Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Огляд існуючих розробок
- 3. Ціль дослідження
- 4. Наукова новизна
- 5. Дослід РТКЗ и опрацювання даних
- 6. Уточнена математична модель
- 7. Уточнений алгоритм
- Висновки
- Перелік посилань
Вступ
Для надійної роботи синхронних електричних машин, тобто генераторів, двигунів і компенсаторів необхідно знати їх точні схеми заміщення і параметри цих схем. Це дозволяє визначити поведінку машини при різних збуреннях: короткі замикання, накиди і скиди навантаження, перенапруження.
Визначення параметрів синхронних машин є складною і важливою задачею. Для правильного налаштування релейного захисту та автоматики необхідно якомога точніше знати дані машини: опори статора і ротора по поздовжній і поперечній осях, опор ланцюга збудження, відповідні постійні часу. Ці параметри можуть змінюватися після ремонтів, перемаркіровок, заходів з підвищення потужності, реконструкції генератора, двигуна або компенсатора. Для визначення вищевказаних параметрів проводиться комплекс заходів, що входить до складу приймально-здавальних випробувань синхронних машин. Однією з його частин є проведення досліду раптового трифазного короткого замикання синхронної машини для визначення синхронного, перехідного і надперехідного опорів по поздовжній осі ротора синхронної машини, а також відповідних постійних часу.
1. Актуальність теми
Процедура проведення досліду раптового трифазного короткого замикання регламентується низкою документів: рекомендаціями міжнародної електротехнічної комісії IEC 34-4 [1], стандартом США IEEE 115 та чинним в Україні та країнах СНД галузевим стандартом ГОСТ 10169-77 "Машини електричні синхронні трифазні. Методи випробувань" [2]. Виробничий досвід показує, що при використанні стандартної методики з ГОСТ існує значний розкид параметрів навіть при автоматизованому знятті кривих струмів з затискачів машини і обробці експериментальних даних за допомогою комп'ютерної техніки. Ці похибки проявляються у вигляді розкиду розраховуваємих параметрів і ускладнюють відповідь на питання: чи свідчить це про некоректність теоретичних припущень при розробці алгоритмів розрахунку, або про неможливість реєстрації в дослідах необхідних параметрів режиму з заданою точністю. Тому питанню точності експериментального визначення параметрів СМ з дослідів ВКЗ присвячена велика кількість робіт [6], [7], [10].
2. Огляд існуючих розробок
В основу стандартної методики покладена спрощена модель синхронної машини, яка враховує тільки по одному демпферному контуру по кожній з осей ротора машини. Приймається також допущення про нехтування другий гармонікою в струмі КЗ і неврахування повільного обертання магнітного потоку, створеного аперіодичної складової струму статора. Автори робіт [3], [4], [5], аналізуючи стандартну методику намагаються встановити причину помилки у прийнятті допущення, пов'язаного з неврахуванням присутньої в струмі статора при раптовому короткому замиканні складової струму другої гармоніки. Однак, вони не досліджують впливу повільного обертання аперіодичної складової. Автор робіт [6][7] показує необхідність уточнення математичної моделі синхронної машини моделі для обліку повільного обертання аперіодичної складової і струму подвійний частоти. Але, показавши необхідність уточнення моделі, автор не переходь до її впровадження, а пропонує ряд заходів, спрямованих на контроль точності проведення експериментальних вимірювань і деякі зміни алгоритму визначення параметрів з умови максимального наближення до моделі, прийнятої стандартною методикою.
3. Ціль дослідження
Уточнення стандартної методики визначення електромагнітних параметрів синхронних машин з досвіду раптового трифазного короткого замикання через побудову частотних характеристик цих машин.
4. Наукова новизна
Наукова новизна полягає в розробці уточненого алгоритму визначення сукупності електромагнітних параметрів синхронних електричних машин шляхом побудови частотних характеристик.
5. Дослід РТКЗ и опрацювання даних
Для проведення досвіду раптового трифазного короткого замикання необхідно точне дотримання ряду умов:
1. Машина обертається на холостому ходу.
2. Машина обертається з синхронною швидкістю обертання.
3. Збудник працює в нормальному режимі
4. Автомат гасіння поля вимкнено.
5. До клем машини підключений трифазний ключ, у відкритому положенні, з іншого боку на ключі встановлена трифазна закоротка.
6. Через шунти до клем машини підключені електронні реєстратори сигналів.
Потім у довільний момент часу замикається ключ, реєструються струми в кожній фазі і починається наступний етап - обробка експериментальних даних.
