книги / Новые подходы к исследованию и идентификации переходных процессов синхронных машин
..pdfСПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
τkj |
|
|
– |
точечная kj-постоянная времени (базовый случай- |
|
|
|
|
ный признак) переходного процесса синхронной |
τ′эф |
|
|
машины; |
|
|
– |
эффективная точечная выборка (постоянная времени |
||
|
|
|
|
переходной составляющей) переходной составляю- |
′′ |
|
|
|
щей переходного процесса синхронной машины; |
|
|
– |
эффективная точечная выборка (постоянная време- |
|
τэф |
|
|||
|
|
|
|
ни сверхпереходной составляющей) сверхпереход- |
|
|
|
|
ной составляющей переходного процесса синхрон- |
τа.эф |
|
|
ной машины; |
|
|
– |
эффективная точечная выборка (постоянная време- |
||
|
|
|
|
ни апериодической составляющей) апериодической |
|
|
|
|
составляющей переходного процесса синхронной |
|
|
|
|
машины; |
2I∞ (2U∞ ) – удвоенное установившееся значение тока в опыте |
||||
|
|
|
|
ВКЗ; напряжения в опыте ВН; напряжение (ток) от |
|
′ (2U ′ ) |
|
остаточного намагничивания в опыте ГП; |
|
2I |
– удвоенное начальное значение тока (напряжения) |
|||
|
0 |
0 |
||
|
′′(2U ′′) |
|
переходной составляющей; |
|
2I |
– удвоенное начальное значение тока (напряжения) |
|||
|
0 |
0 |
||
|
|
|
|
сверхпереходной составляющей; |
Iа0 |
|
– |
начальное значение апериодического тока; |
|
iуд |
|
|
– |
ударный ток переходного процесса в опыте внезап- |
|
|
|
|
ного симметричного короткого замыкания синхрон- |
|
|
|
|
ной машины; |
iп |
(iс ) |
|
– периодический (симметричный) ток переходного |
|
|
|
|
|
процесса в опыте внезапного симметричного ко- |
|
|
|
|
роткого замыкания синхронной машины; |
iа |
|
|
– |
апериодический (асимметричный) ток переходного |
|
|
|
|
процесса в опыте внезапного симметричного ко- |
роткого замыкания синхронной машины;
21
if 0 |
|
|
– |
ток обмотки возбуждения синхронной машины; |
|
|
iyd |
|
|
– |
ток успокоительной обмотки синхронной машины; |
||
α(γ0 ) |
– угол между осью фазы обмотки якоря и осью по- |
|||||
|
|
|
|
люсов в начальный момент короткого замыкания; |
|
|
xd , |
xq |
– синхронные индуктивные сопротивления по про- |
||||
x′ |
, |
x′ |
– |
дольной и поперечной осям синхронной машины; |
- |
|
переходные индуктивные сопротивления по про |
||||||
d |
|
q |
|
|
||
x′′ |
, |
x′′ |
– |
дольной и поперечной осям синхронной машины; |
|
|
сверхпереходные индуктивные сопротивления по |
||||||
d |
|
q |
|
|||
|
|
|
|
продольнойипоперечной осямсинхронноймашины; |
||
R |
|
|
– |
размах вариационного ряда случайного признака; |
|
υ– коэффициент вариации вариационного ряда случайного признака;
Xσa
Xσf
Xσyd
τ′ 0
d
τ′′0
d
τ′
d
τ′′
d
–индуктивное сопротивление обмотки якоря синхронной машины;
–индуктивное сопротивление обмотки возбуждения синхронной машины;
–индуктивное сопротивление успокоительной обмотки синхронной машины;
–переходная постоянная времени переходной составляющей свободного тока в обмотке возбуждения и успокоительной при разомкнутой обмотке якоря синхронной машины;
–сверхпереходная постоянная времени сверхпереходной составляющей свободного тока в обмотке возбуждения и успокоительной при разомкнутой обмотке якоря синхронной машины;
–переходная постоянная времени переходной составляющей свободного тока в обмотке возбуждения и успокоительной при замкнутой обмотке якоря синхронной машины;
–сверхпереходная постоянная времени сверхпереходной составляющей свободного тока в обмотке возбуждения и успокоительной при замкнутой обмотке якоря синхронной машины;
