения контура обмотки возбуждения. [3].Это может быть осуществлено с использованием способа синтеза схем замещения, в которых ОВГ представляется самостоятельной многоконтурной цепью.

       На рис.2 приведены амплитудно-фазовые частотные характеристики комплексных коэффициентов участия , рассчитанных в соответствии с (1) и (2) по данным обработки апериодических токов в обмотке возбуждения для различных исходных напряжений.

       Их анализ указывает на то, что в области частот тока в роторе от 0 до 0,01о.е. они отличаются между собою в пределах погрешности измерений и обработки переходных функций. В области же скольжений ротора от 0,1 до 1,0о.е. имеет место закономерные изменения анализируемых характеристик при увеличении напряжения в опытах ВКЗ. Однако получение аналитической зависимости коэффициента в функции начального напряжения или тока короткого замыкания для возможности использования при синтезе схем замещения затруднительно.[4].

            Рисунок 2 - Амплитудно-фазовые частотные характеристики коэффициента Cf(js) турбогенератора ТВВ-160-2 1 - при U=0.25Uном; 2 – при U=0.47Uном; 3 – при U=0.7Uном

       Целесообразнее это сделать непосредственно для параметров эквивалентных схем замещения. Проанализируем полученные по соотношению (3) комплексные проводимости обмотки возбуждения для схемы с вынесенной ветвью намагничивания (рис.3), представленные на рис.4.

                       (3)

        Рисунок 3 - Схема замещения СМ по продольной оси ротора с вынесенной ветвью намагничивания при выделении ОВГ многоконтурной цепью

Рисунок 4 - Амплитудно-фазовые частотные характеристики проводимости yf(js) турбогенератора ТВВ-160-2 1 - при U=0.25Uном; 
2 – при U=0.47Uном; 3 – при U=0.7Uном

       Сопоставление характеристик полученных при различных уровнях насыщения, свидетельствует о практическом их совпадении в области частот от 0 до 0,1 о.е., т.е. в той области, в которой появляется влияние ОВГ. При больших скольжениях имеет место несущественное, в пределах 5-8% изменение модульного значения исследуемого параметра. Однако, в области скольжений ротора, больших 0,1о.е. значительно в большей степени проявляется действие демпферной системы. На рис.5 приведены полученные по (4) частотные характеристики эквивалентной проводимости, отражающей влияние массивных конструктивных элементов ротора турбогенератора.

       (4)

Рисунок 5 - Амплитудно-фазовые частотные характеристики проводимости демпферной системы yd(js)  турбогенератора ТВВ-160-2 1 - при U=0.25Uном; 2 – при U=0.47Uном; 3 – при U=0.7Uном
(анимация: объем - 181 kбайт; размер - 857х420; состоит из 5 кадров; задержка между кадрами - 100 мс; задержка между последним и первым кадрами - 100 мс; количество циклов повторения - 20)

       Анализ полученных зависимостей позволяет установить, что влияние насыщения практически не проявляется в изменении свойств эквивалентной демпферной системы при скольжениях менее 0,1о.е. Это значит что параметры контура, имеющего наибольшую постоянную времени, практически не зависят от начального значения периодического тока статора.[5].

       Выполненные исследования показали целесообразность определения аналитической зависимости от тока короткого замыкания только параметров одного контура, отражающего влияние демпферной системы, имеющего наименьшую постоянную времени.

       При таком допущении независящая от насыщения составляющая проводимости схемы замещения Г–образного типа будет определяться следующим соотношением:

             (5)

       где - индуктивное и активное сопротивления первого контура, учитывающего влияние массивных элементов ротора в опыте, выполненном при напряжении , соответствующем ненасыщенному состоянию магнитной системы турбогенератора.

       Тогда значения второго эквивалентного демпферного контура могут быть рассчитаны по их проводимостям, найденным по экспериментальным частотным характеристикам [6].

       (6)

       Значения параметров второго демпферного контура, соответствующие различным уровням напряжения холостого хода, приведены в табл.1.

       Анализ зависимостей от начальной величины периодического тока короткого замыкания, приведенные на рис.6 и рис.7 соответственно, позволил получить аналитические выражения для определения зависимостей в функции тока статора при значении последних более 1 о.е.

       (7)        (8)

        где - значения сопротивлений, полученные при напряжении 0,25 от номинального.

Рискнок 6 - Зависимость от начального тока КЗ активного сопротивления второго эквивалентного контура, демпферной системы турбогенератора типа ТВВ-160-2

  Рисунок 7 - Зависимость от начального тока КЗ индуктивного сопротивления второго эквивалентного контура, демпферной системы турбогенератора типа ТВВ-160-2

       Таким образом, показано, что для Г-образной схемы можно установить зависимость параметров одного демпферного контура от начального тока КЗ статора. Это позволит с ошибкой не более 10 -12% рассчитывать переходные процессы с учетом влияния насыщения. [7].

       Целью моих дальнейших исследований является получение аналогичных зависимостей для схем замещения других структур, показанных на рисунках 8 и 9.

Рисунок 8 - Схема замещения СМ по продольной оси с учетом различной взаимной индуктивнойсвязи между обмотками и представлшении ОВГ многоконтурной цепью

Рисунок 9 - Схема замещения СМ по продольной оси ротора при представлении ОВ самостоятельной  многоконтурной цепью

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. Режим доступа:http://masters.donntu.ru/2002/eltf/tkachenko/diss/lib1.htm
     5. Харченко В.А. О разбросе значений параметров синхронной машины, находимых из опыта внезапного короткого замыкания. // Изв. РАН. Энергетика. 1996. №2. С. 127-137.
     6. 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
     7. Ларин А.М., Рогозин Г.Г. Синтез параметров эквивалентной схемы замещения массивного ротора турбогенератора градиентным методом. / Электричество, 1976, № 11. С.10-13.

При написании данного автореферата магистерская работа не завершена. Окончательный вариант работы можно получить у автора или научного руководителя после декабря 2010 года.

---

ДонНТУ    Портал магистров    Автобиография    Библиотека    Ссылки    Отчет о поиске    Индивидуальное задание