РАЗДЕЛ 2
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ПРОЦЕССЕ СИНХРОНИЗАЦИИ СОВМЕЩЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
2.1. Математическая модель процесса синхронизации в системе электроснабжения с дизель инерционными установками гарантированного питания с совмещенными электрическими машинами
Наиболее сложным и ответственным режимом работы дизель-инерционных установок гарантированного питания является режим синхронизации, который осуществляется при пуске установки и при переводе одной из статорных обмоток совмещенной электрической машины из режима генератора в режим двигателя после восстановления напряжения на питающем вводе внешней сети. Особенностью этого режима для совмещенной электрической машины является то обстоятельство, что синхронизация должна проводиться одновременно как в цепях, работающих с частотой 50 Гц, так и в цепях, работающих с частотой 400 Гц. Процесс синхронизации проводится при выполнении специальных условий, так называемых условий синхронизации, по которым величины углов между синхронизируемыми напряжениями ?i, разности угловых частот скольжения ?si и неодинаковости амплитуд синхронизируемых напряжений ?Ui (i=1,2) не превышают допустимых значений. Величины ?i, ?si , ?Ui будем называть начальными параметрами синхронизации, имея в виду что их надо выбирать как для статорных цепей, работающих на низких частотах (число пар полюсов обмотки Р1), так и для статорных цепей, работающих на высоких частотах (число пар полюсов обмотки Р2). Неправильный выбор начальных параметров синхронизации может повлечь за собой серьезные повреждения в системе электроснабжения, вплоть до выхода из строя основного оборудования.
Вопросы исследования переходных процессов при синхронизации достаточно подробно освещены в литературе [49, 50, 56, 58, 59, 61, 62, 66]. Однако, полученные в этих работах результаты из-за своей громоздкости практически на применяются в инженерной практике и не пригодны для систем электроснабжения с установками гарантированного питания, главной особенностью которых, определяющим образом влияющей на характер протекания переходного процесса, является большой запас кинетической энергии. Применение совмещенных электрических машин накладывает дополнительные ограничения на характер протекания переходных процессов, а специфическое для систем гарантированного питания требование обеспечения заданного качества электрической энергии приводит к существенному усложнению решаемой научно-технической задачи. Фактически задача сводится к получению расчетных соотношений, характеризующих процесс синхронизации и устанавливающих зависимости между отклонениями напряжения ?U, бросками тока ?I и начальными параметрами синхронизации ?, ?s, , параметрами генераторов и характером и величиной нагрузки rH, xH, т.е. соотношения вида
,
При разработке математической модели исследуемого процесса в качестве исходных использованы уравнения равновесия напряжений, записанные в системе относительных единиц в координатных осях "d" и "q", вращающихся с синхронной скоростью [88, 89, 68, 86, 89, 90]. Совмещенная электрическая машина представляется состоящей как бы из двух "отдельных" электрических машин. При этом считается , что конструкция совмещенной электрической машины выполнена таким образом, что взаимно индуктивные (паразитные) связи между "отдельными" машинами отсутствуют и, что в машине имеются две статорные обмотки на разное число пар полюсов, две обмотки возбуждения и две успокоительные короткозамкнутые обмотки. Внешняя сеть, работающая с частотой 50 Гц, представляется в виде неявнополюсного генератора, мощность которого соизмерима с мощностью совмещенной электрической машины, имеющего одну статорную обмотку, одну обмотку возбуждения и две успокоительные обмотки. Автономная сеть, работающая с частотой 400 Гц, представляется электрической машиной, имеющей одну статорную обмотку, обмотку возбуждения и две успокоительные обмотки. С учетом сделанных замечаний уравнения равновесия напряжений для сети 50 Гц и сети 400Гц представим следующим образом:
(2.1)
где матрицы напряжений , сопротивлений , токов, потокосцеплений и угловых частот вращения имеют вид:
(2.2)
где - напряжения, токи и потокосцепления статорной обмотки в проекциях на оси d и q;
- напряжение, ток и потокосцепление обмотки возбуждения.
- токи и потокосцепления успокоительных обмоток.
- активные сопротивления статорных и роторных обмоток, i=1,2, причем i=1 соответствует цепям, относящимся к частоте, равной 50 Гц, i=2 соответствует цепям, относящимся к частоте, равной 400 Гц.
Уравнения равновесия напряжения совмещенной электрической машины представлены в виде уравнения (2.1),однако матрицы напряжений, сопротивлений , токов и потокосцеплений отличаются от соответствующих матриц (2.2) и имеют следующий вид:
(2.3)
Дополним (2.1) уравнением, отражающим связь между потокосцеплениями и токами:
, (2.4)
где -матрица реактивных сопротивлений статорных и роторных контуров. Для сети частотой 50 Гц и сети частотой 400Гц матрицы имеют вид:
(2.5)
i=1,2.
Рассмотрим возможность исключения взаимоиндуктивных связей между обмотками совмещенных электрических машин следуя [91], будем полагать, что для достижения требуемого эффекта необходимо, чтобы обмоточные коэффициенты были равны нулю. Обмоточные коэффициенты определяются произведением коэффициентов укорочения шага Ку, коэффициентов распределения обмотки Кр , коэффициентов распределения катушечной группы Кркг, коэффициентов скоса пазов Кс и коэффициентов зоны Кз.
Определим коэффициенты укоро