22
i(tk )
A0(n) , τ(n)
A∞ (tk )
N
Nнорм
n
K
nв
nв.норм
nэф
τ′
0
τ′в
τ′эф
′
K
–дискретно заданный переходный процесс в обмотке якоря сихронной машины;
–параметры экспоненциальных составляющих дис-
кретного переходного процесса (при n = 1 – одной, n = 2 – двух, n = 3 – трех составляющих);
–установившееся значение тока (напряжения) якоря синхронной машины в режимах внезапного симметричного короткого замыкания, ударного возбуждения (илигашения поля, восстановления напряжения);
–объем генеральной совокупности случайного признака;
–объем нормализованной генеральной совокупности случайного признака;
–объем двух элементов точечной выборки случайного признака;
–количество элементов iоj (uоj ) между огибающими дискретного переходного процесса;
–объем выборки из генеральной совокупности случайного признака;
–объем нормализованной выборки из генеральной совокупности случайного признака;
–минимизированный объем эффективных точечных выборок;
–математическое ожидание (среднее значение) генеральной совокупности случайного признака;
–математическое ожидание (среднее значение) выборки из генеральной совокупности случайного признака;
–математическое ожидание (среднее значение) минимизированного объема эффективных точечных выборок;
–среднеквадратичная погрешность приближения модели переходной составляющей в исследуемом диапазоне переходного процесса;
23
K |
– среднеквадратичная погрешность приближения |
|
модели всего переходного процесса к его опытным |
||
|
||
|
данным; |
|
Tc |
– погрешность измерения периода источника питания |
|
|
обмотки статора (якоря); |
T– начальный сдвиг во времени первого максимума тока якоря в опыте внезапного симметричного ко-
t
(τ′ )макс kj
(τ′ )мин kj
σ2
σ02
σв2
pi
роткого замыкания;
–шаг квантования по времени переходного процесса;
–максимальное значение случайного признака в вариационном ряду;
–минимальное значение случайного признака в вариационном ряду;
–дисперсия распределения случайного признака;
–дисперсия распределения генеральной совокупности случайного признака;
–дисперсия распределения выборки из генеральной совокупности случайного признака;
–интервальная вероятность;
σ– среднеквадратичное отклонение выборки случайного признака;
k
hэмп
hтеор′
χ2
χi2
ε′расч
ε′о.п
–число интервалов;
–эмпирическое (экспериментальное) значение интервальной частоты случайного признака;
–гипотетическое (теоретическое) значение интервальной частоты случайного признака;
–критерий Пирсона;
–интервальное значение критерия Пирсона;
–относительное изменение погрешности случайного признака, представленное полным дифференциалом через расчетные значения;
–относительное изменение погрешности случайного признака, представленное полным дифференциалом через опытные значения;
24
Em (E∞ )
tн′ – tв′*
tн′ , tв′
tн′.эф, tв′.эф
tн′.эф.опт , tв′.эф.опт
T – tн′
tн′′ , tв′′
tн′′.эф, tв′′.эф
tн′′.эф.опт , tв′′.эф.опт
–ЭДС, определяемая по спрямленной ненасыщенной характеристике холостого хода для определения ненасыщенного синхронного сопротивления;
–границы диапазона переходного процесса для исследования и идентификации переходной составляющей симметричного тока (напряжения) якоря синхронной машины;
–нижняя и верхняя границы точечной выборки kj-постоянной времени (базовый случайный признак) переходного процесса с переходной составляющей симметричного тока (напряжения) якоря синхронной машины;
