СПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДО-ЧАСТОТНЫХ И ФАЗО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КАЧАНИЙ РОТОРА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА В РАБОЧЕМ РЕЖИМЕ Российский патент 2004 года по МПК G01R31/34 H02K15/00 H02K19/16 

Изобретение относится к области производства, преобразования и распределения электрической энергии, в частности к синхронным генераторам, а именно к получению исходных данных для определения параметров синхронных генераторов в рабочих режимах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, выбранному за прототип, является способ экспериментального определения амплитуды и фазы качаний ротора синхронного генератора для ряда значений частоты вынуждающих колебаний напряжения возбуждения по электронным приборам или осциллограммам в рабочем режиме, основанный на том, что в качестве источника тестовых воздействий применяют генератор переменных напряжений, изменяющихся по закону синуса, задают набор фиксированных частот этих синусоидальных колебаний напряжения, настраивают генератор на одну из этих частот, подключают его к контактам возбудителя питания обмотки ротора, возбуждают качания ротора на частоте тестового напряжения и определяют косвенно по осциллограммам на этой частоте амплитуды угла качаний ротора и сдвиги фазы качаний ротора относительно принимаемой за начальную фазы синусоидального тестового напряжения. При этом все величины, входящие в расчетные выражения, определяются экспериментально в одном рабочем режиме (см. И.Д.Урусов, М.М.Камша. Теория и экспериментальные способы определения параметров синхронных машин в рабочих режимах методом малых колебаний. Известия Академии наук СССР. Энергетика и транспорт. №2, 1976, стр. 50-53). Этот способ не решает задачу определения амплитуды угла качаний ротора и сдвига фаз качаний ротора с требуемой точностью, так как при одной и той же частоте вращения ротора может развиваться разная мощность генератора, что создает различный уровень электромагнитных помех, а это приводит к нарушению идентичности условий проведения измерений и поэтому к снижению точности определения параметров качаний ротора генератора.

Сущностью предложенного способа экспериментального определения амплитуды и фазы качаний ротора синхронного генератора в рабочем режиме является то, что в качестве источника тестовых воздействий применяют генератор знакопеременных напряжений, изменяющихся по периодическому закону, задают набор фиксированных периодов колебаний, настраивают генератор знакопеременных напряжений на один из этих периодов и подключают его к контактам возбудителя питания обмотки ротора синхронного генератора, возбуждают тем самым вынужденные качания ротора, определяют на этом периоде хронометрическим методом амплитуду основной гармоники угла качания ротора и сдвиг фазы основной гармоники угла качания ротора относительно фазы основной гармоники знакопеременных напряжений на периоде тестового воздействия, для чего при вращении ротора генератора последовательно измеряют интервал времени между двумя ближайшими моментами регистрации, изменения которых вызываются изменением скорости вращения ротора при введении тестовых воздействий, вычисляют по полученным данным значения амплитуды δΘ_mT и фазы ϕ_от основной гармоники качаний ротора относительно фазы основной гармоники тестового воздействия на его фиксированном периоде по формулам

где δΘ_mT - составляющая амплитуды качании ротора на гармонике тестового воздействия;

X₁ - проекция вектора угла качаний ротора, параллельная оси, задаваемой на фазовой плоскости начальной фазой основной гармоники тестового воздействия;

Х₂ - проекция вектора угла качаний ротора, ортогональная оси, задаваемой на фазовой плоскости начальной фазой основной гармоники тестового воздействия;

а затем переключают генератор знакопеременных напряжений, изменяющихся по периодическому закону, на следующий фиксированный период тестовых воздействий и повторяют перечисленные выше операции и определяют амплитуду и сдвиг фазы основной гармоники качаний вращающегося ротора относительно фазы основной гармоники тестовых воздействий хронометрическим способом, для чего при вращении ротора генератора последовательно измеряют последовательно интервал времени между двумя ближайшими моментами регистрации, изменения которых вызываются изменением скорости вращения ротора при введении тестовых воздействий, рассчитывают амплитуду δΘ_mT и фазу ϕ_от по вышеприведенным формулам.

Способ позволяет определять амплитуды основных гармоник угла качания ротора и сдвиги фаз основных гармоник качания ротора синхронного генератора относительно фазы основной гармоники тестового воздействия на частоте, соответствующей периоду этого воздействия, в процессе эксплуатации без нарушений его рабочего режима, так как для измерения кинематических параметров вращения ротора выполняются прямые нечувствительные к электромагнитным помехам прецизионные измерения интервалов времени, соответствующих продолжительности полного оборота ротора, например, оптико-электронными методами с погрешностью не более 0,0000001 с и далее с их использованием определяются параметры качаний ротора.

Способ поясняется чертежом, на котором показана блок-схема варианта устройства определения амплитуды и сдвигов фаз основных гармоник качания ротора относительно фазы основной гармоники тестового воздействия на частоте этого воздействия.

