ческому контуру позволяют определить проходную передаточную функцию регулируемого объекта {р) и рассчитать устойчивость параллельной работы ГА с сетью и друг с другом на основании мето дики, изложенной в § 19.
Как было показано ранее, наиболее важными параметрами для расчета устойчивости является частота собственных колебаний <вс и декремент затухания | рассмотренных контуров. Если система парал лельно работающих ГА неустойчива, то знание сос и | позволит наметить наиболее рациональный путь повышения устойчивости: разнесение частот контуров либо повышение демпфирования того или иного контура.
Так, например, в случае неустойчивости параллельной работы дизель-генераторов рационально повышать устойчивость за счет уве личения собственной частоты регулятора скорости. Действительно, при параллельной работе дизель-генераторов собственная частота регулятора скорости близка к собственной частоте регулируемого электромеханического контура (как правило, несколько превышает ее), а собственная частота электромагнитного контура значительно ниже. Изменения в электрической части в данном случае почти не дают эффекта; зато даже небольшое увеличение собственной частоты регулятора скорости может привести к тому, что система станет устойчивой. Заметим также, что эффективным может оказаться и уве личение демпферного момента за счет изменения параметров демпфер ной клетки.
При параллельной работе инерционных объектов собственная частота электромагнитного контура может оказаться близкой к соб ственной частоте нерегулируемого электромеханического контура, в то время как собственная частота регулятора скорости значительно выше ее. В этом случае было бы рациональнее уменьшить собст венную частоту электромагнитного контура и тем самым удалить ее от более высокой частоты нерегулируемого объекта.
Отметим, что понижение собственной частоты электромагнитного контура не связано с ухудшением его быстродействия при регулиро вании напряжения на шинах генератора (т. е. не связано с понижением быстродействия в абсолютном движении), а лишь с быстродействием распределения реактивной мощности, которое не оговаривается су ществующими нормативными документами.
Если собственные частоты электромагнитного контура и регуля тора скорости одинаково отнесены от частот нерегулируемого и регу лируемого электромеханических контуров, то выбор тех или иных мероприятий по изменению собственных частот контуров регулиро вания должен определяться, исходя из экономических затрат.
Проверка эффективности мероприятий по повышению устойчи вости может быть проведена лишь на собранных и опробованных ГА во время заводских или межведомственных испытаний.
Если работа ГА окажется неустойчивой, то необходимо проведение ряда уточняющих экспериментов. Они будут описаны в следующем, параграфе.
®/lll Б. И. Болотин, В. Л. Вайнер |
305 |
§ 38. Проведение экспериментальных исследований при неустойчивой работе серийных ГА
При исследовании неустойчивой работы серийных (и опытных) ГА основную трудность представляет определение причин, обусловливаю щих эту неустойчивость. Ни по каким чисто внешним или формальным признакам, как правило, невозможно определить источник возникнове ния колебаний. Поэтому представляется целесообразным заранее наметить по возможности кратчайшие пути выявления причин неустой чивости.
Возьмем наиболее распространенный случай — неустойчивую па раллельную работу разнотипных ГА. При возникновении подобной неустойчивости в первую очередь необходимо выяснить, какой из ГА обусловливает колебания. В большинстве случаев это показывает проверка параллельной работы каждого ГАссетью. Очевидно, ГА, не устойчиво работающий в параллель с сетью, и вызывает неустойчи вость системы в целом. Устойчивость должна проверяться в режиме синхронизации с максимально возможной разностью частот, а так же в режиме резкого изменения нагрузки, (что при параллельной работе с сетью достигается путем резкого изменения положения органа подачи энергоносителя).
Если же проверка показала устойчивость параллельной работы каждого ГА с сетью, то ГА, вызывающий колебания, можно опреде лить на основании оценки параллельной работы однотипных ГА.
Как было показано ранее, условия устойчивости параллельной работы однотипных ГА являются более жесткими, поэтому парал лельная работа ГА, вызывающего колебания, будет обязательно неустойчивой. Причина этой неустойчивости заключается в более силь ном действии уравнительной связи по реактивному току при парал
лельной работе самих ГА по сравнению с параллельной работой |
ГА |
с сетью. Коэффициент усиления этой связи выбирается, исходя |
из |
требований статической точности распределения реактивной мощности, и уменьшить его, не вызывая при этом ухудшения точности распреде ления, нельзя. Поэтому повысить устойчивость системы вданном слу чае можно только за счет введения в усилитель корректора напряже ния специальных стабилизирующих обратных связей.
