SU264808A1

SU264808A1 - MODELING DEVICE FOR DETERMINATION {LEN | UZHIU '' L- 'STATIC SYNCHRONOUS CHARACTERISTICS. MASCH | Schm „1H * t

Info

Publication number: SU264808A1
Application number: SU1258720A
Authority: SU
Original assignee: А. В. Иванов Смоленский , В. А. Кузнецов; Московский энергетический институт,

Description

Известны моделирующие устройства дл определени статических характеристик синхронных машИН, содержащие аналоговую вычислительную мащину, усилители, блок нелинейностей и источники тока.Simulating devices are known for determining the static characteristics of synchronous machines, which contain analog computing hardware, amplifiers, a block of nonlinearities, and current sources.

Предложенное устройство отличаетс тем, что дл повыщени точности определени характерист1ик оно содерЖ1Ит модель магнитного пол .машины, соединенную с анализаторами потокосцеплени обмоток статора по продольным и поперечным ос м машины. Выходы анализаторов соединены со входами аналоговой вычислительной машины, один выход которой через усилитель и источник тока моделировани намагничиваюшей силы ротора св зан с моделью магнитного пол , другой - через усилитель соединен со входом блока нелинейности , выходы которого подключены соответственно к источникам тока моделировани по продольной и поперечной ос м обмотки статора , а выходы этих источников тока св заны с моделью магнитного дол .The proposed device is characterized in that in order to increase the accuracy of characterization, it contains a model of the magnetic field of the machine connected to the analyzer of the flux linkage of the stator windings along the longitudinal and transverse axes of the machine. The outputs of the analyzers are connected to the inputs of an analog computer, one output of which is connected through an amplifier and a current source for simulating the magnetizing rotor power to a magnetic field model, and the other through an amplifier connected to the input of a nonlinearity unit, the outputs of which are connected respectively to the current sources of modeling along the longitudinal and transverse The motor windings are stator windings, and the outputs of these current sources are associated with a magnetic wave model.

Целью изобретени вл етс создание техничесюи простого устройства, которым можно определ ть и исследовать все статические характеристики синхронных машил, .не дела грубых допущений относительно вли ни насыщени магнитных систем машины на ее парам етры.The aim of the invention is to create a simple technical device, which can determine and investigate all the static characteristics of synchronous mashing, it is not a matter of rough assumptions about the effect of saturation of the magnetic systems of a machine on its parameters.

Моделирующее устройство дл определени статических характеристик синхронных электрических машин позвол ет получить любые статические характеристики синхронной маШИны в установившемс режиме при одновременном точном воспроизведении магнитного пол машины с учетом нелинейных характеристик намагничивани сердечников статора и ротора.A simulator for determining the static characteristics of synchronous electric machines allows obtaining any static characteristics of a synchronous machine in a steady state while simultaneously reproducing the magnetic field of the machine, taking into account the nonlinear magnetization characteristics of the stator and rotor cores.

Моделирующее устройство имеет электрическую модель магнитного пол синхронной электрической машины, два анализирующих устройства, соединенных с аналоговой вычислительной машиной, управл ющей с помощью нелинейного блока системами токов, вводимых в модель магнитного пол .The simulator has an electric model of a magnetic field of a synchronous electric machine, two analyzing devices connected to an analog computer that controls a system of currents introduced into the model of a magnetic field using a non-linear unit.

Модель магнитного пол воспроизводит поле в синхронной :мащ1и:не, причем ноле в магнитных сердечниках статора и ротора моделируетс различными нелинейными двухполюсниками . Анализирующие устройства представл ют собой масщтабные преобразователи со входными сопротивлени ми, соединенными в звезду, причем сопротивлени звезд выбраны по специальному принципу.The magnetic field model reproduces the field in synchronous: masch: not, and the zero in the magnetic cores of the stator and the rotor is modeled by various non-linear two-terminal networks. Analyzing devices are large-scale converters with input impedances connected to a star, and the stellar resistances are selected according to a special principle.

