Устройство для моделирования синхронной машины Советский патент 1984 года по МПК G06G7/62 

Изобретение относится к электричес кой вычислительной технике, в частности к моделированию электрических систем или устройств. Известно моделирующее устройство для определения статических и динамических характеристик синхронных машин содержащее электрическую модель магнитного поля соединеннуй с аналоговым вычислительньш блоком для задания намагничивающей силы и измерения потокосцепления обмотки возбзгждения , Наиболее близким к изобретению по техническому решению является моделирующее устройство установившихся и пе реходных процессов синхронных машин, содержащее блок Моделирования электро магнитного поля, состоящий из резнетивной сетки и трех групп трансформаторов, и блок моделирования потокосцепления обмоток, состоящий из трех вьшрямитёльных мостов, узлы резистивной сетки соединены с обмотками трансформаторов в соответствии с конфигурацией воспроизводимого магнитного поля синхронной мавины C2j. Недостатком известного устройства является то, что для определения магнитного поля в интервале одного полюсного деления требуется воспроизведение магнитной цепи в .интервале двух полюсных делений машины. Это при водит к существенной потере точности моделирования, так как при одном и том же количестве элементов резистивной сетки два пoJИocныx деления машины воспроизводятся с шаГом дискретизаций вдвое большим, нежели одно полюсное деление. Цель изобретения - повьшение точности моделирующего устройства. Для достижения поставленной цели в устройстве, содержащем блок моделирования электромагнитного поля сое тоянщй из резистивной сетки и трех групп трансформаторов, и блок моделирования потокосцепления обмоток, состоящий из трех выпрямительных мостов причем граничные узлы первой группы резиртивной сетки соединены с шиной нулевого потенциала, одни выводы первичных обмоток трансформаторов пер вой группы соединены соответственно с граничными узлами второй группы резистивной сетки, первые вторичные об мотки трансформаторов, первой группы соединены последовательно и подключены к диагонали первого выпрямительного моста, первичные обмотки трансформаторов второй группы соединены последовательно и подключены к диагонали второго выпрямительного моста, а одни, выводы вторичных обмоток трансформаторов второй группы соединены соответственно с центральными узлами первой группы резистивной сетки, в каждый из трансформаторов первой группы введена вторая вторичная обмотка, причем все вторые вторичные обмотки соединены последовательно и подключены к диагонали третьего выпрямительного моста, а другие выводы первичных обмоток трансформаторов первой группы и вторичных обмоток трансформаторов второй группы соединены с шиной нулевого потенциала, к которой подключены одни разноименные выводы первой и второй обмоток каждого из,трансформаторов третьей группы, другие выводы обмоток каждого из трансформаторов третьей группы соединены соответственно с центральными узлами второй группы резистивной сетки. На фиг. 1 представлена принципиальная схема включения резистивной сетки; на фиг. 2 - принципиальная схема блока моделирования потокосцепления обмоток. Устройство содержит блок Моделирования электромагнитного поля, вьтолненный в виде резистивной сетки 1, воспроизводящей магнитное поле в интервале одного полюсного деления машины, блок моделирования потокосцепления обмоток, состоящий из групп трансформаторов 2 и 3, моделирующих соответственно обмотку статора в осях d и q и обмотку возбуждения и третью группу трансформаторов 4. V - Резистивная сетка 1 выполнена из линейных 5 и нелинейных 6 резисторов, моделирующих соответственно воздушных и ферромагнитные участки магнитной цепи машины, причем граничные узлы резистивной сетки 1, соответствующие внешней поверхности сердечника статора и внутренней поверхности сердечника ротора машины соединены с шиной нулевого потенциала, -: вследствие чего магнитный поток в возд ной среде, окружающей указанные поверхности, пренебрегается. Потенциал граничных узлов резистивной сетки 1, соответствующих радиальным Границам моделируемой области магнитного поля в .интервале одного полюсного деления, задаются с помощью группы идентичных трансформаторов 4. При этом количество трансформаторов 4 определяется числом пар сходственных узлов 7и8, 9и10, 11и12на радиальных границах.резистивной сетки. Каждый из трансфо1 маторов 4 имеет дне идентичные обмотки 13 и 14, одни из разноименных выводов которых соединены с шиной нулевого потенциала, а другие - с одной из указанных пар сходственных узлов на радиаль ных границах резистивной сетки 1. На резистивной сетке 1 воспроизво дится магнитное поле машины, созданное первой гармонической намагничивающей силы (н.с.) обмотки статора и н.с. обмотки ротора. В связи с этим продольную и поперечную обмотки статора следует представить распределенными вдоль расточки статора соответственно по .синусоидальному и коси нусойдальному законам. В таком представлении обмотка статора моделирует ся с помощью первой группы трансформаторов 2 с первичными обмотками 15 и вторичными обмотками 16 и 1 7,причем числа витков последовательно соединенных обмоток 16 распределены по си нусоидальному, а последовательно сое диненньк обмоток 17 - по косинусоидальному законам. Благодаря такому выполнению трансформаторов 2 токи в цепях обмоток 16 и 17 соответствуют продольному и поперечному токам, а суммарные напряжения этих обмоток - продольному и поперечному потокосцеплениям обмотки статора моделируе мой машины. Одни узлы 18-26 и другие узлы 27 и 28 резистивной сетки 1 соответству ют областям расположения обмоток ста тора и возбуждения и соединены с одними .