Способ осуществляется следующим образом (на примере турбогенератора ТГ-250/300). С генератора тестовых воздействий 1 на устройство ввода 2 тестового воздействия (например, щеточный аппарат) в обмотки возбуждения генератора 3 последовательно в интервале частот от 0,1 до 13 Гц подают стабильный знакопеременный сигнал амплитудой от 1 до 3 В, возбуждающий в электромеханической системе генератора 3 малые качания ротора. Для регистрации параметров качаний применяют хронометрический способ, для реализации которого при вращении ротора с использованием устройства съема информации 4, например, в виде диска с пазом на валу ротора измеряют последовательно интервалы времени между двумя ближайшими моментами регистрации. При вращении ротора паз диска устройства съема информации 4 модулирует световой поток излучателя, который поступает на фотопреобразователь в блок 5 измерения интервалов времени t_i. Далее с применением зарегистрированных результатов измерения интервалов времени между двумя ближайшими моментами регистрации, которые при отключенном генераторе тестовых воздействий равны продолжительности периода вращения ротора, на фиксированных периодах тестового воздействия рассчитывают амплитуды δΘ_mT и фазы угла качания ротора ϕ_от по формулам

где δΘ_mT - составляющая амплитуды качаний ротора на гармонике тестового воздействия;

X₁ - проекция вектора угла качаний ротора, параллельная оси, задаваемой на фазовой плоскости начальной фазой основной гармоники тестового воздействия;

Х₂ - проекция вектора угла качаний ротора, ортогональная оси, задаваемой на фазовой плоскости начальной фазы основной гармоники тестового воздействия;

N - полное число оборотов ротора на мерном интервале,

t_i - продолжительность i-го интервала времени,

Т_H - номинальный период вращения ротора,

i - номер интервала времени,

Т_Tj - период тестовых воздействий,

j - номер периода тестового воздействия,

ϕ_от - сдвиг фазы, соответствующей периоду тестовых воздействий гармоноки качаний ротора, относительно фазы основной гармоники тестового воздействия.

С применением полученных результатов расчета амплитуды δΘ_mT и фазы угла качания ротора ϕ_от повышают точность расчета частотных характеристик генератора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для производства, преобразования и распределения электрической энергии, например, в синхронном генераторе для получения исходных данных, определяющих его параметры в рабочих режимах. Техническим результатом является обеспечение точности определения частотных характеристик синхронного генератора, необходимых для оценки его текущего технического состояния, прогноза, предотвращения аварий, замены системы планово-предупредительных ремонтов на систему ремонта синхронного генератора по текущему техническому состоянию. В способе экспериментального определения амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик качаний ротора синхронного генератора в рабочем режиме амплитуду и фазу качания вращающегося ротора определяют хронометрическим способом. Устанавливают генератор тестовых воздействий на фиксированный период знакопеременных тестовых напряжений, подключают генератор тестовых воздействий к обмотке возбуждения ротора генератора, измеряют последовательность интервалов времени между двумя ближайшими моментами регистрации, определяют при этом периоде тестовых воздействий амплитуду δΘ_mT и сдвиг фазы основной гармоники качаний ротора относительно фазы основной гармоники тестового воздействия ϕ_от на его фиксированном периоде по формулам где δΘ_mT - составляющая амплитуды крутильных колебаний ротора на гармонике тестового воздействия; ϕ_от - сдвиг фазы, соответствующей периоду тестовых воздействий гармоники крутильных колебаний ротора, относительно фазы основной гармоники тестового воздействия. С применением полученных результатов расчета амплитуды δΘ_mT и фазы угла качания ротора ϕ_от рассчитывают частотные характеристики синхронного генератора. 1 ил.

Способ экспериментального определения амплитуды и фазы качаний ротора синхронного генератора в рабочем режиме, заключающийся в том, что в качестве источника тестовых воздействий применяют генератор знакопеременных напряжений, изменяющихся по периодическому закону, задают набор фиксированных периодов колебаний, настраивают генератор знакопеременных напряжений на один из этих периодов и подключают его к контактам возбудителя питания обмотки ротора синхронного генератора, возбуждают вынужденные качания ротора, определяют на этом периоде амплитуду основной гармоники угла качаний ротора и сдвиг фазы основной гармоники угла качания ротора относительно фазы основной гармоники знакопеременных напряжений на периоде тестового воздействия, а затем переключают генератор знакопеременных периодических напряжений на следующий фиксированный период тестовых воздействий и повторяют перечисленные выше операции, отличающийся тем, что амплитуду и сдвиг фазы основной гармоники качаний вращающегося ротора относительно фазы основной гармоники тестовых воздействий определяют хронометрическим способом, для чего устанавливают генератор знакопеременных периодических напряжений, фиксированный период знакопеременных тестовых воздействий, подключают генератор знакопеременных периодических напряжений к контактам возбудителя питания обмотки ротора синхронного, измеряют продолжительность интервала времени между двумя ближайшими моментами регистрации, определяют при этом амплитуду δΘ_m и сдвиг фазы ϕ_от основной гармоники качаний ротора относительно фазы основной гармоники тестового воздействия на его фиксированном периоде по формулам

где X₁ - проекция вектора угла качаний ротора, параллельная оси, задаваемой на фазовой плоскости начальной фазой основной гармоники тестового воздействия;

Х₂ - проекция вектора угла качаний ротора, ортогональная оси, задаваемой на фазовой плоскости начальной фазой основной гармоники тестового воздействия;

N - полное число оборотов ротора на мерном интервале;

t_i - продолжительность i-го интервала времени;

i - номер интервала времени;

Т_H - номинальный период вращения ротора;

T_Tj - период тестовых воздействий;

j - номер периода тестового воздействия.