–нижняя и верхняя границы эффективной точечной выборки τ′эф переходной составляющей симметричного тока (напряжения) якоря синхронной машины;
–оптимизированные нижняя и верхняя границы эффективной точечной выборки τ′эф переходной составляющей в исследуемом диапазоне переходного процесса;
–границы диапазона переходного процесса для исследования и идентификации сверхпереходной составляющей симметричного тока (напряжения) якоря синхронной машины;
–нижняя и верхняя границы точечной выборки kj-постоянной времени для сверхпереходной составляющей симметричного тока (напряжения) якоря синхронной машины;
–нижняя и верхняя границы эффективной точечной выборки τ′эф′ сверхпереходной составляющей симметричного тока (напряжения) якоря синхронной машины;
–оптимизированные нижняя и верхняя границы эффективной точечной выборки τ′эф′ сверхпереходной составляющей симметричного тока (напряжения) якоря синхронной машины;
25
tа.н.эф , tа.в.эф – нижняя и верхняя границы эффективной точечной выборки τ′а.эф асимметричного тока (напряжения)
iоj (t j )
iиj (t j )
Iвj (t j )
iо′.н , iо′.в
iо′′.н , iо′′.в
якоря синхронной машины;
–элемент между огибающими полного тока в узлах дискретно заданного переходного процесса;
–интерполяционное значение в узлах дискретно заданного переходного процесса;
–вершиныдискретнозаданногопереходногопроцесса;
–элементы переходного процесса в нижней и верхней границах исследуемого диапазона с переходной составляющей симметричного тока (напряжения) якоря синхронной машины;
–элементы переходного процесса в нижней и верхней границах исследуемого диапазона со сверхпереходной составляющей симметричного тока (напряжения) якоря синхронной машины.
Принятые сокращения:
ВКЗ |
– внезапное симметричное короткое замыкание |
|
ВН |
– |
восстановление напряжения |
ВСМ |
– |
вероятностно-статистические методы |
ГАМ |
– |
графоаналитический метод |
ГП |
– |
гашение поля |
ГС |
– |
генеральная совокупность |
ИМ |
– |
испытуемая машина |
ИТЭР |
– |
международный термоядерный экспериментальный |
(ITER) |
|
реактор (International thermonuclear experimental |
|
|
reactor) |
ИШ |
– |
измерительный шум |
КЗ |
– |
режим короткого замыкания |
МО |
– |
математическое ожидание |
МСМ |
– |
мощная синхронная машина |
26
ОВ |
– |
обмотка возбуждения |
ОЯ |
– |
обмотка якоря |
ПВ |
– |
постоянная времени |
ПИ |
– |
приёмочные испытания |
ПП |
– |
переходный процесс |
СД |
– |
синхронный двигатель |
СМ |
– |
синхронная машина |
ТВиМС |
– теория вероятностей и математической статистики |
|
ТГ |
– |
турбогенератор |
УВ |
– |
ударное возбуждение |
УО |
– |
успокоительная обмотка |
ХХ– режим холостого хода
ЦЗО – цифровой запоминающий осциллограф ЭТВ – эффективные точечные выборки
27
Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ СИНХРОННЫХ МАШИН
Несмотря на большой промежуток времени со дня выхода в печать фундаментальных работ по исследованию ПП машин переменного тока до современной постановки глобальных проблем энергетики, появление замечательных учебников по ЭМ для высшей школы в нашей стране, а также публикаций для специалистов, занятых практическими вопросами испытаний ЭМ [1–8], и огромного количества статей, а также иных публикаций по ЭМ, проблема точности и достоверности определяемых параметров мощных СМ из переходных режимов остаётся актуальной по сей день.
Более того, в отечественных и зарубежных стандартах на испытания ЭМ сохраняются методы с обильным представлением наглядных, но весьма трудоёмких и неточных графоаналитических операций для определения параметров СМ.
