МОДЕЛЬ СИНХРОННОГО ТУРБОГЕНЕРАТОРА Советский патент 1950 года по МПК G06G7/63 

Предметом изобретения является модель синхронного турбогенератора, имитирующая стационарные и нестационарные режимы работы при помощи лампового генератора с колебательным контуром.

Известные модели подобного рода воспроизводят влияние нагрузки на частоту со значительным запаздыванием.

В предлагаемой модели этот недостаток устранен благодаря тому, что для измерения активной мощности выходной цепи применен ламповый ваттметр, воздействующий на генератор переменной частоты.

Разность напряжений генератора переменной и генератора стабильной частоты подается через усилительные устройства в колебательный контур лампового генератора, воздействуя на угловую скорость напряжения генератора.

Для воспроизведения без запаздывания э. д. с, наведенных в синхронном генераторе при быстром изменении его режима, может быть применен измеряющий реактивную мощность ламповый ваттметр, воздействующий через ламповые устройства на величину напряжения, даваемого моделью турбогенератора.

На чертеже приведена электрическая схема предлагаемой модели.

Модель воспроизводит синхронную э. д. с. E_d машины и ее изменение по величине и угловой скорости, вызванное изменением режима работы турбогенератора, и учитывает как действие регуляторов напряжения, так и действие регуляторов скорости турбины.

Ламповый генератор ЛГ с управляемым колебательным контуром подает напряжение на сетку лампы Л₁ и далее на усилитель мощности УМ.

При изменении нагрузки выходной цепи усилителя мощности УМ, вызванного, например, коротким замыканием на выходных клеммах А и Б, в трансформаторе тока Т₁ из-за наличия дросселя Д₁ воспроизводящего синхронный реактанс генератора, возникает чисто реактивный ток. Этот ток передается в выходную цепь лампового ваттметра Л₂.

Колебательный контур генератора переменной частоты ГП управляется постоянной слагающей тока выходной цепи лампового ваттметра Л₂ так, что при уменьшении этой слагающей угловая скорость (частота) вектора напряжения U_гп, генерируемого генератором ГП, уменьшается.

В качестве генератора переменной частоты может быть использован любой генератор с колебательным контуром L - С или R - С.

Так как генератор ГП работает параллельно с генератором стабильной частоты ГС, то уменьшение угловой скорости вектора напряжения U_гп вызовет увеличение разности напряжений U_п - U_гп.

Эта разность выпрямляется лампой Л₃ и после сглаживания фильтром подается на ламповый генератор ЛГ, увеличивая угловую скорость генерируемого им напряжения либо с помощью дросселя подмагничивания (для генератора с использованием емкости и индуктивности), либо с помощью лампы с изменяемым внутренним сопротивлением (для генератора с использованием активного сопротивления и емкости).

При увеличении частоты лампового генератора ЛГ напряжение на дросселе Д₂ резонансного контура Д₂ - С₁ уменьшается и конденсатор С₂ начинает постепенно разряжаться, открывая лампу Л₄. Анодный ток этой лампы увеличивается и заставляет генератор ГП увеличивать скорость колебаний. Разность U_гс - L_гп перестает увеличиваться, и ламповый генератор начинает работать с повышенной частотой.

Используя верхний и нижний изгиб характеристики лампы, можно добиться, чтобы мощность, отдаваемая моделью турбогенераторов при разных частотах, соответствовала характеристике P-f(ω) регулятора скорости турбины.

Одновременно с вышеописанным процессом происходит изменение величины э. д. с. синхронной машины, вызванное изменением режима работы.

Для воспроизведения этого изменения предусмотрен ламповый ваттметр Л₅, токовая иепь которого питается от трансформатора Т₁, а цепь напряжения - от трансформатора Т₂. Напряжение, подаваемое от трансформатора Т₂, сдвинуто посредством сопротивления R₁ и емкости С₃ на 90° по отношению к напряжению на выходе усилителя мощности УМ, т.е. по отношению к E_d. Поэтому постоянная слагающая тока в выходной цепи ваттметра Л₅ будет пропорциональна.

I_п ≡ U_т2·Isin φ,

где I - полный ток в выходной цепи ваттметра;

U_т2 - напряжение трансформатора Т₂.

Так как U_т2 постоянно, a Isinφ есть проекция полного тока генератора на ось полюсов, т.е. ток I_d, то можно написать, что I_п ≡ k·I_d. Подав этот ток на обмотку 1 дросселя подмагничивания Д₃, возбуждаемого резонансным контуром, питающимся от источника переменного тока, мы получим в обмотке 2 переменное напряжение, величина которого будет тем больше, чем больше ток подмагничивания и, следовательно, чем больше ток I_d. В результате на сопротивлении R₂ получится напряжение, величина которого зависит от тока I_d.

