'
Криворучко Н.А., Валиуллин К.Р.
РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ *
Аннотация:
в статье приведена методика расчета основных элементов, используемых в имитационной модели работы синхронного двигателя
Ключевые слова:
синхронный двигатель, имитационная модель
УДК 574.46
Криворучко Н.А.
студент 2 курса магистратуры, напр. «Электроэнергетика и электротехника»
Оренбургский государственный университет
(г. Оренбург, Россия)
Научный руководитель:
Валиуллин К.Р.
канд. техн. наук. доцент кафедры электро- и теплоэнергетики
Оренбургский государственный университет
(г. Оренбург, Россия)
РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ
РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Аннотация: в статье приведена методика расчета основных элементов, используемых в имитационной модели работы синхронного двигателя.
Ключевые слова: синхронный двигатель, имитационная модель.
Для оценки мероприятий по повышению надежности электроснабжения порой необходимо произвести разработку модели рассматриваемой электроустановки, чтобы оценить эффективность тех или иных выбранных технических решений. В качестве среды моделирования был выбран математический пакет Simulink (MATLAB). Основным достоинством данного пакета является большое количество заранее заданных математических моделей элементов электроэнергетических систем, представленных в библиотеке SimPowerSystems. Кроме того, математическая модель, построенная в среде Simulink, позволяет наглядно наблюдать за всеми происходящими процессами и в случае необходимости оперативно изменять структуру модели, отражая изменения, произошедшие на реальном объекте. Исследования [1-4] также подтверждают адекватность математических моделей электроэнергетических объектов, представленных в библиотеке SimPowerSystems пакета Simulink.
Модель будет состоять из следующих элементов:
Рассмотрим более подробно каждый из элементов модели.
По сравнению с мощностями питающей ПС, мощность потребляемая электроустановкой достаточно мала и процессы, происходящие в вышестоящих элементах энергосистемы, в рамках данного исследования не представляют интереса, то допустимо моделировать шины рассматриваемых ПС как источники бесконечной мощности. Для моделирования трехфазных источников в библиотеке SimPowerSystems используется стандартная модель Three-Phase Source, схема замещения которой представлена на рисунке 1.
Параметры модели могут быть заданы непосредственно сопротивлением и индуктивностью источника, либо через мощность КЗ на шинах ПС и отношение реактивного и активного сопротивления системы. [5]
Мощность КЗ может быть найдена по формуле:
В связи с тем, что согласно принятым методикам расчета параметров схем замещения питающей системы, активным сопротивлением питающей системы пренебрегают ввиду его малости, отношение реактивного и активного сопротивлений (X/К ratio) в модели принимаем равным бесконечности.
Согласно [6], линии электропередач напряжением 110-220 кВ и длиной до 400 км с достаточной точностью моделируются П-образной схемой замещения. Для моделирования линий электропередач в среде Simiulink был выбран блок Three-Phase Series RLC Branch. В качестве параметров блока задаются сопротивление и индуктивность линии электропередач по прямой последовательности.
Модель трансформатора с расщепленными обмотками выполнена на базе блока Three-Phase Transformer (Three Windings), схема замещения которого представлена на рисунке 2.
Расчет параметров схемы замещения трансформатора, проведен по методике, изложенной в [7].
Были использованы следующие формулы. Активное сопротивление обмотки ВН трансформатора:
Активное сопротивление обмотки НН трансформатора:
Индуктивное сопротивление обмотки ВН трансформатора:
где - коэффициент расщепления обмоток НН трансформатора
Индуктивное сопротивление обмотки НН трансформатора:
Активная проводимость ветви намагничивания трансформатора:
Реактивная проводимость ветви намагничивания трансформатора:
Активное сопротивление ветви намагничивания трансформатора:
Индуктивность ветви намагничивания:
Стандартная модель синхронной машины, представленная в Simulink, позволяет моделировать как СД, так и синхронные генераторы (СГ), в зависимости от знака приложенной к машине механической мощности (положительная для работы в режиме генератора, отрицательная для работы в режиме двигателя).
