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

ный при воздействии на двигательный момент) и сигнал, инвертиро­ ванный относительно угла б12. Они отличаются лишь множителем со2. С учетом этих выводов рассмотрим законы регулирования в функции от активной мощности (тока) и ее производных.

Выбор рационального закона регулирования возбуждения в функ­ ции от активной мощности (тока) и ее производных. Как уже указы­ валось, регулирование в функции от активной мощности эквивалентно

регулированию по углу б12 и б12. Д л я обеспечения положительного

демпфирования сигналы, пропорциональные б12 и б12, должны инвер­ тироваться. Следовательно, и сигнал по активной мощности берется инвертированным, т. е. при увеличении активной мощности генера­ тора подается сигнал на уменьшение возбуждения. Как следует из табл. VI. 1, инвертированный сигнал по б 12 способствует увеличению синхронной добавки, т. е. частоты, что нежелательно. Однако это

компенсируется действием инвертированного сигнала по б12, способ­ ствующего уменьшению частоты. Данные нестрогие рассуждения необходимо проверять расчетом. В этом расчете учитываются различ­ ные весовые коэффициенты M s (со) и D (со), с которыми входят б12

и б[2 в сигнал по активной мощности, а также вид асинхронных и синхронных добавок, соответствующих данным сигналам.

Экспериментальные исследования на объектах показали эффек­ тивность регулирования возбуждения в функции от инвертирован­ ного сигнала активной мощности. Так, при испытаниях параллель­ ной работы ДГ типа ДГР-200-1500 удалось задемпфировать электро­ механические колебания путем введения сигнала, пропорционального активному току, в усилитель корректора напряжения (подроб­ нее это будет описано в главе VIII). Первая производная от ак­ тивной мощности включает составляющие, пропорциональные б12 и

б12. Для создания положительного демпфирования сигнал, пропор­ циональный б12 должен быть инвертирован, а б12 взят со своим знаком. Так как оба сигнала входят в сигнал по Р', то взятие этого сигнала неинвертированным приводит к отрицательному демпфированию за счет сигнала 6 12. При инвертировании сигнала по Р' отрицательное

демпфирование вносит сигнал 6 12.

Приведем несколько дополнительных соображений для обосно­ вания закона регулирования. При инвертировании сигнала по Р' эффективно снижается собственная частота системы, так как в этом

случае сигналы б(2 и б12 (см. табл. VI. 1) создают отрицательные синх­ ронные добавки. Асинхронные добавки от б' и б" противоположны по знаку и компенсируют друг друга. За счет уменьшения частоты системы увеличивается [согласно (VI.9)] эквивалентный декремент затухания.

Введение инвертированного сигнала по Р' эффективно и с точки зре­ ния сохранения устойчивости свободного движения (особенно в случае параллельной работы ДГ). Как указывалось в § 10, самораскачивание при параллельной работе ДГ в большинстве случаев обусловлено близостью собственной частоты регулятора скорости и электромеха-

236

иического контура, в котором учтено регулирование возбуждения. Введение инвертированного сигнала по Р' уменьшает собственную частоту электромеханического контура и тем самым увеличивает запас устойчивости системы. Следовательно, сигнал по Р' в законе регулирования должен инвертироваться. Этот вывод подтвержден натурными испытаниями параллельной работы ДГ, описанными в ра­ боте [2 ].

Рассмотрим теперь действие второй производной от активной мощ­ ности. Для обеспечения положительного демпфирования сигнал, пропорциональный второй производной, вводится таким образом, чтобы обеспечивать отрицательную обратную связь относительно угла б 12 (в нашей терминологии должен браться неинвертированным). Как следует из табл. VI. 1, в этом случае составляющие сигнала по

б12 и 6 12 обеспечивают положительное демпфирование. При этом сиг­ нал по б12 увеличивает синхронную составляющую момента, т. е.

увеличивает собственную частоту системы, а сигнал по б12 уменьшает. Таким образом, в этой части данные сигналы компенсируют друг друга. Эксперименты, приведенные в [2], подтверждают эффективность введения второй производной от мощности в регулятор возбуждения с целью демпфирования электромеханических колебаний. Эти же экс­ перименты подтверждают гипотезу о слабом влиянии второй произ­ водной на собственную частоту системы. Напротив, инвертированный сигнал по Р' является мощным средством снижения собственной ча­ стоты системы. Таким образом, для демпфирования электромехани­ ческих колебаний целесообразно в регулятор возбуждения вводить инвертированный сигнал по Р и сигнал по Р " . Также рационально понижение собственной частоты системы путем введения инвертиро­ ванного сигнала по Р' с целью разнесения частот собственных колеба­ ний электромеханического контура и регулятора скорости (Осо­ бенно в случае ДГ). Заметим, что выявление второй производной от активной мощности является весьма сложной и практически нереали­ зуемой для принятых в настоящее время на судах регуляторов воз­ буждения задачей. Для судовых генераторов можно рекомендовать введение суммы инвертированных сигналов по Р и Р' (особенно для ДГ). Рекомендуемый пропорционально-дифференциальный закон мо­ жет быть легко реализован в существующих судовых регуляторах возбуждения.