Рисунок 1 - Процес проведення досліду РКЗ
Анімація (кількість кадрів:5, кількість циклів:5, об'єм: 18,6 кБ)
Для більш точного визначення параметрів машин необхідно використовувати уточнену математичну модель, яка представлена нижче. Ця формула описує миттєве значення струму у фазі А обмотки статора при КЗ з режиму холостого ходу. Аналогічні вирази виходять для двох інших фаз (1) [10]:
У цій формулі використовуються такі величини:
усталена, перехідна, надперехідна і максимально можлива аперіодична складові струму статора;
постійні часу загасання перехідних струмів;
y0 - кут між віссю фази А (особлива фаза) і віссю d машини в момент короткого замикання; w - частота обертання ротора машини; I2m - початкове значення струму подвійний частоти; wа - частота обертання аперіодичної складової потоку обмотки статора.
При обробці результатів вимірювань необхідно враховувати нескінченне число демпферних контурів на роторі машини, що не передбачено методикою ГОСТ. Залежно від типу синхронної машини, необхідної точності вимірювань, використовуваних приладів у розрахунок закладається необхідне і достатнє число контурів.
Скористаємося для аналізу стандартної методики визначення частотних характеристик (ЧХ) провідності СМ з боку обмотки статоранаведеної вище концепцією (2) [9].
Вибір математичної моделі для визначення електромагнітних параметрів і ЧХ з урахуванням багатоконтурності ротора дано в [2]. Відповідно до пункту 25.1 ГОСТ -10169-77 параметри машини по поздовжній осі слід визначати за перехідної функції, що є зміна обвідної періодичного струму якоря в досвіді ВКЗ. Ця складова визначається як напіврізниця ординат верхньої та нижньої огинаючих фазного струму. Представляючи періодичну складову струму сумою експонент, закон її зміни в часі може бути описаний функцією виду (3)
де Id - стале значення струму КЗ, Idk і Tdk - початкове значення і постійна часу загасання k-ої експоненційної складової періодичного струму, n - кількість експонент, яка дорівнює кількості врахованих контурів на роторі по поздовжній осі [10].
Таким чином, з урахуванням багатоконтурності ротора закон зміни фазного струму статора при ВКЗ має вигляд, аналогічний (1), з тією лише різницею, що періодична складова струму представляється не двома, а трьома - чотирма (за рекомендацією [2]) экспонентами. У відповідності зі стандартною методикою перехідній функції (3) відповідають такі вирази для визначення ЧХ провідності з боку обмотки статора по поздовжній осі ротора yd(js) (4):
або (5)
де аdk - коефіцієнт загасання k-ої експоненційної складової:
Параметри, що входять до (5), визначаються за такими формулами (6):
З рівняння (4) видно, що геометричним місцем точок окремих еквівалентних роторних контурів є кола, діаметри яких визначаються початковими значеннями відповідних експоненційних складових, апроксимуючих періодичний струм статора. Тоді на підставі частотної характеристики можна дати графічну інтерпретацію стандартної методики визначення ЕМП з дослідів ВКЗ. Відповідні побудови приведені на рис. 2.
Рисунок 2 - Комплексні проводимості еквівалентных роторних контурів
З рис. 2 випливає, що стандартна методика передбачає визначення надперехідного індуктивного опору, як опору машини з боку обмотки статора при нескінченно великому ковзанні ротора. Це відповідає тому, що початкове значення періодичної складової струму КЗ визначає провідність СМ при нескінченному ковзанні.
Насправді, ці значення необхідно визначати при ковзанні s = -1 [10].
Крім того, стандартна методика передбачає, що періодична і аперіодична складові знаходяться відповідно як нпіврізниця і напівсума огинаючих кривих фазних струмів [6], [7]. Апроксимація періодичного струму здійснюється шляхом послідовного виділення спочатку перехідної (на заключній стадії перехідного процесу), а потім надперехідного (на початкової частини перехідної функції після вирахування вже знайденої перехідний) складових. Аналіз параметрів багатоконтурних еквівалентних схем заміщення ряду промислових турбогенераторів, вказує на наявність роторних контурів, електромагнітні постійні часу яких менші за напівперіод синхронної частоти. Звідси випливає необхідність більшої дискретизації експериментальних даних, що успішно можна виконати за допомогою сучасних цифрових реєстраторів електричних параметрів режиму, і використовуючи зображаючий вектор перехідного струму статора синхронної машини. У цьому випадку будуть враховані також експоненти з постійними часу, порівнянними з часом напівперіоду промислової частоти.
У даний роботі ідеалізований експеримент (ІЕ) - це розрахунок електромагнітного перехідного процесу при раптовому трифазному КЗ на виводах СМ за допомогою математичної моделі, а не досвід на реальному генераторі. За своєю суттю такий ІЕ можна розглядати як метрологічну повірку засобів вимірювань і оцінку принципової можливості використання стандартної методики для визначення ЧХ СМ. Точність визначення параметрів, в цьому випадку, може бути оцінена шляхом зіставлення вихідних і знайдених за результатами розрахунку характеристик. Дослідження проводяться для різних типів синхронних генераторів (явнополюсних, неявнополюсного) [10].
