Экспериментальное определение параметров схем замещения синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью

Изложены основные положения метода экспериментального определения параметров эквивалентных схем замещения синхронных машин, в которых обмотка возбуждения представлена многоконтурной цепью. Метод основан на данных одновременной регистрации токов в обмотках статора и возбуждения при внезапных трехфазн...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Електротехніка і електромеханіка
Datum:2008
Hauptverfasser: Ларин, А.М., Гуедиди Фаузи Бен Килани
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2008
Schlagworte:
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143042
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Экспериментальное определение параметров схем замещения синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью / А.М. Ларин, Гуедиди Фаузи Бен Килани // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 3. — С. 37-40. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143042
record_format dspace
spelling Ларин, А.М.
Гуедиди Фаузи Бен Килани
2018-10-22T19:09:20Z
2018-10-22T19:09:20Z
2008
Экспериментальное определение параметров схем замещения синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью / А.М. Ларин, Гуедиди Фаузи Бен Килани // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 3. — С. 37-40. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
2074-272X
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143042
621.313.32.001
Изложены основные положения метода экспериментального определения параметров эквивалентных схем замещения синхронных машин, в которых обмотка возбуждения представлена многоконтурной цепью. Метод основан на данных одновременной регистрации токов в обмотках статора и возбуждения при внезапных трехфазных коротких замыканиях на выводах электрической машины. Приводятся результаты исследований для промышленного турбогенератора ТВВ-160.
Викладені основні положення методу експериментального визначення параметрів заступних еквівалентних схем синхронних машин, в яких обмотка збудження представлена багатоконтурним колом. Метод засновано на даних одночасної реєстрації струмів в обмотках статора і збудження при раптових трифазних коротких замиканнях на затисках електричної машини. Наведені результати досліджень для промислового турбогенератора ТВВ-160.
The basic procedures of an experimental technique for synchronous machine equivalent circuit parameters determination are described, the field winding presented as a multiple loop circuit. The technique is based on simultaneous stator and field winding current recording under a sudden three-phase short-circuit at the electric machine terminals. Results of research on an industrial turbogenerator ТВВ-160 are given.
ru
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
Електротехніка і електромеханіка
Електричні машини та апарати
Экспериментальное определение параметров схем замещения синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью
Experimental determination of synchronous machine equivalent circuit parameters under field winding presentation as a multiple loop circuit
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Экспериментальное определение параметров схем замещения синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью
spellingShingle Экспериментальное определение параметров схем замещения синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью
Ларин, А.М.
Гуедиди Фаузи Бен Килани
Електричні машини та апарати
title_short Экспериментальное определение параметров схем замещения синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью
title_full Экспериментальное определение параметров схем замещения синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью
title_fullStr Экспериментальное определение параметров схем замещения синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью
title_full_unstemmed Экспериментальное определение параметров схем замещения синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью
title_sort экспериментальное определение параметров схем замещения синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью
author Ларин, А.М.
Гуедиди Фаузи Бен Килани
author_facet Ларин, А.М.
Гуедиди Фаузи Бен Килани
topic Електричні машини та апарати
topic_facet Електричні машини та апарати
publishDate 2008
language Russian
container_title Електротехніка і електромеханіка
publisher Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
format Article
title_alt Experimental determination of synchronous machine equivalent circuit parameters under field winding presentation as a multiple loop circuit
description Изложены основные положения метода экспериментального определения параметров эквивалентных схем замещения синхронных машин, в которых обмотка возбуждения представлена многоконтурной цепью. Метод основан на данных одновременной регистрации токов в обмотках статора и возбуждения при внезапных трехфазных коротких замыканиях на выводах электрической машины. Приводятся результаты исследований для промышленного турбогенератора ТВВ-160. Викладені основні положення методу експериментального визначення параметрів заступних еквівалентних схем синхронних машин, в яких обмотка збудження представлена багатоконтурним колом. Метод засновано на даних одночасної реєстрації струмів в обмотках статора і збудження при раптових трифазних коротких замиканнях на затисках електричної машини. Наведені результати досліджень для промислового турбогенератора ТВВ-160. The basic procedures of an experimental technique for synchronous machine equivalent circuit parameters determination are described, the field winding presented as a multiple loop circuit. The technique is based on simultaneous stator and field winding current recording under a sudden three-phase short-circuit at the electric machine terminals. Results of research on an industrial turbogenerator ТВВ-160 are given.
