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

дить для ГА, работающего параллельно с сетью. Данные нестрогие рассуждения хорошо подтверждаются экспериментальными исследо­ ваниями реальных СЭС. Так, например, представленные на рис. 1.9 автоколебания при параллельной работе двух ТГ типа ТД-1000 анало­ гичны автоколебаниям при работе этого ТГ с сетью. Также не отли­ чаются автоколебания ДГ мощностью 15000 кВт, работающего парал­ лельно с сетью и с турбогенератором такой же мощности (см. рис. 1.7

и1 .8 ).

Вто же время расчет автоколебаний даже в более простом случае параллельной работы ГА с сетью при учете многих нелинейностей генераторов, первичных двигателей и систем регулирования весьма сложен и вряд ли целесообразен.

Экспериментальные исследования реальных СЭС, а также знание структуры объекта и механизма взаимодействия его внутренних кон­ туров, которому во многом способствует приближенный линейный анализ, позволяют в каждом конкретном случае остановиться на упро­ щенной расчетной нелинейной модели, т. е. выбрать определяющую нелинейность.

Анализ различных по характеру автоколебаний в реальных авто­ номных СЭС показывает, что основные случаи могут быть проанали­ зированы на основании разобранных выше структурных схем с НЭ, включенными в определенные места схемы.

§ 30. Расчет автоколебаний, обусловленных нелинейностями генераторов и их систем регулирования возбуждения

Данные автоколебания проявляются в периодических колебаниях тока возбуждения и реактивного тока. Частота их при параллельной работе невысока и составляет 0,2—0,5 Гц. Для исследования этих коле­ баний используется уже разобранная выше структурная схема электро­ магнитного контура (см. рис. III.5). Характерными НЭ в данном контуре являются:

—насыщение магнитного усилителя (МУ) корректора напряжения;

—нелинейность постоянной времени МУ корректора напряжения;

— нелинейная зависимость коэффициента компаундирования от нагрузки.

Насыщение усилителя корректора особенно сказывается при высо­ ких коэффициентах усиления корректора (например, полупроводни­ ковый корректор генератора ГСС-114-8 в некоторых случаях работает в релейном режиме).

Нелинейность МУ оказывает существенное влияние на автоколе­ бания. Особенности МУ как нелинейного звена системы регулирования рассмотрены в работе [53]. Там же сделаны следующие важные вы­ воды по работе МУ в колебательном режиме:

—нелинейности существенным образом изменяют ПФ магнитного усилителя;

—зависимость инерционности МУ от направления изменения выходной величины в колебательном режиме увеличивает коэффи­

250

циент усиления и постоянную времени усилителя. Причем это верно в том случае, когда при увеличении входного сигнала инерционность МУ падает, а при уменьшении — увеличивается. Если зависимость противоположная, то эквивалентная постоянная времени в колеба­ тельном режиме уменьшается, а коэффициент усиления падает;

— зависимость инерционности МУ от амплитуды выходной вели­ чины приводит к изменению лишь постоянной времени усилителя. Последняя особенность наиболее характерна для усилителей с выхо­ дом на переменном токе. Так как МУ корректора напряжения имеет выход на постоянном токе, то этой зависимостью можно пренебречь.

Заметим, что свойством изменять постоянную времени в зависи­ мости от увеличения или уменьшения сигнала управления обладают и другие магнитные элементы регулятора возбуждения: дроссели от­ бора, трансформатор фазового компаундирования (ТФК) с обмоткой подмагничивания постоянным током.

Дроссели отбора и ТФК с подмагничиванием ничем не отличаются от однотактных МУ с выходом на переменном токе. Поэтому они об­ ладают теми же свойствами.

Заметим, что характерная нелинейность — ограничение напряже­ ния возбуждения (потолок возбуждения), обычно учитываемая в за­ дачах определения автоколебаний береговых станций,— в САЭС из-за особенностей работы ТФК в автоколебаниях не проявляется. Действительно, для обеспечения селективности защиты ТФК должен обеспечить значение трехкратного установившегося тока КЗ. В авто­ колебаниях полный ток статора, как правило, не превышает двух но­ миналов, поэтому насыщение ТФК не имеет места.