из выводов первичных обмоток 15 и вторичных 29 измерительных трансформаторов 2 и 3, причем другие вьгоо ды обмоток указанных трансформаторов подключены к щине нулевого потенциала. При этом в цепи последовательно соединенных первичных обмоток.30 rpjm пы измерительных трансформаторов 3 соответствует току возбуждения, а суммарное напряжение - потокосцеплению обмотки возбуждения машины. I... В блоке моделирования потокОсцепления обмоток (фиг. 2) осуществляетрешение в координатлых осях d и q темы дифференциальных уравнений ктрического равновесия синхронногенератора, работающего на автоную индуктивно-активную нагрузТак как резистивная сетка 1 воспроизводит поле лобового рассея обмотки машины, указанную сису уравнений целесообразно предвить в виде -t-i -),,- ).v )3d . -(й -нК-я- -(. ) i -fS,f4() j ( соответственно продольная и поперечная составляющие потокосцепления обмотки статора, потокосцепления обмотки возбуждения, воспроизводимые на резистивной сетке 1; Lff индуктивность лобо вого рассеяния обмотки возбуждения; LJ - индуктивное сопротивление, учитывающее отличие полей рассеяния обмотки статора от измеренных на резистивной сетке 1; - активное сопротив- ление обмотки Статора;и„ ,RU - индуктивность и активное сопротивление нагрузки генератора;Jj ; О - продольная и поперечная составляющие тока обмотки статора; и« ,JP,г - соответственно нащ яжение, ток и активное сопротивление обмотки возбуждения . плечи выпрямительных мостов 31введены обратимые транзисторключи 34, управляемые через клеммы 33--38 токами вторичных обмоToJc Трансформаторов 59, Первичная обмотка трансформатора 59 подключена к сети. 220 В, 50 Гц. Одни из диагоналей мостов 31-33 через клеммы 60 и б1, 62 и 63, 64 и 65 включены соответственно в цели обмоток 16, 30 и 17 групп трансформаторов 2 и 3. Другие диагонали мостов 31-33 - вклю чены между выходами интеграторов 66-68 и клеммами 69-71, причем указа ные клеммы через последовательно сое диненные р1езисторы 72 и 73, 74 и 75, 76 и 77 соединены с шиной Нулевого потенциала резистора 73, 75 и 77 соответственно, а через потенциометры 78-80 соединены с одним из входов интеграторов 66-68, Другие входы указанных интеграторов через потенциометры 81-83 соединены с выходами масштабного усилителя 84, интегратора 66 и с клеммой 85, Потенциометры 86 8 цепях управления транзисторных ключей электронных мостов служат для ограничения токов вторичных обмоток трансформатора 59. Устройство работает следующим образом. В исходное состоянии первичная обмотка трансформатора 59 подключена к сети. После подачи на клемму 85 напряжения, соответствзтющего напряжению возбуждения - Ur, на выхо де интегратора 68 фс(рмируется напряжение, пропорциональное ( if, Пр этом выходной ток интегратора 68, пропорциональный току 1г обмотки возбуждения, протекает через открытые ключи моста 32, обмоток 30 трансформаторов 3 И резисторы 76 и 77, Причем указанный ток, благода ря электронному иосту 32, в обмотках трансформаторов 3 преобразуется в переменный ток прямоугольной формы, который после трансформации через 06 мотки 29 вводится в резистивную сетку 1 в качестве и,с, обмотки возбуждения , Напряжение на сопротивлении 77, пропорционал1;ное току 1, поступает на второй вход интератора 68 дл учета падения напряжения на активном сопротивлении г обмотки возбзпкдения Резисторы 76 и 77 выбираются с таким расчетом, чтобы суммарное паде-. ние напряжения на них от выходного тока интегратора 68 соответствовало потокосцеплению лобового рассеяния обмотки возбуждения. Ток интегратора 68 в резистивной сетке 1 приводит к появлению на клеммах 60-63 переменных напряжений, которые после выпрямления электронными мостами 31 и 33 создают мелзду клеммой 69 и выходом интегратора 66 напряжение, пропорциональное V , а между клеммой 70 и выходом интегратора 67 напряжение, пропорциональное V. Под действием указанных напряжений в цепях резисторов 72-75 возникают токи, пропорциональные I., и 1й, при этом на выходах интеграторов 66 и 67 формируются напряжения, пропорциональные ,. Напряжения на резисторах 73 и 75, пропорциональные токам Ij и „, подаются на входы интеграторов 66 и 67 для учета падения напряжения на активных сопротивлениях г, К„, Токи обмоток 15 и 29 групп трансформаторов 2 и 3 моделируют н.с. обмоток статора и возбуждения. Посредством группы трансформаторов 5 на сходственных узлах радиальных границ резистивной сетки 1 формируются равные по величине и противоположные по знаку потенциалы oi Чо , Mjfi - потенциалы i сходственных узлов резистивной сетки 1 на. двух радиальных границах с координатами О и /Г. Таким образом, выполнение устройства в соответствии с изобретением позволяет ограничиваться областью моделирования магнитного поля в пределах одного полюсного деления машины, что в свою очередь дает возможность без усложнения резистивной сетки вдвое уменьшить шаг дискретизации магнитного пространству и тем самым сз цественно повысить точность расчета электромагнитных характеристик машины.