issn 2074-272X
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143042
citation_txt Экспериментальное определение параметров схем замещения синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью / А.М. Ларин, Гуедиди Фаузи Бен Килани // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 3. — С. 37-40. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT larinam éksperimentalʹnoeopredelenieparametrovshemzameŝeniâsinhronnyhmašinpripredstavleniiobmotkivozbuždeniâmnogokonturnoicepʹû
AT guedidifauzibenkilani éksperimentalʹnoeopredelenieparametrovshemzameŝeniâsinhronnyhmašinpripredstavleniiobmotkivozbuždeniâmnogokonturnoicepʹû
AT larinam experimentaldeterminationofsynchronousmachineequivalentcircuitparametersunderfieldwindingpresentationasamultipleloopcircuit
AT guedidifauzibenkilani experimentaldeterminationofsynchronousmachineequivalentcircuitparametersunderfieldwindingpresentationasamultipleloopcircuit
first_indexed 2025-11-26T23:45:22Z
last_indexed 2025-11-26T23:45:22Z
_version_ 1850783181279592448
fulltext Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №3 37 УДК 621.313.32.001 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН ПРИ ПРЕДСТАВЛЕНИИ ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ МНОГОКОНТУРНОЙ ЦЕПЬЮ Ларин А.М., к.т.н., доц., Гуедиди Фаузи Бен Килани Донецкий национальный технический университет Украина, 83000, Донецк, ул. Артема, 58, ДонНТУ, кафедра "Электрические системы" тел. (062) 301-03-07, E-mail: lam@elf.dgtu.donetsk.ua Викладені основні положення методу експериментального визначення параметрів заступних еквівалентних схем синхронних машин, в яких обмотка збудження представлена багатоконтурним колом. Метод засновано на даних одночасної реєстрації струмів в обмотках статора і збудження при раптових трифазних коротких замиканнях на затисках електричної машини. Наведені результати досліджень для промислового турбогенератора ТВВ-160. Изложены основные положения метода экспериментального определения параметров эквивалентных схем замеще- ния синхронных машин, в которых обмотка возбуждения представлена многоконтурной цепью. Метод основан на данных одновременной регистрации токов в обмотках статора и возбуждения при внезапных трехфазных коротких замыканиях на выводах электрической машины. Приводятся результаты исследований для промышленного турбоге- нератора ТВВ-160. ВВЕДЕНИЕ В настоящее время для расчета переходных про- цессов в синхронных машинах (СМ) используются схемы замещения, в которых предполагается, что це- пи обмотки статора, возбуждения и демпферных кон- туров имеют магнитную связь только через основное магнитное поле взаимной реактивностью adx (рис. 1). Рис. 1. Схема замещения СМ по продольной оси Такие Т–образные схемы замещения с достаточ- ной точностью отражают переходные процессы в об- мотке статора, но приводят к значительным (иногда даже неприемлемым) погрешностям при расчетах токов в обмотке возбуждения. Поэтому, модель СМ в виде многоконтурных схем замещения общепринятого вида в сочетании с полными уравнениями Парка-Горева не обладает дос- таточной гибкостью и не может быть использована для уточненного исследования переходных процессов в обмотке возбуждения генераторов (ОВГ). В последнее время появились работы, посвящен- ные построению схем замещения уточненной (рис. 2) структуры [2, 3]. Они более достоверны с физической точки зре- ния, поскольку в них учитывается различие взаимо- индуктивной магнитной связи между обмотками ста- тора, возбуждения и эквивалентными контурами демпферной системы ротора. Однако способы опре- деления параметров таких схем замещения еще доста- точно не разработаны и, практически, отсутствует dx 1σ σx adx fDxσ fxσ js rf js r d1 ndxσ js rnd )( jsxd Рис. 2. Схема замещения с учетом различной магнитной связи между контурами фактический материал, позволяющий использовать их в расчетах переходных процессов. Применение мето- да конечных элементов к синтезу подобных эквива- лентных схем замещения не всегда приводит к физи- чески обоснованным результатоам. Полученное в [3] индуктивное сопротивление рассеяния ОВГ имеет отрицательное значение. Погрешности в определении тока ротора при исследовании