Статическая устойчивость синхронного генератора
Статическая устойчивость синхронной машины, работающей параллельно с сетью, — это способность сохранять синхронное вращение (n2=n1) при изменении внешнего вращающего или тормозного момента Мвн, приложенного к ее валу. Статическая устойчивость обеспечивается только при углах q 0 (точка С), то увеличение угла q при возрастании Мвн вызывает уменьшение электромагнитного момента до значения (М — ΔМ) (точка D). Равновесие моментов, действующих на вал ротора, нарушается. Ротор продолжает ускоряться, а угол q — возрастать, что может привести к двум результатам:
1) машина переходит в точку устойчивой работы (аналогичную точке А) на последующих положительных полуволнах угловой характеристики;
2) ротор по инерции проскакивает устойчивые положения, при этом происходит выпадение из синхронизма, т. е. ротор начинает вращаться с частотой, отличающейся от частоты вращения магнитного поля статора.
Выпадение, из синхронизма является аварийным режимом. При этом ток якоря возрастает, так как ЭДС генератора Е и напряжение сети Uc в этом режиме могут складываться по контуру «генератор — сеть», а не вычитаться, как при нормальной работе.
Если внешний момент при работе машины в точке С снижается, то угол q уменьшается, электромагнитный момент возрастает, что приводит к дальнейшему уменьшению угла q и переходу к работе в устойчивой точке А.
Если машина работает в установившемся режиме при некотором угле q, то малое отклонение Δq от этого угла сопровождается возникновением момента ΔМ = (dM/dq) Δq
который стремится восстановить исходный угол q. Этот момент называют синхронизирующим. Ему соответствует понятие синхронизирующей мощности ΔРЭМ = (dРЭМ/dq) Δq.
Производные dM/dq и dРЭМ/dq называют соответственно удельным синхронизирующим моментом и удельной синхронизирующей мощностью.
Удельный синхронизирующий момент имеет максимальное значение при q = 0. С возрастанием q он уменьшается, а при q = qкр он равняется нулю, поэтому синхронные машины обычно работают с q = 20-30°, что соответствует приблизительно двукратному запасу по моменту.
Перегрузочная способность синхронной машины оценивается отношением:
Согласно ГОСТу это отношение для мощных генераторов должно быть не менее 1,6—1,7, а для синхронных двигателей большой и средней мощности — не менее 1,65.
Для неявнополюсной машины удельный синхронизирующий момент и мощность:
Удельная синхронизирующая мощность и момент обратно пропорциональны индуктивному сопротивлению Х1 или Хd. Для устойчивой работы индуктивное сопротивление машины должно быть возможно наименьшим, для чего необходимо увеличить воздушный зазор. При этом требуется увеличение МДС возбуждения, что ведет к удорожанию машины.
Поэтому в современных синхронных машинах для повышения устойчивости применяют автоматическое регулирование тока возбуждения при изменении нагрузки. При увеличении тока возбуждения возрастает ЭДС Еf и момент Mmax. При этом увеличивается устойчивость машины.
 |
При работе на электрическую сеть синхронные генераторы должны работать с перевозбуждением, обеспечивающим повышение перегрузочной способности. При номинальном режиме ток I1 должен отставать от напряжения U1 и иметь cosφ1= 0,8.
Генераторы большой мощности снабжают регуляторами возбуждения сильного действия, которые реагируют не только на отклонение напряжения U1, но и на производные во времени dU1/dt и dI1/dt, последняя из которых определяется изменениями угла dq/dt.
В машинах малой и средней мощности применяют системы фазового компаундирования, обеспечивающие автоматическое изменение тока возбуждения при изменении тока нагрузки. Обмотка возбуждения 2 питается от обмотки якоря 1 через полупроводниковый выпрямитель 6. К входу выпрямителя параллельно подключены вторичные обмотки двух трансформаторов 3 и 5. Их первичные обмотки включены параллельно и последовательно с обмоткой якоря 1. Последовательно с вторичной обмоткой трансформатора 3 включен реактор 4.
Для удержания синхронной машины в синхронизме при снижении напряжения в сети (при удаленных коротких замыканиях) применяют форсировку тока возбуждения. Форсировка осуществляется автоматически релейной защитой, которая замыкает накоротко резисторы или реостаты в цепи обмотки возбуждения возбудителя или подвозбудителя.
