Генератор с параметрическим стабилизатором напряжения

 

В программе переходные и сверхпереходные сопротивления статора по осям (, , ) обозначены не штрихами, а цифрами (xd1, xd2, xq2).

В начале расчета обязательно указывается тип генератора согласно задания и приводятся параметры генератора, необходимые для дальнейшего расчета (активное, реактивное сопротивления статора, переходные, сверхпереходные реактивные сопротивления по осям d и q генератора и т.д.).

 

 

Время холостого хода – величина, которая может по желанию задаваться пользователем. Определяет точку отсчета начала переходного процесса (учитывается при определении времени восстановления напряжения).

В следующем блоке задается коэффициент форсировки возбуждения ‒ коэффициент увеличения тока возбуждения для уменьшения времени восстановления напряжения после наброса нагрузки:

 

 

Интервал поддержания напряжения определяет точность поддержания напряжения в установившемся режиме. В исходном варианте точность поддержания составляет ± 0,5%.

Также необходимо определить сопротивление уставки для задания опорного напряжения. Сопротивления подбираются таким образом, чтоб при номинальном токе возбуждения напряжение на выходе генератора было номинальным.

Далее необходимо задать параметры элементов интегрирующей цепи параметрического стабилизатора. Величина U_m – модуль напряжения в относительных единицах (в номинальном, установившемся режиме U_m=1).

 

 

Далее выполняется расчет, и строятся кривые фазного напряжения и пульсаций напряжения на выходе трехфазного выпрямителя:

 

 

 

Математически сглаживание сигнала описывается функцией быстрого преобразования Фурье. Программа MathCad позволяет выполнять расчеты с применением этой функции программными средствами, для этого задается вид передаточной функции сглаживающей цепи:

 

 

На график для сравнения выводится исходная форма напряжения и кривая сглаженных пульсаций (рисунок А.5 – нумерация, принятая в программе расчета), где ai_j – кривая сглаженных пульсаций.

 

Далее выполняются расчеты, позволяющие получить графики кривых тока, напряжения генератора, напряжения возбуждения и другие при изменении нагрузки на генераторе, то есть при переходном процессе. Результаты расчета выводятся в виде таблиц А.1 и А.2 (нумерация, принятая в программе расчета) и в виде графиков на рисунке А.13.

На графике обозначены (все величины в относительных единицах):

Uop ‒ кривая опорного напряжения;

Un ‒ кривая сглаженных пульсаций напряжения на выходе выпрямителя;

U ‒ огибающая фазного напряжения генератора (действующее значение);

Uф ‒ синусоида фазного напряжения генератора;

Ufm ‒ импульсы напряжения возбуждения в обмотке возбуждения;

If ‒ ток возбуждения генератора;

Im ‒ ток нагрузки генератора.

Для удобной работы с кривой напряжения при переходном процессе (например, для определения показателей напряжения во время переходного процесса) выводится график действующего значения напряжения генератора U в увеличенном масштабе (рисунок А.13, а).

По этому графику можно определить максимальный провал напряжения и время окончания переходного процесса после восстановления напряжения.

Заключительный блок программы «Расчет спектральных характеристик кривой напряжения на разных стадиях включения нагрузки» позволяет построить спектральные характеристики (в программе расчета это рисунки с номерами А.14, А.15 и А.16) разных участков кривой напряжения (холостой ход, переходный процесс и установившийся режим) для расчета коэффициента несинусоидальности (выполняется студентами, обучающимися по программе магистратуры).

 

 

 

 

 

На графиках обозначены:

 

‒ амплитуда гармоник фазного напряжения, в % от номинального;

‒ частота гармоник, Гц.

 

 

Оформление результатов моделирования, выводы по

Результатам моделирования

 

Согласно ГОСТ Р ИСО 8528-3 ‒ 2005 «Электроагрегаты генераторные переменного тока с приводом от двигателя внутреннего сгорания» приняты следующие обозначения параметров переходного процесса:

· максимальный провал напряжения , %;

· время восстановления напряжения t_U, с;

· статическая ошибка , %;

· перерегулирование , %;

· коэффициент искажения синусоидальности кривой (коэффициент несинусоидальности) напряжения К_U, % (ГОСТ 13109‒97).

Величины провала напряжения, времени восстановления напряжения, перерегулирования снимаются с графика расчета переходного процесса путем прямого измерения численного значения. Величины статической ошибки и коэффициента несинусоидальности напряжения вычисляются по формулам в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 8528-3 ‒ 2005 и ГОСТ 13109‒97:

- статическая ошибка (установившееся отклонение напряжения), %,

,

 

где U_r – номинальное напряжение генератора, В;

U_st,max, U_st,min – соответственно максимальное и минимальное значение отклонения напряжения в установившемся режиме, В.

- коэффициент искажения синусоидальности кривой (коэффициент несинусоидальности) напряжения, %,

 

К_U= ,

 

где U₁, U₃, U₅, U₇, U_n ‒ амплитуды гармоник напряжения с нечетными номерами. Количество гармоник (n), учитываемых в расчете, зависит от требуемой точности (см. ГОСТ 13109‒97).