Нелинейный блок управлени токами модели имеет специальный вращающий трансформатор , приводимый во вращение исполнительным двигателем посто нного тока. Измерение токов, вводимых в модель, проводитс такжеThe non-linear current control unit of the model has a special torque transformer, which is driven by the direct current executive motor. Measurement of currents introduced into the model is also carried out.

с помощью особого вращающегос трансформатора .using a special rotating transformer.

На фиг. 1 приведена блок-схема моделирующего устройства дл определени статических характеристик синхронных машин; на фиг. 2 - при.нципиальна схема модели магнитного пол с нрисоединенными к ней анализаторами потокосцеплени обмотки статора; на фиг. 3 - нрииципиальна схема соединени блоков аналоговой вычислительной маиины дл определени внешней, регулировочной , угловой и нагрузочной характеристик синхронной машины; на фиг. 4 - схема управлени источниками токов, моделирующих Намагничивающую силу обмотки статора в проекци х на продольную и поперечную оси машины, и устройство, контролирующее соотношение между этими проекци ми. FIG. 1 shows a block diagram of a simulator for determining the static characteristics of synchronous machines; in fig. 2 shows a schematic diagram of a magnetic field model with attached stator winding flux analyzers to it; in fig. 3 — a conventional circuit for connecting analog computational blocks for determining the external, adjusting, angular, and load characteristics of a synchronous machine; in fig. 4 is a circuit for controlling the sources of currents simulating the magnetizing force of the stator winding in the projections onto the longitudinal and transverse axes of the machine, and the device controlling the relationship between these projections.

Моделирующее устройство дл определени статических характеристик асинхронных машин имеет электрическую модель 1 магнитного нол исследуемой синхронной машины. К модели присоединены два анализатора 2 и 3 потокосценлени обмотки статора по продольной и поперечной ос м машины. Выходы анализаторов соединены с блоками аналоговой вычисл1ИТ| л ьнрй мащины 4. Аналогова машина 4 чЬрез усилитель 5 св зана с источником 6 тока, ввод1|дмь1М в модель / дл моделировани намагничивающей силы обмотки ротора. Через усилитель 7 аналогова машина также соединена с нелинейным управл ющим блоком 8, который задает через источлики 9 10 токи, моделирующие намагничивающую силу о,бмотки статора в проекци х на продольную и поперечную оси машины. Устройство //, присоединенное к нелинейному блоку 8 и аналоговой вычислительной машине 4, измен ет токи, моделирующие токи источников 9 и 10 токов.The modeling device for determining the static characteristics of asynchronous machines has an electrical model 1 of the magnetic zero of the synchronous machine under study. Two analyzers 2 and 3 of flux assessment of the stator winding along the longitudinal and transverse axis of the machine are attached to the model. The outputs of the analyzers are connected to blocks of analog computing IT | 4. Analog machine 4 through amplifier 5 is connected to a current source 6, entering 1 | dm1M in the model / for simulating the magnetizing force of the rotor winding. Through the amplifier 7, an analog machine is also connected to a nonlinear control unit 8, which sets sources 10 through 10 currents, which simulate the magnetizing force o, of the stator windings in the projections onto the longitudinal and transverse axes of the machine. The device // connected to the nonlinear block 8 and the analog computer 4 changes the currents that simulate the currents of the sources 9 and 10 of the currents.

Модель / слулшт дл воспроизведени магиитного пол синхронной мащины, использу аналогию мел(;ду электрическим и магнитным пол ми. Моделирование среды с нелинейными характеристиками вызывает необходимость использовани сопротивлений с нелинейными зависимост ми. Полностью пространство в машине не моделировалось из-за непригодности большинства нелинейных сопротивлений дл такого моделировани . В насто щей модели применены нелинейные двухполюсники , и , набранные из полупроводниковых диодов, что обеспечивает высокую стабильность характеристик двухполюсников и позвол ет выполн ть модель с достаточной точностью и относительно невысокими напр жени ми .The model / tool for reproducing the magic field of a synchronous masch, using the chalk analogy (; electric and magnetic fields). Modeling a medium with nonlinear characteristics necessitates the use of resistances with nonlinear dependencies. The whole space in the machine was not modeled because of the unsuitability of most nonlinear resistances for Such a simulation. In the present model, nonlinear two-port circuits are applied, and recruited from semiconductor diodes, which ensures high stability bipolar network characteristics and allows the model to be performed with sufficient accuracy and relatively low voltages.