6. Уточнена математична модель
Скористаємося математичною моделлю у вигляді аналітичного співвідношення, на основі уточнених зв'язків між частотними характеристиками і складовими перехідного струму. Це вираз являє собою рішення з похибкою не більше 1% повних рівнянь Парка-Горєва для ЕМ з незначними значеннями активного опору обмотки статора. По ньому можна визначати зміну узагальненого вектора струму статора при трифазних коротких замиканнях або включеннях в мережу СМ, що обертається з довільною швидкістю. Як відомо, при КЗ в обмотках статора будуть протікати: сталий, аперіодичний, струм подвійний частоти і перехідний періодичний струми. Стосовно до розрахунку ВКЗ з режиму холостого ходу закон зміни зображуючого вектора струму статора можна записати в наступному вигляді [10]:
7. Уточнений алгоритм
Можна запропонувати наступний алгоритм, уточнюючий визначення ЧХ. За даними апроксимації модуля узагальненого вектора струму статора початкові значення і коефіцієнти загасання експоненційних складових періодичного струму Ikdan akdan, які представляють собою проекції векторів комплексних провідностей відповідних роторних контурів при s = -1 на поздовжню вісь ротора [10]:
Припускаючи, що значення відповідають ковзанню нескінченність, знаходяться вектори комплексних провідностей при s = -1:
Враховуючи, що постійні часу, знайдені за вихідними векторах або їх проекціями на поздовжню вісь залишаються незмінними, розраховуються істинні значення комплексних провідностей роторних контурів при ковзанні s = -1:
Знаходяться дійсні максимальні значення провідностей роторних контурів при нескінченному ковзанні, які є діаметрами кіл відповідних частотних характеристик
По (4) розраховується ЧХ провідності з боку обмотки статора СМ.
Висновки
Застосування нового підходу дозволяє знизити похибку при визначенні частотних характеристик за рахунок виключення систематичної помилки, властивої стандартній методийі. На підставі аналітичного опису зміни узагальненого вектора струму статора при трифазному короткому замиканні на виводах синхронних машин запропоновано новий підхід до експериментального визначення частотних характеристик провідностей з боку обмотки статора, що дозволяє уточнити стандартну методику, рекомендовану ГОСТ 10169-77.
При написанні даного реферата магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2013 року. Повний текст роботи и матеріали за темою можуть бути отримані у автора або його керівника після вказанной дати.
Перелік посилань
- 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.
- Машины электрические синхронные трехфазные. Методы испытаний: ГОСТ 10169-77. – М.: Изд-во стандартов, 1984. – 78 с.
- Kamwa I. Phenomenological models of large synchronous machine from short-circuit test during comissioning - A clasical / modern approach / I. Kamwa, P. Viarouge, R. Machfoudi // IEEE Tranc. on Energy Conversion, 1994, V.9, № 1 – P. 85-97.
- Kamwa I. Computer software to automatic graphical analysis of sudden - short - circuit oscillograms of large synchronous machines / I. Kamwa, P. Viarouge, M. Pilote, et al. // IEEE Tranc. on Energy Conversion, 1995, V.10, № 3. – P. 399-406.
- Kamwa I. Experience with computer -aided graphical analysis of sudden - short - circuit oscillograms of large synchronous machines. / I. Kamwa, P. Viarouge // IEEE Tranc. on Energy Conversion, 1995, V.10, № 3. – P. 407-414.
- Харченко В.А. О разбросе значений параметров синхронных машин, находимых из опыта внезапного короткого замыкания / В.А. Харченко // Изв. РАН. Энергетика. – 1996. - № 2. – С. 127-137.
- Харченко В.А. Еще раз о разбросе значений параметров синхронных машин, находимых из опыта внезапного короткого замыкания / В.А. Харченко // Изв. РАН. Энергетика. – 1999. - № 1. – С. 142-151.
- Казовский Е.Я. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока / Е.Я. Казовский. – М.: Изд-во АН СССР, 1962. – 624 с.
- Грановский В.А. Автоматизация измерений и вопросы методологии измерений / В.А. Грановский, С.Г. Рабинович / В.А. Грановский // Методы и средства автоматизации научного эксперимента. – М.: ЦНИИТТЭИ приборостроения, 1972
- Ларин А.М., Шеина А.А. Новый подход к определению частотных характеристик синхронных машин по данным опытов внезапного трехфазного короткого замыкания // Наукові праці Донецького національного технічного університету № 10(180), 2011