Результаты промежуточных расчетов включаются в расчетный раздел курсовой работы.

Результаты моделирования и расчетов заносятся в таблицы 1 и 2.

 

Таблица 1 – Зависимость характеристик переходного процесса

СГ от коэффициента форсировки А (при С_с=const)

Коэффициент форсировки А
Максимальный провал напряжения , %
Время восстановления tU, с
Статическая ошибка , %
Перерегулирование , %
Коэффициент несинусоидальности КU, %*

* – расчет коэффициента несинусоидальности выполняют студенты, обучающиеся по программе магистратуры.

 

Таблица 2 – Зависимость характеристик переходного процесса СГ от

величины емкости сглаживающего фильтра С_с (при А=const)

Емкость конденсатора Сс, мкФ
Максимальный провал напряжения , %
Время восстановления tU, с
Статическая ошибка , %
Перерегулирование , %
Коэффициент несинусоидальности КU, %*

* – расчет коэффициента несинусоидальности выполняют студенты, обучающиеся по программе магистратуры.

По результатам моделирования:

‒ формулируются выводы о влиянии параметров регулятора напряжения на показатели качества напряжения генератора, степени соответствия этих показателей требованиям ГОСТ и Правил Регистра;

 

ТАБЛИЦА ВАРИАНТОВ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

№ вар.	Тип генератора	Sн, кВА	Рн, кВт	Uн, В	Iн, А	r	xd	xq
о.е.
	МСС91-4					0,04	2,15	0,96
	МСС92-4				0,034	2,16	0,096
	МСС103-8				0,024	1,92	1,13
	МСС102-4				0,027	2,23	1,13
	МСС103-4				0,018	1,65	0,87
	ГСМ13-26-12				0,021	1,05	0,6
	ГСМ13-31-12				0,024	1,2	0,7
	ГСМ13-41-12				0,018	1,1	0,63
	ГСМ14-29-12				0,019	1,1	0,6
	ГСМ14-41-12				0,014	1,0	0,57
	СБГ-500-1500 ОМ4				0,014	3,04	1,69
	СБГ-800-1500 ОМ4				0,008	2,1	1,01
	СБГ-400-1000 ОМ4				0,016	2,17	1,17
	СБГ630-1000 ОМ4				0,006	1,51	0,80
	СБГ800-1000 ОМ4				0,011	1,70	0,96
	СБГ630-750 ОМ4				0,013	1,57	1,02
	СБГ800-750 ОМ4				0,01	1,59	1,06
	МСС114-8				0,016	1,44	0,74
	ГМ-630-4 ОМ4				0,008	2,39	2,39
	ГМ-800-4 ОМ4				0,009	2,06	2,06

Примечание: вариант задается либо преподавателем по списку группы (для студентов дневной формы обучения) или выбирается по последней цифре зачетной книжки (для студентов заочной формы обучения).

‒ даются рекомендации по настройке параметрического регулятора для конкретного генератора, параметры которого используются при моделировании, с целью получения лучших показателей качества, соответствующих требованиям нормативных документов.

КУРСОВОЙ РАБОТЫ

	xs	x´d	x´´d	x´´q	Td	T´´d	T´d	Ta	Ufmax
о.е.	сек.
	0,089	0,24	0,18	0,24	1,46	0,008	0,166	0,018	8,7
	0,078	0,20	0,176	0,24	1,51	0,014	0,145	0,018	7,23
	0,085	0,235	0,136	0,14	1,72	0,015	0,158	0,014	5,8
	0,067	0,305	0,172	0,19	2,28	0,007	0,31	0,02	5,5
	0,05	0,14	0,087	0,093	1,92	0,022	0,163	0,036	5,4
	0,08	0,018	0,12	0,12	1,2	0,006	0,2	0,015	3,33
	0,084	0,2	0,13	0,15	1,3	0,006	0,2	0,016	3,54
	0,075	0,18	0,12	0,12	1,4	0,007	0,23	0,019	3,33
	0,085	0,2	0,13	0,13	1,6	0,01	0,23	0,02	3,64
	0,073	0,17	0,11	0,11	1,8	0,01	0,31	0,023	3,64
	0,117	0,26	0,19	0,21	2,8	0,011	0,42	0,063	-
	0,093	0,23	0,17	0,21	2,8	0,014	0,42	0,063	-
	0,109	0,24	0,18	0,20	2,2	0,006	0,33	0,049	-
	0,074	0,19	0,15	0,21	2,1	0,016	0,315	0,047	-
	0,101	0,22	0,17	0,232	2,5	0,015	0,375	0,056	-
	0,093	0,23	0,15	0,21	2,2	0,011	0,33	0,049	-
	0,089	0,24	0,15	0,20	2,4	0,011	0,36	0,054	--
	0,082	0,21	0,158	0,19	1,57	0,032	0,23	0,018	6,1
	0,13	0,38	0,191	0,191	1,91	0,041	0,286	0,042	-
	0,13	0,35	0,153	0,153	1,95	0,042	0,292	0,043	-