Обычно при исследовании статических характеристик неизвестными бывают не менее двух переменных, поэтому дл достижени рещени удобно использовать вычислительные средства, в частности, аналоговые вычислительные мащи ы (АВМ). Лри этом необходимо обеспечить непрерывный ввод в АВМ информации о состо нии магнитного пол мащины . Дл анализа статических процессоЁ оказываетс достаточно измер ть первые гармоники потокосцеплени обмотки статора по ос м d 1Я q. В литературе не имеетс описа НИИ способов непрерывного измерени какойлибо величины с одновременным разложением се на гармонические. Обычно дл анализа функции, полученной в результате моделировани , ее вручную изчмер ют, представл ют вUsually, when studying static characteristics, at least two variables are unknown, therefore it is convenient to use computational tools, in particular, analog computational techniques (AVMs), to achieve the solution. It is necessary to ensure continuous input into the AVM of information on the state of the magnetic field of the mashina. To analyze the static process, it is sufficient to measure the first harmonics of the stator winding flux linkage along the axis d 1I q. In the literature, there are no descriptions of scientific research institutes for methods of continuous measurement of any value with simultaneous decomposition of se into harmonic ones. Usually, to analyze the function resulting from the simulation, it will be manually counted, presented in

виде графиков и разлагают известными способами . Таким образом, всегда имеет место разрыв во времени между собственно моделированием и получением результатов в численном виде.the form of graphs and decompose by known methods. Thus, there is always a gap in time between the actual modeling and the production of results in numerical form.

В описываемом устройстве дл анализа потокосцеплени обмотки статора по продольной и поперечной ос м используют соответственно анализаторы 2 и 3, представл ющие собой масштабные преобразователи, содерл ащие усилители 12-15 посто нного тока, ко входам которых общими точками подсоединены звезды сопротивлений, соединенные другами концами с моделью ,/. Точки подсоединени сопротивлений к модели выбраны с учетом сопротивлени пазового рассе ни обмотки статора моделируемой машины.In the described device for analyzing the flux linkage of the stator winding along the longitudinal and transverse axes, analyzers 2 and 3 are used, respectively, which are large-scale converters containing 12-15 DC amplifiers, to the inputs of which common points are connected resistance stars connected by other ends to model, /. The points of connection of resistances to the model are chosen taking into account the resistance of the slot scattering of the stator winding of the simulated machine.

Сопротивлени звезд подобраны по следующим зависимост м. Заземленную точку модели считают за нулевую, а общее число точекThe star resistances are selected according to the following dependencies. The grounded point of the model is considered zero, and the total number of points

присоединени к модели обозначают 6q, гдеjoining the model is 6q, where

q - число пазов на полюс и фазу в моделиq - the number of grooves per pole and phase in the model

может быть выбрано всегда целым.can always be selected whole.

Направление обхода контура модели магнитного пол выбирают, -например, .против часовой стрелки. Сопротивлени , подсоединенные к любой t-ной точке, наход т по формулам: .,.v а) дл сопротивлений, подсоединенных кThe direction of the circuit around the model of the magnetic field is chosen, for example, counterclockwise. Resistors connected to any t-point are found by the formulas:.,. V a) for resistances connected to

усилител м .12 и 13amplifier m. 12 and 13

Р -Г 3g R-G 3g

с i - with i -

sin - sin -

зд here

где С; -коэффициенты Котеса дл численного интегрировани , в данном случае равныеwhere C; Cotes coefficients for numerical integration, in this case equal to

-- дл всех I,- for all I,

не кратных трем, иnot multiples of three, and

Т T

всех I, кратных трем;all i multiples of three;

б) дл сопрот1ивлений, присоединенных усилител м 14 и 15b) for matching connected to amplifiers 14 and 15

D-C D-C

RORO

/ , /,

sin sin

V 3V 3

где С1 -дл всех i, не кратных трем, иwhere C1 is the length of all i that are not a multiple of three, and

- дл всех I, кратных трем.- for all i multiples of three.