8

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ, содержащее блок моделирования электромагнитного поля, состоящий из резистивной сетки и трех групп трансформаторов, и блок моделирования потокосцепления обмоток, состоящий из трех выпрямительных мостов , причем граничные узлы первой. группы резистивной сетки соединены с шиной нулевого потенциала, одни выводы первичных обмоток трансформаторов первой группы соединены соот-. ветственно с граничными узлами второй группы резистивной сетки, первые вторичные обмотки трансформаторов первой группы соединены последовательно и подключены к диагонали первого вьтрямительного моста, первичные обмотки трансформаторов второй группы соединены последовательно и подключены к .диа гоналив торого выпрямительно го моста, а одни выводы вторичных оймоток трансформаторов второй группы соединены соответственно с центральными узлами первой группы резистивной сетки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в каждьй из трансформаторов первой группы введена вторая вторичная офютка, причем все вторые вторичные обмотки соединены последовательно и подключены к диагонали третьего вьтрямительного моста, а другие выводы первичных обмоток трансформаторов первой группы и вторичных обмоток трансформаторов второй группы соединены с- шиной нулевого потенциала, к которой подключены одни разноименные выводы первой N9 и второй обмоток каждого из трансфор:л маторов третьей группы, другие вьгооЭ) ды обмоток каждого из трансформато:о ров третьей группы соединены соответ 9 ственно с центральными узлами второй группы резистивной сетки.

18

19

27 Щ

rt

26

W

28 iS I& .y Фиг.1