Эффективность форсировки возбуждения характеризуется кратностью предельного установившегося напряжения возбудителя: Кf =Uf max/Uf н,
(где Uf max — наибольшее установившееся напряжение возбудителя; Uf н — номинальное напряжение возбуждения), а также скоростью нарастания напряжения возбудителя duf/dt.
Источник
СТАТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ
Условия статической устойчивости. Угловая характеристика синхронной машины имеет важное значение для оценки статической устойчивости и степени перегружаемости. Под статической устойчивостью синхронной машины, работающей параллельно с сетью, понимают ее способность сохранять синхронное вращение (т. е. условие п2 = п1 ) при изменении внешнего вращающего или тормозного момента Мвн , приложенного к ее валу. Статическая устойчивость обеспечивается только при углах θ, соответствующих М
Аналогичный процесс происходит и при уменьшении Мвн ; при этом соответственно уменьшаются угол θ и момент М, а следовательно, равновесие моментов также восстанавливается. Однако если машина работает при π/2 0, и неустойчиво, если dM/dθ
который стремится восстановить исходный угол θ. Этот момент называют синхронизирующим. Ему соответствует понятие синхронизирующей мощности
Производные dM/dθ и dPэм /dθ называют соответственно удельным синхронизирующим моментом и удельной синхронизирующей мощностью (иногда их называют коэффициентами синхронизирующего момента и синхронизирующей мощности). При неявнополюсной машинеdM/dθ = Mmax cos θ; dPэм /dθ = Pэм max cos θ. Удельный синхронизирующий момент имеет максимальное значение при θ = 0 — с возрастанием θ он уменьшается; при θ = π/2 он равняется нулю, поэтому синхронные машины обычно работают с θ = 20 ÷ 35°, что соответствует двукратному или несколько большему запасу по моменту. Статическая перегружаемостъ синхронной машины оценивается отношением
Согласно ГОСТу это отношение для мощных генераторов должно быть не менее 1,6—1,7, а для синхронных двигателей большой и средней мощности — не менее 1,65.
Влияние тока возбуждения на устойчивость.Устойчивость генератора при заданном значении активной мощности, от-даваемой в сеть, зависит от тока возбуждения. При увеличении тока возбуждения возрастает ЭДС E0, а следовательно, и момент Мmах ; при этом увеличивается устойчивость машины.
На рис. 6.40, б изображены угловые характеристики при различных токах возбуждения (при различных E0), откуда следует, что чем больше ток возбуждения, тем меньше угол в при заданной нагрузке, а следовательно, тем больше отношение Мmах /Мном и перегрузочная способность генератора.
Обычно электрическая сеть, на которую работают синхронные генераторы, является для них активноиндуктивной нагрузкой (генераторы отдают как активную Р, так и реактивную Qмощности). При этом синхронные генераторы должны работать с некоторым перевозбуждением, обеспечивающим повышение перегрузочной способности. Так, например, согласно ГОСТу в синхронных генераторах при номинальном режиме ток Íа должен опережать напряжение сети Úc(т. е. отставать от напряжения Ú и иметь cos φ = 0,8. Однако если сеть создает активно-емкостную нагрузку (например, из-за подключения к ней большого числа статических или вращающихся компенсаторов), то генератор для поддержания стабильного напряжения работает с недовозбуждением, т. е. при токе Ia , опережающем напряжение U. Такой режим неблагоприятен для него, так как с уменьшением тока возбуждения при заданной активной мощности Р возрастает угол θ и снижается перегрузочная способность Мmах /Мном , определяющая устойчивость машины.
Регулирование тока возбуждения. В современных синхронных генераторах широко применяют автоматическое регулирование тока возбуждения для стабилизации напряжения при изменении нагрузки и повышения статической и динамической устойчивости. Для этого генераторы большой мощности снабжают регуляторами сильного действия, которые реагируют не только на отклонение напряжения U от установленного значения, но и на производные во времени dU/dt и dIa/dt; последняя производная определяется изменениями угла нагрузки dθ/dt.
Компаундированные системы возбуждения. В современных синхронных генераторах широко применяют компаундирование, т. е. автоматическое изменение тока возбуждения при изменении тока нагрузки генератора. В генераторах малой и средней мощности используют систему фазового компаундирования (рис. 6.41). В этой системе обмотка возбуждения 2генератора получает питание от обмотки якоря 1 через полупроводниковый выпрямитель 6. Ко входу выпрямителя подключены параллельно вторичные обмотки двух трансформаторов 3 и 5, первичные обмотки которых включены соответственно параллельно и последовательно с обмоткой якоря 1. Последовательно с вторичной обмоткой трансформатора 3 включен реактор 4.