Следует заметить, что выявить ГА, обусловливающий неустойчи вость, можно и на основании анализа декрементов затуханий собствен ных колебаний ГА при работе их параллельно с сетью. ГА, обусловли вающий неустойчивость, имеет меньший декремент затухания.
Рассмотрим теперь случай неустойчивой параллельной работы разнотипных ГА с сетью. Можно рекомендовать следующий порядок проведения экспериментальных исследований, направленных на об наружение причины неустойчивости.
В первую очередь необходимо определить природу колебаний, т. е. выяснить, являются ли они автоколебаниями, вынужденными колебани ями или комбинационными колебаниями.
Вынужденные колебания легко обнаружить, исследовав нерегу лируемый электромеханический контур. Выделить этот контур можно
при параллельной работе ГА с сетью, если отключить регулятор ско рости (зафиксировать его в определенном положении) и запитать об мотку возбуждения от постороннего источника (например, от генера тора постоянного тока сварочного агрегата).
Электромеханический контур всегда устойчив, и наличие в нем незатухающих периодических колебаний объясняется только дей ствием вынуждающих сил. Амплитуда этих колебаний может быть либо больше, либо меньше амплитуды колебаний при функционировании регуляторов. Это зависит от того, будет уменьшающаяся при отклю чении регуляторов частота собственных колебаний системы прибли жаться или удаляться от частоты вынужденных колебаний.
Если установлено, что колебания обусловлены вынуждающими силами, устранение которых невозможно, то с помощью методов, изложенных в главе VI, могут быть определены мероприятия, пони жающие амплитуду колебаний до допустимых пределов. К таким ме роприятиям относится удаление частоты собственных колебаний регулируемого электромеханического контура от частоты вынуждаю щих сил. Прежде, однако, необходимо проверить весь спектр вынуж денных сил, действующих в исследуемой системе, с тем чтобы изме ненная собственная частота системы не оказалась близкой к частотам других вынужденных сил.
Наиболее эффективным способом определения спектра вынужден ных сил, частоты которых ниже или немного выше частоты собствен ных колебаний ГА, работающих параллельно, является способ, осно ванный на изменении собственной частоты системы с помощью изме нения напряжения двух параллельно работающих генераторов.
Варьирование напряжения генераторов в максимально возможном диапазоне осуществляется за счет соответствующего изменения на пряжения возбуждения при питании обмоток возбуждения от неза висимого источника. Правда, в этом случае максимальное значение напряжения для генераторов нормального исполнения, как правило, не превышает 450—460 В.
Фиксируя резонансные колебания, которые будут возникать под действием вынужденных сил в системе совпадающих с изменяющейся частотой собственных колебаний системы, можно определить весь спектр вынужденных частот от минимальной частоты, соответствую щей минимальному напряжению, до частоты, соответствующей соб ственной частоте системы при максимальном напряжении.
Вынужденные силы, связанные с цикличностью работы первичного двигателя или с оборотными пульсациями, частота которых выше частоты собственных колебаний системы, могут быть выявлены пу тем уменьшения частоты вращения агрегата при сохранении постоян ного значения напряжения (т. е. при постоянной частоте собственных колебаний системы).
В этом случае при уменьшении частоты вращения первичного дви гателя пропорционально уменьшается и частота вынужденных коле баний. Если частота вынужденных колебаний совпадет с постоянной частотой собственных колебаний системы, то имеют место резонансные колебания.
Фиксируя частоту этих колебаний и умножая ее на отношение —-- - ■
Я т е к
(где гатек — обороты ГА, при которых имеет место резонанс), можно получить спектр частот вынужденных сил при номинальных оборо тах ГА, частота которых выше частоты собственных колебаний си стемы.
Если установлено, что в системе нет вынужденных сил, то перио дические движения в регулируемом электромеханическом контуре носят автоколебательный характер.
Вэтом случае выявление причин возникновения колебаний более сложно и требует экспериментального исследования.