переходных процессов, например, при коротких замыканиях, объясняются, в частности, тем, что строго ОВГ нельзя представить одноконтурной цепью [4]. В [4] предложен способ синтеза схем замещения СМ вида, показанного на рис. 1, при представлении ОВГ самостоятельной многоконтурной цепью. Метод основан на одновременной регистрации токов в об- мотках статора и ротора в опыте затухания постоян- ного тока, проводимого на неподвижной машине. При этом на процедуру обработки исходных данных на- кладываются жесткие ограничения по количеству экспонет в токах статора и ротора, их постоянных времени затухания и др. Исследования по использо- ванию предложенного в [4] способа показали, что, в большинстве случаев, он не дает удовлетворительных результатов. Сотрудниками Сибирского НИИ энергетики (Россия) предложены и получены более сложные структуры эквивалентных схем замещения турбоге- нераторов, также учитывающих различную взаимо- индуктивную связь между контурами, расположен- • • • ••• • • fxσ σx adx dx 1σ ndxσ js rf js r d1 js rnd )( jsxd 38 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №3 ными на роторе. Основной отличительной особенно- стью таких схем замещения является представление демпферной системы машины по продольной и попе- речной осям ротора в виде основного демпферного контура, охватывающего магнитный поток взаимоин- дукции между статором и ротором, и ряда локальных контуров, охватывающих магнитные потоки рассея- ния и обмотки возбуждения. В этом случае обмотка возбуждения генератора, его демпферная система и цепи, отражающие взаимную индуктивную связь ме- жду ними характеризуются сложными зависимостями от скольжения высокого порядка (рис. 3). Z f (j s) Z D (j s) ZfD(js) σx adx )( jsxd Рис. 3. Схема замещения СМ высокого порядка Из выполненного анализа следует, что задача уточненного определения параметров эвивалентных схем замещения синхронных машин является акту- альной. Целью настоящей работы является разработка способа экспериментального определения параметров схем замещения СМ различных структур при пред- ставлении в них обмотки возбуждения многоконтур- ной цепью. Аналогичная задача, но при представлении ОВГ одним контуром решалась в [5]. ОСНОВНЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ Предлагаемый способ основан на использовании частотной характеристики комплексного коэффици- ента распределения продольной составляющей тока статора в ветви обмотки возбуждения )( jsC f . В со- ответствии с [5] указанная характеристика определя- ется по данным обработки токов статора и ротора в опыте внезапного трехфазного короткого замыкания на выводах синхронного генератора, работающего на холостом ходу, следующим образом: )( )( )( jsy jsy jsC d f f = , (1) В (1) частотная характеристика проводимости со стороны обмотки статора по продольной оси рото- ра )( jsyd определяется по параметрам экспоненци- альных составляющих, аппроксимирующих периоди- ческую слагаемую тока статора, в соответсвии с ре- комендациями ГОСТ 10169-77. Частотная характери- стика )( jsy f проводимости ветви ОВГ рассчитыва- ется по параметрам экспонент, аппроксимирующих апериодическую составляющую тока в обмотке воз- буждения ( KK ffапi α, ): ∑ = +α ⋅ = n k f fап f js jsi jsy k л 1 )( . (2) По значениям частотной характеристики )( jsyd может быть синтезирована любая из приведенных эквивалентных схем замещения. Применяемые для этого методы основаны на условии адекватности только исходной характеристики и характеристики, рассчитываемой по параметрам схемы замещения, т.е )( 1)( jsx jsy d d = . В этом случае обмотка возбуждения при представлении ее одним контуром, в большинст- ве случаев отражается неверно. Для более точного определения параметров схем замещения, учитываю- щих влияние ОВГ, необходимо, чтобы в них характе- ристика )( jsC f также соответствовала исходной, по- лученной в опыте трехфазного короткого замыкания. Следовательно, зная комплексные значения про- водимости )( jsyd и коэффициента токораспределе- ния )( jsC f , можно определить необходимую зави- симость от частоты результируещей проводимости ОВГ. Выполним это следующим образом: )()()( jsyjsCjsy dff = . (3) Такому действию соответствует