В этом случае усиЛИтели 12-/5 будут выдел ть из потенциальной функции, имеющей место в модели, первые гармонические потокосцеплени по продольной d и поперечной q ос м маЩИны.In this case, the amplifiers 12- / 5 will separate from the potential function that takes place in the model, the first harmonic flux couplings along the longitudinal d and transverse q of the axis.

Выходы усилителей 12 и 15 соединены с блоками АВМ, которые учитывают надени напр жени на лобовом и дифференцнальном сопротивлени х обмотки статора.The outputs of the amplifiers 12 and 15 are connected to the AVM blocks, which take into account the stress on the frontal and differential resistances of the stator winding.

iKaK видно из фиг. 3, АВМ находит напр жение и на зажимах обмотки статора в видеiKaK can be seen from FIG. 3, the AVM finds the voltage at the terminals of the stator winding as

yW+ul.yW + ul.

Выход нелииейного блока, извлекающего квадратный корень «з суммы квадратов напр жений и и/7, соединен с одним из входов сумматора, на два другие входа которого поданы потенциалы, пропорциональные заданному напр жению U и току If, моделирующему намагничивающую силу обмотки возбуждени ротора. Потенциал выхода этого сумматора через усилитель 5 напр жени задает ток источника 6 тока, и этот ток вводитс в модель магнитного пол , воспроизвод намагничивающую силу обмотки возбуждени .The output of a non-linear unit extracting the square root of the sum of the squares of the voltages and / 7 is connected to one of the inputs of the adder, to the other two inputs of which potentials are proportional to the specified voltage U and the current If simulating the magnetizing magnet of the rotor excitation winding. The output potential of this adder via voltage amplifier 5 sets the current of current source 6, and this current is introduced into the magnetic field model, reproducing the magnetizing force of the excitation winding.

Выход блока, на котором имеет место напр жение и, св зан с нелинейным блоком, осуществл ющим следующую зависимость между входным и выходным напр жени миThe output of the block on which the voltage takes place and is associated with a non-linear block that performs the following relationship between the input and output voltages

f/gyx - arcsin t/Ex,f / gyx - arcsin t / Ex,

что позвол ет на его выходе получить значение угла 9 между вектором напр жени обмотки статора и поперечной осью ротора. Выход арксинусного нелинейного блока соединен со входом сумматора, на который одновременно подаютс потенциалы, пропорциональные углам ф и W мащины. Выход этого сумматора через усилитель 7 св за с нелинейным блоком 8 управлени , два выхода которого управл ют источниками 9 н 10 тока, моделирующими намагничивающую силу обмотки статора в проекци х на продольную и поперечную оси мащины.which allows at its output to obtain the value of the angle 9 between the voltage vector of the stator winding and the transverse axis of the rotor. The output of the arcsine non-linear unit is connected to the input of the adder, to which simultaneously potentials are proportional to the angles φ and W of the maschine. The output of this adder through amplifier 7 is connected with a nonlinear control unit 8, two outputs of which control current and current sources 9 and 10, which simulate the magnetizing force of the stator winding in the projections onto the longitudinal and transverse axis of the maschine.

В описываемом конкретном случае в качестве нелинейного управлени использован вращающийс трансформатор, с обмотки ротора которого снимаютс напр жени , пропорциональные синусу и косинусу угла поворота ротора этого трансформатора. Здесь выход усилител 7 мощности соедин етс с корной обмоткой маломощного исполнительного двигател 16 посто нного тока. Двигатель 16 через редуктор 17 св зан с синус-косинусным вращающимс трансформатором 18, а также через редуктор 19 с вращающимс трансформатором 20, имеющим линейную характеристику напр жени обмотки ротора в зависимости от угла поворота. Выход трансформатора 20 через выпр мительный мост соединен с блоком АВМ, производ щим суммирование углов.In the particular case described, a rotating transformer was used as a nonlinear control, with the rotor winding removing voltages proportional to the sine and cosine of the rotation angle of the transformer. Here, the output of the power amplifier 7 is connected to the core winding of the low-power direct current motor 16. The motor 16 is connected through a gearbox 17 to a sine-cosine rotating transformer 18, as well as through a gearbox 19 to a rotating transformer 20 having a linear voltage characteristic of the rotor winding depending on the angle of rotation. The output of the transformer 20 is connected via a rectifying bridge to the AVM unit, which produces the summation of the angles.