Впервую очередь необходимо проверить устойчивость и опреде лить частоты собственных колебаний и декременты затухания электро магнитного контура, регулятора скорости и нерегулируемого электро механического контура (см. § 37).
Если регулятор скорости и электромагнитный контур окажутся устойчивыми, то определяют влияние системы регулирования на устой чивость системы в целом. Для этого поочередно включают регулятор скорости и регулятор возбуждения и анализируют характер периоди ческих движений в электромеханическом контуре каждого регулятора.
Если колебания возникают при подключении PC, что происходит обычно у малоинерционных агрегатов (ДГ), то наиболее вероятной причиной неустойчивости является близость собственных частот PC и нерегулируемого электромеханического контура. Так как частота PC выше частоты электромеханического контура, то наиболее эффектив ным мероприятием по повышению устойчивости является увеличе ние частоты собственных колебаний PC. Организация мероприятий по повышению устойчивости через регулятор возбуждения в этом слу чае, как правило, менее эффективна.
Если колебания возникают при подключении регулятора возбуж дения, что происходит обычно у агрегатов с большой инерцией (ТГ и
ГТГ), то наиболее вероятно, что причина неустойчивости кроется в регулировании возбуждения и, в частности, может быть обусловлена близостью частот собственных колебаний нерегулируемого электро механического контура и электромагнитного контура. В этом случае для повышения устойчивости могут быть рекомендованы те меро приятия, которые будут уменьшать частоту собственных колебаний
и увеличивать |
декремент затухания электромагнитного |
контура, |
а также увеличивать декремент затухания нерегулируемого |
электро |
механического |
контура. |
|
Если колебания возникают только при одновременном включении PC и регулятора возбуждения, а частоты регулируемого электроме ханического контура и PC почти совпадают, то повышение устойчи вости может быть достигнуто за счет увеличения частоты PC. Если эти частоты разнесены, может быть рекомендовано уменьшение ча стоты собственных колебаний электромагнитного контура и увеличе ние декремента его затухания (см. гл. VIII).
Порядок и методика экспериментальных исследований при наличии в системе комбинационных колебаний аналогичны описанным выше.
ЗАКЛЮ ЧЕНИЕ
Главная задача, стоявшая перед авторами данной книги, заклю чалась в изложении основных положений расчетов устойчивости такой сложной электромеханической системы, как САЭС, в форме, доступной для инженера. Это предопределило отбор наиболее удобных для инже нерного применения методов исследования.
К ним, прежде всего, относится метод структурного анализа ли нейной модели САЭС, с помощью которого определяется влияние на устойчивость внутренних электромагнитных и электромеханических связей, обычно скрытых в сложных нелинейных уравнениях, описы вающих САЭС. Структурный анализ позволяет устойчивость сложной системы исследовать, последовательно выявляя сначала устойчивость более простых подсистем.
Дополненный методом Гурвица и анализом корней характеристи ческих уравнений подсистем структурный анализ позволяет также получить качественные и количественные оценки устойчивости как внутренних подсистем, так и системы в целом.
С помощью этих методов были обоснованы упрощения линейной части системы, необходимые как для дальнейшего исследования устойчивости в нелинейном плане, так и для исследования вынужден ных колебаний.
К сожалению, основное внимание необходимо было уделить изу чению линейных методов исследования устойчивости САЭС, и это не позволило более подробно изложить нелинейные задачи устойчивости, в результате решения которых удается установить дополнительные количественные оценки реально происходящих физических процессов (например, частоту и амплитуду автоколебаний и пр.). Гораздо мень шее освещение получили в работе и вопросы, связанные с вынужден ными колебаниями и с экспериментальными исследованиями устойчи вости.
Таким образом, основными направлениями в проблеме устойчи вости, которые требуют дальнейшего развития, остаются:
—разработка инженерных методов расчетов устойчивости широ кого класса нелинейных задач САЭС, в том числе с дискретными эле ментами автоматики;
—разработка инженерных методов эквивалентирования по устой чивости более сложных САЭС на основании работ проф. В. А. Тимо феева [42—451;
—изучение физики протекающих в системе процессов и уточнение их математического описания;
—разработка новых и уточнение существующих методов определе
ния параметров основных элементов САЭС;
— оценка точности расчетов.