эквивалентная схема замещения с вынесенной на зажимы источника ветвью намагничивания (Г – образная схема), приве- денная на рис. 4. )( jsxd dx js r D1 1fx js rf 1 fnx js rfn Dx1 nDx js rnD Демпферная система ОВГ Рис. 4. Г-образная схема замещения при представлении ОВГ многоконтурной цепью Представим ветвь обмотки возбуждения в виде ряда параллельно включенных активно-индуктивных цепочек. Тогда результирующая проводимость, най- денна по (3) может быть рассчитана по параметрам схемы замещения следующим образом: ∑ = ⋅+ = n k ff f KK xjsr jsjsy 1 )( . (4) Таким образом, зная резульрующую проводи- мость ветви ОВГ )( jsy f можно определить парамет- ры отдельных контуров. Для этого можно использо- вать известные алгоритмы, а также процедуры мини- мизации универсальных прикладных пакетов для ПЭВМ. Результирующая проводимость контуров, экви- валентирующих демпферную систему )( jsyD , в соот- ветствии с рис. 4 определяется следующим соотноше- нием: Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №3 39 )(1)()( jsy x jsyjsy f d dD −−= . (5) Представляя демпферную систему как и ОВГ многоконтурной цепью, можно получить параметры отдельных ее контуров на основании равенства ∑ = ⋅+ = m k DD D KK xjsr jsjsy 1 )( . (6) Схема замещения вида, приведенного на рис.4, удобна при использовании частотного метода расчета для аналитического описания электромагнитных пе- реходных процессов. Она может быть также исполь- зована и при исследованиах, основанных на решении полных дифференциальных уравнений Парка-Горева. Для синтеза параметров схемы замещения, Т- образного вида, (рис. 1), при представлении ОВГ мно- гоконтурной цепью результирующая проводимость )( jsy f должна определяться с учетом известного индуктивного сопротивления рассеяния обмотки ста- тора σx : )()()( jsyjsCjsy adff ⋅= , (7) где σ− = xjsx jsy d ad )( 1)( - проводимость схемы за- мещения, измеренная относительно зажимов ветви намагничивания. Тогда результирующая проводимость демпфер- ных контуров находится путем вычитания из прово- димости )( jsyad проводимости ветви намагничива- ния и ОВГ: )(1)()( jsy x jsyjsy f ad adD −−= . (8) В соответствии с сотношениями (4) и (6) нахо- дятся параметры многоконтурных схем, эквиваленти- рующих соответственно ОВГ и демпферную систему в схеме, представленной на рис. 1. Для нахождения результирующей проводимости )( jsy f в схеме, учитывающей различную взаимную индуктивность между контурами, расположенными на роторе ( fDx ), выполняются следующие расчетные процедуры. Определяется результирующая проводимость цепи, учитывающей влияние контуров ОВГ, демп- ферной системы и известного сопротивления взаимо- индуктивности fDx по соотношению ad adfD x jsyjsy 1)()( −= . (9) Находится коэффициент участия тока в обмотке статора (в сопротивлении )σx в ветви сопротивления взаимоиндукции fDx )( )( )(1 jsy jsy jsC ad fD f = . (10) По известному коэффициенту )( jsC f и найден- ному значению )(1 jsC f рассчитывается коэффициент участия тока, протекающего в сопротивлении fDx в цепи ОВГ ( )(2 jsC f ): )( )( )( 1 2 jsC jsC jsC f f f = . (11) Определяется зависимость от частоты результи- рующей проводимости, характеризующей влияние ОВГ. ⎟⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − ⋅= fD fD ff x jsy jsCjsy )( 1 1)()( 2 . (12) Тогда в соответствие со схемой замещения сум- марная проводимость контуров, эквивалентирующих демпферную систему, рассчитывается следующим образом: )( )( 1 1)( jsy x jsy jsy f fD fD D − − = . (13) Дальнейшие процедуры по определению пара- метров контуров, отражающих влияние ОВГ и демп- ферной системы аналогичны вышеописанным. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛОЖЕННОГО МЕТОДА Для оценки эффективности разработанного в ра- боте метода экспериментального определения пара- метров эквивалентных схем замещения различных структур при представлении ОВГ многоконтурной цепью были выполнены опыты внезапного трехфаз- ного короткого замыкания на выводах турбогенерато- ра типа ТВВ – 160. С целью определения ненасыщен- ных значений электромагнитных параметров опыт проводился из режима холостого хода генератора при напряжении, составляющем НОМ25,0 U . Исследова- ния проводились для различных условий по аппрок- симации периодической составляющей тока в обмот- ке статора и апериодического тока в цепи обмотки возбуждения. Оценивалось влияние числа и постоян- ных времени затухания экспоненциальных состав- ляющих, аппраксимирующих токи в статоре и роторе. Рассматривались варианты с одинаковым и различ- ным количеством экспонент в токах статора и ротора, а также одинаковыми и различными дикриментами их затухания. При этом определялись параметры схем замещения различных структур. Во всех случаях при- нималось, что 22.0=σx ; 012.2=adx . При синтезе схемы, приведенной на рис. 3, индуктивное сопротив- ление взаимоиндукции fDx принималось независя- щим от частоты и равным 0,0065 о.е. При представлении ОВГ двухконтурной цепью и аппроксимации токов статора и ротора составляющи- ми, имеющими разные постоянные времени затуха- ния, были получены следующие параметры схемы замещения, показанной на рис. 4: 40 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №3 367,01 =fx ; 00178,01 =fr ; 487,02 −=fx ; 09697,02 −=fr ; 155,71 =Dx ; 0521,01 =Dr ; 348,02 =Dx 0671,02 =Dr . Параметры схемы замещения Т-образного типа (рис. 1) в этом случае имеют следущие значения: 106,01 =fx ; 001696,01 =fr ; 412,02 −=fx ; 366,02 −=fr ; 159,11 =Dx ; 0205,01 =Dr ; 027,02 =Dx 0155,02 =Dr . Схеме с различной взаимной индуктивностью между контурами (рис.3), соответсвуют такие пара- метры роторных контуров: 1,01 =fx ; 001672,01 =fr ; 373,92 =fx ; 669,62 =fr ; 244,11 =Dx ; 0205,01 =Dr ; 02,02 =Dx ; 01405,02 =Dr . Достоверность полученных параметров проверя- лась путем сопоставления результатов расчета тока в ОВГ по полным дифференциальным уравнения Пар- ка-Горева с экспериментальными данными. Результа- ты приведены на рис. 5. 0 0.05 0.1 0.15 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1 2 3 То к в це пи О В Г, о .е . Время, с Рис. 5. Изменение тока в цепи ОВГ при трехфазном коротком замыкании ТГ ТВВ-160 На этом же рисунке приведены результаты рас- чета при представлении обмотки возбуждения в обычной схеме замещения одним контуром. Сопоставление результатов расчета при пред- ставлении ОВГ одним контуром (кривая 3) с экспери- ментальными данными (кривая 1) свидетельствует, об их неудовлетворительном совпадении. Погрешность расчета достигает 38,3% в диапазоне времен до 0,1 с. Во временном диапазоне более 0,1 с погрешность не- сколько снижается и составляет 15 – 20%. Использование схем замещения при представле- нии ОВГ многоконтурной цепью (кривая 2) позволяет существенно (более чем в два раза) снизить ошибку в результатах расчета. В рассматриваемом случае мак- симальное несовпадение расчетных и эксперимен- тальных данных не превышает 14,2% в течение пер- вых двух - трех периодов промышленной частоты. В остальном интервале наблюдения переходного поцес- са погрешность не превышает 9%. ВЫВОД Предложенный метод экспериментального опре- деления параметров эквивалентных схем замещения при представлении ОВГ многоконтурной цепью по- зволяет существенно уточнить математическую мо- дель СМ при исследованиях переходных процессов в обмотке возбуждения. ЛИТЕРАТУРА [1] Казовский Е.Я., Рубисов Г.В. Переходные процессы в синхронных машинах при анормальных режимах в энергосистеме. – СПб.: Наука, 1994. – 172 с. [2] Рогозин Г.Г., Ларин А.М., Ларина И.И. Определение зависимости параметров эквивалентного демпферного контура турбогенератора от начального значения тока короткого замыкания // Электротехника. – 1999. - №12. – С. 14-17. [3] Escarela-Pereze R., Campero-Littlewood E., Niewierowicz T., Hernandez-Anaya O. Unique Determination of One- Damper D-Axis Circuits of Synchronous Machines Using Finite-Element Simulations // IEEE Transactions on Mag- netics, 2002. -Vol. 38. - №2. – P. 1245-1248. [4] Сидельников А.В. Синтез схемы замещения синхронной машины при представлении обмотки возбуждения мно- гоконтурной цепью // Электротехника. – 1983. - №7. – С. 25-28. [5] Ларин А.М., Ткаченко А.А., Ларина И.И. Определение электромагнитных параметров обмотки возбуждения синхронного генератора из опытов внезапного трехфаз- ного короткого замыкания // Електротехніка і Електромеханіка, 2005. - №2. – С. 32-34. Поступила 10.09.2007