На рис. 6.42, а приведена упрощенная схема замещения рассматриваемой системы при условии, что внутренние сопротивления трансформаторов 3 и 5 (см. рис. 6.41) и выпрямителя 6равны нулю. Из нее следует:
где Í‘в — ток на входе в выпрямитель 6; Iu и Ii — выходные токи трансформаторов 3 и 5; Uu — выходное напряжение трансформатора 3; XL — индуктивное сопротивление реактора 4; R‘в — сопротивление обмотки возбуждения, приведенное к входу выпрямителя 6.
 | Рис. 6.41. Принципиальная схема системы фазового компаундирования |
 |
| Рис. 6.42. Схема замещения (в) и векторная диаграмма (б) системы фазового компаундирования |
Так как напряжение Uuпропорционально и совпадает по фазе с напряжением генератора U (рис. 6.42, б), а ток Ii — пропорционален и совпадает по фазе с током якоря генератора Iа, то напряжение на входе выпрямителя U‘в , а следовательно, и ток возбуждения Iвавтоматически изменяются при изменении напряжения генератора U, его тока нагрузки Iа и угла сдвига фаз φ между ними. Путем подбора коэффициентов трансформации трансформаторов 3 и 5 и индуктивности реактора 4 (его часто выполняют с подмагничиванием) можно обеспечить стабилизацию выходного напряжения генератора при изменении в широких пределах тока нагрузки и угла сдвига фаз между током и напряжением. Практически из-за насыщения магнитной системы и других причин система фазового компаундирования поддерживает напряжение U = const с точностью порядка ± 5 %. В некоторых схемах фазового компаундирования трансформаторы 3 и 5 объединяют в общий трансформатор с двумя первичными и одной вторичной обмоткой, подключенной к выпрямителю 6.
Самовозбуждение синхронного генератора в рассматриваемой системе осуществляется за счет потока остаточного магнетизма (см. более подробно § 8.8). Однако вследствие нелинейного сопротивления выпрямителя (оно увеличивается при малых токах) и других причин индуцируемая этим потоком в обмотке якоря ЭДС может оказаться недостаточной для обеспечения процесса самовозбуждения. В этом случае необходимо применять дополнительные меры для самовозбуждения генератора. К числу этих мер относятся: подключение обмотки возбуждения на период пуска генератора к внешнему источнику постоянного тока небольшой мощности, увеличение потока остаточного магнетизма путем установки на полюсах машины магнитных прокладок или применение резонансного контура.
Для получения резонансного контура на вход выпрямителя можно подключить конденсаторы7 (см. рис. 6.41), емкость которых подбирают так, чтобы при п
Источник
Статическая устойчивость параллельной работы синхронных генераторов
Из теории электрических машин известно, что, пренебрегая явнополюсностью ротора, электромагнитная мощность синхронного генератора
(1)
где Е, U—соответственно э. д. с. и напряжение обмотки статора;
xd — синхронное индуктивное сопротивление обмотки статора;
q — угол между векторами э. д. с. и напряжения, а также между векторами м. д. с. обмотки статора и обмотки ротора в пространстве.
Эту зависимость называют угловой характеристикой синхронной машины (рис. 1). Ее часть, расположенная выше оси абсцисс, соответствует режиму работы генератором, а часть, расположенная ниже оси абсцисс, — режиму работы двигателем.
 |  |
| Рисунок 27.1. Угловая характеристика синхронного генератора | Рисунок 27.2. Принцип действия СГ в режиме холостого хода (а) и под нагрузкой (б) |
При холостом ходе q = 0 (рис.27, а) механическая мощность, приложенная к валу генератора со стороны приводного двигателя, и электромагнитная мощность, отдаваемая генератором, также равны нулю. При увеличении подачи топлива (или пара) приводному двигателю генератора его ротор «забегает» вперед относительно статора на некоторый угол q, вызывая растяжение магнитных линий (рис.27, б). Генератор развивает электромагнитную мощность, равную (но противоположную по знаку) механической мощности на валу, и ротор продолжает равномерное вращение с прежней (синхронной) частотой. При номинальной нагрузке генераторов q =15 ¸ 30°. Дальнейшему повышению механической мощности на валу генератора (см. рис. 27.1) будет соответствовать увеличение угла на +Dq и электромагнитной мощности генератора на + DР вплоть до угла q = 90°. При q = 90° увеличение механической мощности на валу вызывает увеличение угла на +Dq и уменьшение электромагнитной мощности генератора на — DР. К ротору генератора будет приложена избыточная мощность, под действием которой угол q будет непрерывно увеличиваться. В результате магнитная связь между ротором и статором нарушается, и генератор переходит в асинхронный или двигательный режим работы с последующим отключением его защитой.