имеют различную крутизну в зависимости от величины и характера нагрузки. Это обусловлено нелинейной зависимостью коэффициента Rx от тока I d. На рис. IV.3 приведены внешние характеристики гене­ ратора ГСС-114-8. Как видно из рисунка, наклон характеристик из­ меняется в зависимости от величины и cos ф нагрузки.

Внешние характеристики судовых СГ, как правило, нелинейны. На рис. VI 1.3, а, б представлены два предельных случая нелиней­ ности, которым можно сопоставить график изменения ud = / (Id). Тангенс угла наклона характеристик ud = f (Id) равен коэффициенту Rx- Такие графики для первого (выпуклого) и второго (вогнутого) семейства внешних характеристик построены на рис. V II.3, в и г соот­

ветственно.

В главе III было установлено, что основное влияние на ус­ тойчивость линейной модели электромагнитного контура оказывает

выше нелинейности связаны именно с этими параметрами. Ограничение коэффициента усиления корректора влияет на величину петлевого коэффициента усиления kKk0 Cв колебаниях. Нелинейная зависимость постоянной времени МУ и дросселя отбора влияет на эквивалентную

251

постоянную времени корректора Тк и т. д. Поэтому логично предпо­ ложить, что именно эти нелинейности и обусловливают низкочастотные колебания в электромагнитном контуре. Методика расчетов автоколе­ баний существенно зависит от конкретной схемы регулятора возбуж­ дения. Так, для генераторов завода «Электросила» серии МСК, регу­ лятор возбуждения которых включает сравнительно инерционные МУ, необходимо учитывать нелинейную зависимость постоянной времени МУ от направления входного сигнала, а инерционностью значительно более быстродействующего дросселя отбора (тем более, изменением этой инерционности в колебаниях) можно пренебречь. Для генераторов завода БЭМЗ (пос. Баранчинский) типа ГСС-114-8, корректоры которых

Iddp)

г)

Ч

оборудованы полупроводниковыми малоинерционными усилителями, необходимо учитывать ограничение выходного напряжения усилителя корректора и изменение инерционности обмотки управления ТФК с подмагничиванием. Инерционностью самого усилителя можно пре­ небречь.

Ниже будут последовательно проанализированы случаи влияния нелинейностей корректора и канала компаундирования на автоколе­ бания в электромагнитном контуре.

Гармоническая линеаризация нелинейности корректора напряже­ ния. Рассмотрим вначале нелинейность типа насыщения. Статическая характеристика такого звена показана на рис.УП.4, а.

Как уже отмечалось, характеристика любого НЭ может быть пред­ ставлена в виде

F (x)= g(a) + ^ - р.

252

Для однозначных характеристик, к которым относится и нелинейность типа насыщения — g' (а) = 0, используя формулу (VII.7), в резуль­ тате интегрирования получим

При значениях а b коэффициент g (а) = kR (линейная харак­ теристика). Если амплитуда колебаний входной величины захваты­ вает зону насыщения, то данное звено заменяется как бы линейным звеном, имеющим тем меньший коэффициент усиления g (а), чем больше амплитуда. В частном случае релейного усилителя

где е — значение ограничения.

Рис. VII.4. Характеристики НЭ типа «насыщения»: а — статиче­ ская характеристика звена типа «насыщения»; б — зависимость коэффициента гармонической линеаризации от амплитуды

где и г и и^ — соответственно входная и выходная величины; Т — сред­ нее фиктивное значение постоянной времени усилителя, полученное для малых отклонений от режима (постоянная времени линеаризо­ ванной системы в рассматриваемой рабочей точке); ky — коэффициент усиления; С — коэффициент, определяющий изменение постоянной времени усилителя. Как правило, С<50.

Таким образом, инерционность усилителя имеет одну переменную составляющую, которая изменяет величину постоянной времени уси­ лителя в зависимости от направления изменения выходной вели­

253