Регулирование токов модели по двум каналам , причем так чтобы ток возбуждени измен лс при отклонении напр жени обмотки статора от номинального, а соотнощение между проекци ми тока статора - при отклонении получаемых углов маши ы от действительных , позвол ет получить систему автоматического регулировани с хорощеи сходимостью процесса регулировани .Adjusting the model's current through two channels, so that the excitation current changes when the stator winding voltage deviates from the nominal, and the ratio between the projections of the stator current, when the resulting machine angle deviates from the actual, allows you to get an automatic control system with a convergence process. regulation.

Применение двух вращающихс трансформаторов , механически жестко св занных между собой, позвол ет наиболее просто рещить задачу управлени гальванически несв занными источниками тока при одновременном контролировании углов между вектором тока и ос ми ротора машины. Вращающие трансформаторы вл ютс надежными электромеханическими элементами высокой степени точности , у них отсутствует дрейф, они не подвержены старению, вли нию внещних полей и не требуют дополнительной специальной настройки .The use of two rotating transformers, mechanically tightly interconnected, makes it possible to most easily solve the problem of controlling galvanically uncoupled current sources while simultaneously controlling the angles between the current vector and the rotor axis of the machine. Rotary transformers are reliable electromechanical elements of a high degree of accuracy, they have no drift, they are not subject to aging, are influenced by external fields and do not require additional special adjustment.

Сн тие на описанной модели, например, регулировочных характеристик машины осуществл етс следующим образом. На соответствующих сумматорах выставл ютс напр жени , пропорциональные напр жению обмотки статора и созф нагрузки. Сонротивлением в первичной обмотке синускосинусного вращающегос трансформатора 18 устанавливаетс напр жение, соответствующее току обмотки статора. Предпололсим, что в начальный момент источники 6, 9 и 10 тока ввод т в модель совокупность токов /у, / и /. На выходах усилителей 12 15 по в тс потенциалы и W л. кокоторые после всех операций на АВ.Ч дадут на выходе конечного сумматора, сравнивающего напр жение обмотки статора с номинальным , потенциал, не равный потенциалу, соответствующему введенному току If. ЧерезThe removal on the described model, for example, the adjustment characteristics of the machine, is carried out as follows. The respective adders exhibit voltages proportional to the stator winding voltage and load load sopp. The resistance in the primary winding of the sinus-sinus rotary transformer 18 is set to the voltage corresponding to the stator winding current. Assuming that, at the initial moment, current sources 6, 9, and 10 are introduced into the model by a set of currents, y, /, and /. At the outputs of the amplifiers 12 15 in TC potential and W l. Some after all operations on AV.CH, at the output of the final adder, comparing the stator winding with the nominal voltage, the potential is not equal to the potential corresponding to the input current If. Through

усилитель 5 будет введено необходимое исправление в ток источника 6, так чтобы в итоге потенциал конечного сумматора стаб.. лизировалс и оказалс пропорциональным искомому току If. Одновременно с этим поthe amplifier 5 will introduce the necessary correction into the current of source 6, so that eventually the potential of the final adder stays lysing and turns out to be proportional to the desired current If. Simultaneously with this

второму каналу регулировани при наличии возмущени любого знака па входе усилител 7 приходит во вращение электродвигатель 16 и поворачивает в необходимом направлении оба вращающихс трансформатора 18 и 20.in the presence of a disturbance of any sign on the input of the amplifier 7, the second control channel rotates the electric motor 16 and turns both rotating transformers 18 and 20 in the required direction.