Таким образом, участок ОА кривой (см. рис. 27.1) соответствует устойчивой работе, а участок АВ — неустойчивой. Условие dP/dq >0 является условием статической устойчивости работы синхронного генератора.
Динамическую устойчивость работы генераторов рассмотрим на примере мгновенного уменьшения напряжения в системе, когда генератор с угловой характеристики 1 переходит на работу в режиме, которому соответствует угловая характеристика 2 (рис. 27.3).
Точка А характеристики 1 соответствует работе генератора при номинальном напряжении, при котором угол q равен qн. При резком уменьшении напряжения в сети угол в вследствие инерции вращающихся масс ГА не может измениться мгновенно, а электромагнитный момент генератора резко уменьшится, т. е. точка А с характеристики 1 переместится в точку В характеристики 2 при q=qн. Мощность, отдаваемая генератором, уменьшится от Рн до P1, а мощность приводного двигателя Рп.д. сохраняется. Под действием разности мощностей Рп.д. — Р1 > 0 ротор генератора получит ускорение, его угловая скорость w будет расти (см. годограф угловой скорости на рис. 27.3) и угол q начнет увеличиваться.
В точке С наступит равенство мощностей генератора и приводного двигателя Рп.д=Рн, но из-за инерции ГА ротор генератора будет отклоняться до точки D. На участке CD мощность генератора больше мощности приводного двигателя Рп.д 90°.
Если же при переходе с характеристики 1 на характеристику 2 (рис. 27.3.) площадь S1 фигуры АВС будет больше площади S2 фигуры CD, то для сохранения динамической устойчивости при угле q2 необходимо восстановить напряжение до первоначального значения. При этом работа генератора будет характеризоваться не точкой D характеристики 2, а точкой Е характеристики 1 и затем точкой F, после чего площадь S2 фигуры CDEFG будет равна площади S1 фигуры АВС и ротор начнет обратное движение к точке А (см. рис. 27.3, б) по пути F—Е—А.
Таким образом, динамическая устойчивость параллельной работы синхронных генераторов обеспечивается при условиях: 
.
| 5. | Інтегральні середовища розробки програмного забезпечення мікропроцесорних управляючих систем. Склад і призначення окремих частин. |
Интегрированные системы разработки — программно-аппаратные системы,
предоставляющие возможность проведения программного проекта по всем
стадиям разработки — от создания исходного текста программы до отладки
программно-аппаратного комплекса.
В состав программного обеспечения интегрированных сред входят:
· редактор исходных текстов;
· средства отладки программного обеспечения в реальных условиях эксплуатации;
С применением интегрированных сред возможно проведение интерактивной
отладки программы, функционирующей на микроконтроллерной системе.
При этом на инструментальной ЭВМ формируется управляющее воздействие программы. Использование внешних воздействий позволяет исследовать поведение программно-аппаратного комплекса без внесения каких-либо изменений в текст отлаживаемой программы (задание новых значений при инициализации, запуск управляющих подпрограмм в иной последовательности и т. п.).
В состав аппаратного обеспечения интегрированных систем разработки входят так называемые отладочные платы, представляющие собой аппаратные
платформы типовой конфигурации, в ряде случаев дополненные набором периферийных элементов (клавиатура, индикаторы и т. п.) и допускающие возможность установки пользовательских подсистем (устройств сопряжения и т. п.).
Интегрированная система разработки позволяет провести полный цикл проектирования системы, в результате которого формируется целевая микроконтроллерная система, способная функционировать в автономном режиме.
Интегрированные системы разработки некоторых фирм (в частности, система
Visual Micro Lab) позволяют проводить моделирование типовых элементов
систем управления (логических элементов, индикаторов, пассивных компонентов), подключенных к микроконтроллеру, тем самым повышая надежность разрабатываемого программного обеспечения.
В некоторых интегрированных системах (например, DavE— Digital Application Engineer) справочная подсистема обладает возможностью по командам пользователя, специфицирующим типовые режимы работы блоков микроконтроллера, автоматически генерировать фрагменты текста разрабатываемого программного обеспечения.
Интегрированные среды разработки выпускаются фирмами Keil, Tasking
Software и рядом других.
Источник