Файл: Болотин, Б. И. Инженерные методы расчетов устойчивости судовых автоматизированных электростанций.pdf

Рис. 111.3. Структурная схема, получающаяся из общей структурной схемы двух параллельно работающих ГА в результате «закрепления» координат <р и Eg

С п

с собственными естественными связями, характеризующими электро­ магнитные процессы в обмотке, и часть, в которую входит регулятор возбуждения с каналами регулирования по току Id, реактивной мощ­ ности и напряжению.

Естественная обратная связь по э. д. с. E q, действующая через

коэффициент (xd—х„) и характеризующая влияние явнополюсно- oEq

сти, отрицательна, так как ее учет вызывает уменьшение э. д. с. от значения, равного Ed, до значения, равного Eq. Очевидно, что учет

дЕq

знак этой отрицательной обратной связи не может измениться. Естественная обратная связь по э. д. с. EQ, действующая через

коэффициент [pTdQ{xd— , характеризует влияние на дина­

мику свободной составляющей тока возбуждения, наводимой током статора в обмотке ротора. Эта связь всегда положительна. Действи­ тельно, при повышении э. д. с. Eq увеличивается ток статора Id. В со­ ответствии с выражением (11.61) возрастает ток возбуждения iB, а, следовательно, происходит дальнейшее увеличение э. д. с. E q . Данная связь параллельна отрицательной связи, учитывающей явнополюсность.

Рассмотрим часть электромагнитного контура, включающую в себя регулятор возбуждения с каналами регулирования по току и напря­ жению. В прямой цепи этой части контура находится передаточная функция WK (р), состоящая из передаточных функций корректора напряжения и элементов, через которые корректор воздействует на возбуждение (например, дроссель отбора). В регуляторе возбуждения имеется несколько обратных связей. Одна из них, искусственная от­ рицательная обратная связь, по напряжению возбуждения через коэффициент k0 с обеспечивает заданное качество регулирования на одиночной и параллельной работе ГА. Другая, естественная обратная связь по току возбуждения, действующая через коэффициент пере­ дачи, равный единице, в соответствии с выражением (1 1 .6 8 ), отрица­ тельна.* Эта связь обусловлена внутренним сопротивлением источ­ ника. Она приводит к относительному уменьшению напряжения воз­ буждения при увеличении тока возбуждения и является характерной для систем с амплитудно-фазовым компаундированием. Через нее вынужденная составляющая тока возбуждения действует на напря­ жение возбуждения.

Положительная обратная связь по э. д. с. E q , действующая через

* Коэффициент передачи, равный 1, характеризует передачу поступающих сигналов со входа участка схемы на его выход без изменения.

76

did г»

коэффициент — - Hi, характеризует влияние токового компаунди- dEQ

рования на напряжение возбуждения.

Обратная связь по реактивной мощности (статизм по напряжению), действующая через коэффициент k6. п. р и канал корректора напря­ жения с передаточной функцией WK (р), налаживается таким образом, чтобы она была отрицательной относительно своей э. д. с.

Обратные связи по напряжению действуют через корректор на­ пряжения WK(p) и непосредственно через коэффициент R 2. Связь, действующая через корректор напряжения, является отрицательной обратной связью по э. д. с. EQ, через коэффициент R 2 — положи-

Sn

Рис. III.4. Структурная схема части электромагнит­ ного контура, содержащей естественные связи

тельной (так же, как и. компаундирующая связь по току) обратной связью.

При параллельной работе непосредственно с сетью связи по напря­ жению нет, так как и — const.

Для дальнейшего анализа электромагнитного контура преобра­ зуем его к более удобному виду, используя известные методы преобра­ зования структурных схем [54].* На рис. III.3 этот контур обведен пунктирной линией. Вынося сумматор 30 из контуров обратной связи

{2—3—30—4—1) и (2—3—30—6—8) в сумматоры 8 и 1, преоб­ разуем часть электромагнитного контура, содержащего естественные связи, к схеме, изображенной на рис. III.4. Контур, представленный

к структурным схемам СЭС даны в приложении 5.

77

ров, поэтому возможно его свертывание и представление в виде звена

Передаточная функция обмотки возбуждения с учетом действия естественных связей WB (р) является в общем случае интегродифференцирующим звеном.

Так как при работе генератора в параллель с мощной сетью did _ dEr

— (см. прилож. 1), то, преобразуя выражение (III.1) с учетом зна-

1 +A-TdoP xd

Как видно из выражения (III.2), эквивалентная постоянная вре­

мени апериодического звена в —f раз меньше постоянной времени

xd

обмотки возбуждения Td0 и, следовательно, равна постоянной обмотки возбуждения при замкнутой цепи статора Td.

Преобразуем далее электромагнитный контур генератора, работаю­ щего в параллель с сетью. Вынося сумматоры 30 и 10 (рис. III.3) из соответствующих контуров обратных связей в сумматор 13, получим структурную схему электромагнитного контура с учетом действия компаундирующей связи по току, связи по реактивной мощности и связей по напряжению и току возбуждения (рис. III.5).

Передаточная функция этого контура в соответствии с обозначе­ ниями схемы рис. III.5 равна

78

где

r K(р) 4 -

x — обобщенный сигнал, приведенный ко входу корректора, a WB (р) определяется выражением (III.2).

Рис. III.5. Структурная схема электромагнитного контура при работе ГА с сетью

Передаточная функция корректора напряжения WK(р) при ТК> Т у

79

a i = [( k - \ - 1) Т’к + ^ + М о . с) Т м ] X

(III.8 )

В соответствии с критерием Гурвида электромагнитный контур будет устойчив, если в характеристическом уравнении контура а0р3 -г ахр 2 + а2р + а3 = 0 будут выполнены следующие условия:

Проанализируем эти условия. Коэффициент а0 [выражение (III.7)] всегда положителен. Коэффициенты а 1( а2, а3 [выражения (III.8 ), (ШЛО)] могут быть при определенных значениях параметров меньше нуля. Нетрудно заметить, что отрицательные слагаемые в этих выра­ жениях обусловлены действием положительной обратной связи по току с коэффициентом R t . Поэтому представляет интерес определить критические значения коэффициента при которых ах, а 2, а3 обра­ щаются в нуль, т. е. система выводится на границу устойчивости. Сравнивая затем полученные критические значения коэффициента R lt т. е. Ищи Riai> Ria3<можно установить то значение коэффициента, при котором будет одновременно выполняться условие (III. 11).

Необходимо заметить, что в системах регулирования возбуждения синхронного генератора с амплитудно-фазовым компаундированием значение коэффициента R x определяется двумя условиями:

—обеспечением постоянства напряжения при изменении нагрузки (внешняя характеристика генератора при этом астатическая);

—обеспечением установившегося тока короткого замыкания, обычно равного или большего трехкратного номинального тока гене­ ратора.

В первом случае значение коэффициента R\ с учетом потерь, за­ висящих от коэффициента k, может быть определено из выражения

откуда

Условие (III. 13) соответствует астатической внешней характери­ стике генератора.

80