Нри повороте синус-косинусного трансформатора 18 измен етс соотнощение между напр жени ми его выходов при неизменном напр жении первичной обмотки. Следовательно, будет измен тьс соотпощение между токами /и и 1д источников 9 VI 10 токов, моделирующих намагничивающую силу обмотки статора в проекци х на оси машины при неизмеииой полной намагничивающей силе.As the sine-cosine transformer 18 rotates, the ratio between the voltages of its outputs at a constant voltage of the primary winding changes. Consequently, the correspondence between the currents / and and 1d of the sources 9 VI of the currents simulating the magnetizing force of the stator winding in the projections on the machine axis at a constant total magnetizing force will change.

Линейный трансформатор 20, жестко св занный с синус-косинусным трансформатором 18, во врем вращени исполнительного электродвигател 16 поворачиваетс , приThe linear transformer 20, which is rigidly connected to the sine-cosine transformer 18, rotates during the rotation of the executive motor 16,

этом происходит изменение напр жени на его выходе, тем самым происходит контроль угла, на который повернулс трансформатор 18.This causes a change in voltage at its output, thereby monitoring the angle through which the transformer 18 is turned.

20 получать сигнал, пропорциональный углу Ч поворота тока обмотки статора относительно поперечной оси машины. Угол Y непрерывно вводитс на вход сумматора, производ щего суммирование углов.20 to receive a signal proportional to the angle H of turning the current of the stator winding relative to the transverse axis of the machine. The angle Y is continuously input to the input of the adder, which performs the summation of the angles.

Поворот всей системы происходит до тех пор, пока на выходе блока, суммирующего углы машины, не по витс нуль напр жени и вращение электродвигател не прекратитс . Напр жение на выходе нелинейного блока БН, осуществл ющего арксинусное преобразование , будет соответствовать действительному углу в в исследуемом режиме.The rotation of the entire system occurs until the output of the unit, summing the corners of the machine, does not give rise to a voltage zero and the rotation of the electric motor does not stop. The voltage at the output of the nonlinear BN block that performs the arcsine transform will correspond to the actual angle in the mode under study.

Нетрудно увидеть, что полна схема модели представл ет собой нелинейную двухконтурную систему автоматического регулировани . Устойчивость системы достигаетс выбором схемы регулировани и применением электромеханических элементов в цепи управлени одного из контуров.It is not difficult to see that the complete model scheme is a non-linear dual-circuit automatic control system. The stability of the system is achieved by choosing a control circuit and using electromechanical elements in the control circuit of one of the circuits.

Из рассмотренного примера видно, что данна схема вл етс универсальной и позвол ет сн ть большинство статических характеристик синхронной машины.From the above example, it can be seen that this scheme is universal and allows removing most of the static characteristics of a synchronous machine.

Предмет изо бретени Subject matter

Моделирующее устройство дл определени статических характеристик синхронных машин , содержащее аналоговую вычислительную машину, усилители, блок иелинейностей и источники тока, отличающеес тем, что, с целью повышени точности определени характеристик , оно содержит модель магнитногоA modeling device for determining the static characteristics of synchronous machines, containing an analog computer, amplifiers, a linear unit and current sources, characterized in that, in order to improve the accuracy of characterization, it contains a magnetic model

пол машины, соединенную с анализаторами потокосцеплени обмоток статора по продольным и поперечным ос м машины, выходы анализаторов соединены со входами аналоговой вычислительной машины, один выход которойthe floor of the machine connected to the analyzers of the flux linking of the stator windings along the longitudinal and transverse axes of the machine, the outputs of the analyzers are connected to the inputs of an analog computer, one output of which

через усилитель и источник тока моделировани намагничивающей силы ротора св зан с моделью магнитного пол , другой выход аналоговой вычислительной машины через усилитель соединен со входом блока нелинейности , выходы которого подключены соответственно к источникам тока моделировани по продольной и поперечной ос м обмотки статора , а выходы этих источников тока св заны с моделью магнитного пол .through an amplifier and a current source for modeling the rotor magnetizing force is connected to a magnetic field model, another output of an analog computer is connected via an amplifier to an input of a nonlinearity unit, the outputs of which are connected to the modeling current sources along the stator winding and transverse axis respectively current are associated with a magnetic field model.

-Iti(Xj,-Iti (Xj,

fuz.Jfuz.J

иг.ig.