Выбор рационального закона регулирования двигательного момента в функции от активной мощности (тока) и ее производных. Воздей­ ствие на двигательный момент первичного двигателя ГА через канал по нагрузке регулятора скорости в функции от обменной мощности АР малоэффективно с точки зрения демпфирования электромеханических колебаний. Более того, уже при небольших коэффициентах усиления сигнала обменной активной мощности в системе могут возникать элект­ ромеханические автоколебания. Так, в работе [16] приведены резуль­ таты исследования на ЭЦВМ вопроса о максимально возможном коэф­ фициенте пропорциональной составляющей ПИ-закона регулирования обменного перетока мощности при параллельной работе ДГ.

237

Система теряла устойчивость уже при коэффициенте больше L При коэффициенте больше 0,2 начинала увеличиваться колебатель­ ность системы. Это заставило автора [16] сделать вывод о целесооб­ разности исключения пропорциональной составляющей из закона регулирования и замене ПИ-закона И-законом.

Действительно, как следует из табл. VI. 1, неинвертированный сиг­ нал по углу 6 12, входящий в сигнал по АР, создает отрицательную' асинхронную добавку и при этом увеличивает синхронную добавку, т. е. способствует уменьшению демпфирования в системе. Сигнал по

6 12, входящий в сигнал по АР, хотя и увеличивает асинхронную до­ бавку, одновременно увеличивает и синхронную добавку, т. е. также способствует увеличению частоты.

Следовательно, суммарное влияние неинвертированного сигнала по АР способствует увеличению собственной частоты колебаний си­ стемы и уменьшению ее демпфирования. Учитывая также, что при этом сближаются частоты регулятора скорости и электромеханического контура и уменьшается запас устойчивости по самораскачиванию (особенно для ДГ), становится понятным явление ухудшения устой­ чивости, описанное в работе [16].

Инвертированный сигнал по АР, как и инвертированные сигналы

(см. соответствующие асинхронные добавки в табл. VI. 1). Таким обра­ зом, очевидно, что с точки зрения демпфирования колебаний целесооб­ разнее осуществлять регулирование двигательного момента в функции от инвертированного сигнала АР. Однако инвертированный сигнал по АР не может быть применен ввиду требования пропорциональ­ ного распределения нагрузок, т. е. сведения АР к определяемой нор­ мативными документами малой величине. Регулирование же двига­ тельного момента в функции от инвертированного сигнала АР при коэффициенте по АР, равному 1, приводит к полной неопределенности распределения активных мощностей. Такая ситуация возникает при параллельной работе ГА с комбинированными регуляторами скорости при отсутствии между ними уравнительных связей по активной мощ­ ности. Отсутствие уравнительных связей равносильно введению положительной обратной связи по АР (инвертированный сигнал по АР) в комбинированные регуляторы скорости.

Рассмотрим далее регулирование в функции от АР', эквивалентное

регулированию по 6 i2 и 6 12. Как следует из табл VI. 1, асинхронные моментные добавки при этом положительны, а синхронные компенси­ руют друг друга (по §12 добавка положительна, по S" 2 — отрица­ тельна). Следовательно, данный закон регулирования обеспечивает

демпфирование системы, несущественно влияя на ее собственную ча­ стоту.

Естественно, что регулирование в функции от инвертированного сигнала АР' ухудшает демпфирование системы.

Регулирование в функции от АР" является средством уменьшения

238

собственной частоты системы, так как синхронные моментные добавки

при регулировании по б12 и б'^ уменьшаются. Асинхронные момент­ ные добавки компенсируют друг друга.

Из данного качественного анализа следует, что наиболее рацио­ нальным и просто реализуемым является закон регулирования дви­ гательного момента в функции первой производной от АР. Данный вывод подтверждается результатами моделирования и экспериментов на натурном оборудовании [46].

Таким образом, наиболее рациональным для демпфирования электромеханических вынужденных колебаний или автоколебаний в САЭС является регулирование возбуждения в функции от суммы инвертированных сигналов АР и АР' (пропорционально-дифферен­ циальный закон) — регулирование двигательного момента в функции от сигнала АР' (дифференциальный закон).

и послерезонансных вынужденных колебаний и автоколебаний в ДГ. Некоторую особенность представляет задача демпфирования вы­ нужденных предрезонансных колебаний в ДГ и демпфирования авто­

колебаний в ТГ.

В первом случае сдвиг собственной частоты системы влево (т. е. уменьшение собственной частоты) введением инвертированного сиг­ нала АР' в регулятор возбуждения может приблизить собственную частоту системы к частоте возмущений и свести на нет дополнительное демпфирование, обусловленное этой связью. Поэтому коэффициент по АР' надо брать меньше, чем при демпфировании резонансных или послерезонансных колебаний. Может быть, следует вообще исключить сигнал по АР' и ограничиться сигналом по АР.

Во втором случае (автоколебания в ТГ) сигнал по АР' также может оказаться излишним, так как при уменьшении собственной частоты электромеханического контура она может приблизиться к собствен­ ной частоте электромагнитного контура, и эффекта демпфирования не будет достигнуто.

В обоих перечисленных случаях было бы целесообразно произво­ дить регулирование возбуждения в функции от АР". Как было пока­ зано, данный закон регулирования обеспечивает увеличение асинхрон­ ной составляющей момента при малом изменении синхронной состав­ ляющей, т. е. обеспечивается демпфирование системы без изменения ее собственной частоты.

Произведем расчет рационального закона регулирования двига­ тельного момента в функции от АР', обеспечивающего наперед задан­

239