1.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТОЯНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
Синхронный электропривод, в основе которого лежит использование СМ средней и большой мощности, является важнейшим звеном в широко распространенных отраслях промышленности, таких как тяжелое и легкое машиностроение; нефтегазодобывающая, горная, химическая, металлургическая и других. Поэтому улучшение качества технических, экономических, тех- нико-экономических показателей и характеристик вновь создаваемых и уже эксплуатируемых СМ средней и особенно большой мощности в энергетике является весьма важной и актуальной задачей.
В настоящий время в РФ выпускается широкий номенклатурный перечень СМ средней и большой мощности, конструкции и отдельные узлы которых подвергаются совершенствованию,
28
продолжается разработка новых типов машин, расширяется область их практического использования. Особенно важным при этом является снижение себестоимости СМ с одновременным повышением их качества и конкурентоспособности как на внутреннем рынке, так и на международном уровне [9–12]. В связи с постоянным увеличением стоимости электроэнергии возникает необходимость разработки высокоэффективных СМ средней и большой мощности, используемых в системах производства, преобразования и потребления электроэнергии [9–15]. Для получения хороших результатов в сжатые сроки последнее предполагает обязательную формализацию проектирования СМ, их изготовления и испытания, а при необходимости проведение научных исследований. Все этапы создания СМ связаны в той или иной степени с применением ЭВМ [13, 14, 16–27].
Оценка качества производимых СМ осуществляется проведением сравнительного анализа электромагнитных параметров, ПВ и энергетических характеристик, полученных в процессе обработки результатов стендовых испытаний, на соответствие их действующим отечественным и международным стандартам. Стендовые испытания носят важнейший характер в процессе производства СМ, они являются единственным средством оценки правильности конструкторских разработок и, что крайне важно, качества электрических машин [7, 16, 28–33].
В соответствии с отечественными и международными стандартами наибольший объем производимых опытов при стендовых испытаниях приходится на программы испытаний СМ. Например, в программу приемочных испытаний СМ включены пункты по определению ПВ и индуктивных сопротивлений из ПП, возникающих в таких важных опытах, как ВКЗ, ВН, УВ, ГП и др. Определение электромагнитных ПВ и параметров СМ по исходным данным этих опытов составляет значительную часть от общего времени проведения испытаний [7, 16, 28–33].
Анализ различных источников информации показал, что совершенствование идентификации ПП по результатам стендовых испытаний возможно при автоматизации регистрации первичной
29
информации, её обработке с использованием развитых новых математических методов на базе вероятностных подходов из-за практического разброса результатов идентификации ПП МСМ
[1, 7, 16, 17–40].
Созданные за последние годы на предприятиях отечественного электромашиностроения автоматизированные системы испытаний СМ снимают большинство проблем, связанных с автоматизацией измерений и обработкой их результатов. Однако развитие аппаратно-программного комплекса электронно-вычислительных машин (ЭВМ) и прикладного математического аппарата позволило оперативно получать результаты испытаний, своевременно обеспечивать конструкторские и технологические службы заво- дов-изготовителей информацией для корректировки конструкций существующих и вновь создаваемых ЭМ [34, 35, 37–39].
Эффективность существующих и создаваемых АСУ при проведении стендовых испытаний СМ зависит от многих факторов, а именно от используемых аппаратных и программных средствах съема, передачи, хранения и преобразования информации. Однако на текущий момент эффективность всей АСУ в большей степени зависит от прикладного специализированного математического обеспечения, реализованного посредством различных специализированных программных продуктов. Также необходимо учитывать степень сложности объектов исследования и процессов, протекающих в них при проведении стендовых испытаний или возникающих при нарушениях режима работы СМ в процессе их эксплуатации [16, 17, 18–27].
Электрические машины переменного тока, в частности СМ средней и большой мощности, подвергаются в процессе эксплуатации разнообразным динамическим воздействиям (особенно внезапные симметричные короткие замыкания в сети
ивнутри самой машины, включение в сеть (пуск СМ), набросы
исбросы нагрузки, потеря возбуждения и т.д.). Возникающие при таких динамических воздействиях ПП оказывают большое влияние как на работу самих ЭМ, так и на работу энергосистемы в целом [1].
30