Электрическая схема используемой модели представлена на рисунке 3 и описывается системой дифференциальных уравнений (10).
Рисунок 3 – Схема замещения СД, используемая в системе MATLAB
а - схема замещения по оси q; б - схема замещения по оси d
В системе (10) и на рисунке 3, величины с индексами d и q относятся к соответствующим синхронным осям координат, величины с индексом r и s относятся к ротору и статору соответственно, величины с индексами l и m относятся к цепям рассеивания и намагничивания соответственно, величины с индексом f относятся к обмотке возбуждения, а с индексом k – к демпферным обмоткам.
Механическая часть синхронной машины описывается зависимостями:
где – отклонение частоты вращения двигателя от синхронной скорости;
Н – постоянная инерции двигателя;
Tm – механический момент двигателя;
Te – электромагнитный момент двигателя;
Kd – коэффициент, учитывающий влияние демпферных обмоток;
– скорость вращения ротора двигателя;
– синхронная частота вращения;
– электрический угол нагрузки;
Pm – механическая мощность на валу двигателя;
– коэффициент демпфирования.
Так как для корректной работы имитационной модели СД все параметры должны быть представлены в именованных единицах, а в данных завода изготовителя они представлены в относительных единицах, необходимо выполнить пересчет параметров. Кроме того, величины сопротивлений обмотки возбуждения и сопротивлений демпферной обмотки должны быть приведены к значению сопротивлений, рассматриваемых со стороны статора двигателя. Дальнейшие расчеты указанных величин следует осуществлять в соответствии с методикой, описанной в справочных данных пакета MATLAB.
После выполнения всех расчетов создается имитационная модель в математическом пакете Simulink. Полученная модель позволяет наблюдать за необходимыми происходящими процессами, а также изменять структуру модели, усложняя и дополняя ее, что позволит проводить различные эксперименты. Возможный пример готовой имитационной модели представлен на рисунке 4
Рисунок 4 – имитационная модель синхронного двигателя в среде Simulink
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Забелло, Е. Применение прикладных программ в расчете режимов и устойчивости работы собственных генерирующих источников при их параллельной работе с энергосистемой/ Е. Забелло, В. Тополев // Научно-производственный журнал «Энергетика и ТЭК». – 2011 №9,10. – С. 20 – 22
Лоханин, Е.К. Моделирование синхронных машин/ Е.К. Лоханин, В.А. Глаголев, А.И. Скрыпник // Сборник докладов III международной научнопрактической конференции «Энергосистема: управление, конференция, образование». – Екатеринбург, 2008. – С. 240 – 244
Михалев, С.В. Математическая модель для оценки устойчивости синхронных электродвигателей при кратковременной потере питания/ С.В. Михалев // Современное общество, образование и наука: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 31 июля 2013г.: в 99 5 частях, Часть 3. – Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2013. – С. 99 – 103
Черных, И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink/ И.В. Черных. – М.: ДМК Пресс; Санкт-Петербург: Питер, 2008. – 288 с.
Дьяконов, В.П. MATLAB 7.*/R2006/R2007. Самоучитель/ В.П. Дьяконов. – М.: ДМК Пресс, 2008. – 768 с.
Ананичева С. С. Схемы замещения и установившиеся режимы электрических сетей: учебное пособие / С. С. Ананичева, А. Л. Мызин; 6-е изд., испр. Екатеринбург: УрФУ. 2012. 80 с.
И. А. Груздев. Идельчик В. И. И 29 Электрические системы и сети: Учебник для вузов.— М.: Энергоатомиздат, 1989, — 592 с: ил. ISBN 5-283-01012-0.
Номер журнала Вестник науки №6 (51) том 3
Ссылка для цитирования:
Криворучко Н.А., Валиуллин К.Р. РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ // Вестник науки №6 (51) том 3. С. 226 - 234. 2022 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/5914 (дата обращения: 29.03.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2022. 16+
*