При коротком замыкании ток I_d мгновенно увеличится, а напряжение на сопротивлении R₂ мгновенно уменьшится. Это напряжение подается на конденсатор С₄, на котором напряжение не меняется мгновенно из-за большого сопротивления. Поэтому мгновенно уменьшится напряжение на сетке лампы Л₁ и увеличится ее коэффициент усиления, а следовательно мгновенно возрастет и напряжение E_d на выходе усилителя мощности УМ.

Затем конденсатор С₄ начнет разряжаться через сопротивления R₃, R₄, R₅. Напряжение на сетке лампы Л₁ начнет увеличиваться и уменьшать ее коэффициент усиления. Напряжение E_d уменьшится, воспроизводя эффект затухания наведенных э. д. с.

Для учета действия регулятора напряжения предусмотрен конденсатор С₅ и сопротивления R₄, R₅, моделирующие цепь возбуждения возбудителя.

При посадке напряжения регулятор напряжения РН подает напряжение на сопротивление R₄. Конденсатор С₅ при этом постепенно заряжается через сопротивление R₅ и напряжение на сетке лампы Л₁ уменьшается. При этом коэффициент усиления лампы Л₁ увеличивается и увеличивается э. д. с. E_d на выходе усилителя мощности УМ.

Предположим теперь, что модель воспроизводит не короткое замыкание генератора, а некоторое понижение напряжения, причем угловая скорость этого напряжения остается неизменной;.

Мощность, замеряемая ламповым ваттметром Л₂, выражается в этом случае уравнением:

где E_d - напряжение на выходе усилителя мощности УМ;

U - напряжение на клеммах;

X_d - реактанс дросселя Д₁;

δ - угол между з. д. с. E_d и напряжением U.

Благодаря понижению напряжения мощность Р несколько понизится, а следовательно понизится и постоянная слагающая напряжения на сопротивлении R₆. В результате уменьшится частота колебательного контура генератора ГП и начнет увеличиваться разность U_гC - U_гп Это заставит ламповый генератор ЛГ увеличить скорость колебаний, а следовательно, и угловую скорость выходного напряжения E_d усилителя УМ. При этом угол δ начнет увеличиваться, начнет увеличиваться и мощность Р, замеряемая ламповым ваттметром Л_э.

Через некоторый промежуток времени мощность, замеряемая ваттметром, и скорость вектора напряжения достигнут прежней величины.

Однако установившаяся разность U_гC - V_гп будет больше, чем прежде и будет создавать в генераторе ЛГ повышенную частоту. Поэтому угол δ между напряжениями E_d и U будет продолжать расти, вызывая увеличение мощности, увеличение частоты колебаний генератора ГП и скорости вектора U_гп.

В дальнейшем разность V_гC - U_гп начнет уменьшаться и тормозить генератор ЛГ, вследствие чего начнет уменьшаться скорость вектора E_d, угол δ вновь начнет увеличиваться и процесс будет повторяться.

В целях предотвращения выхода из синхронизма генератора ГП по отношению к генератору ГС в модели предусмотрены лампы Л₆ и Л₇, нормально запертые напряжением, поданным на сетки. Одна из этих ламп открывается при слишком большом напряжении U_гc - U_гп и заставляет генератор увеличить частоту колебаний, а другая открывается при слишком малом напряжении U_гC - U_гп и заставляет генератор ГП уменьшить частоту колебаний.

Сопротивление R₇ демпфирует колебания генератора.

Для управления нагрузкой генератора предусмотрен потенциометр R₈.

1. Модель синхронного турбогенератора, основанная на имитации стационарных и нестационарных режимов работы ламповым генератором с колебательным контуром, отличающаяся тем, что, с целью воспроизведения без запаздывания влияния нагрузки на частоту, для измерения активной мощности выходной цепи применен ламповый ваттметр, воздействующий на генератор переменной частоты, разность напряжений которого и генератора стабильной частоты подается через усилительные устройства в колебательный контур лампового генератора, воздействуя на угловую скорость напряжения генератора.

2. Модель синхронного турбогенератора по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью воспроизведения без запаздывания э. д. с., наведенных в синхронном генераторе при быстром изменении его режима, для измерения реактивной мощности выходной цепи, применен ламповый ваттметр, воздействующий через ламповые устройства на величину напряжения, даваемого ламповой моделью турбогенератора.