МОиН Украины

Национальный технический университет

“Харьковский политехнический институт”

Кафедра электрических станций

Расчётное задание

по курсу: “Математическое моделирование”

на тему: “Модель синхронного генератора в фазных координатах”

Выполнил: ст. гр. Э-51а

Абашкина О.С.

Сербиненко М.С.

Бабенков А.А.

Шаповал О.

Проверил: доц. Пискурёв М.Ф.

Харьков 2005

Общие понятия и определения в математическом моделировании

Модель – некоторый объект, с помощью которого исследуются свойства оригинала и находящегося во взаимозначном соответствии с ним и более доступном для изучения.

Моделирование – исследование свойств объекта методом изучения свойств другого объекта находящегося в определённом соответствии с первым объектом и более удобным для исследования.

Под “моделью” понимают некоторые технические устройства, процесс, схемы замещения, мысленные образы, математические формулы.

Модель должна удовлетворять 3 условиям:

1. достоверно отображать некоторые свойства оригинала подлежащие изучению;

2. должно быть определённое соответствие, т.е. правила позволяющие осуществить переход от свойств модели к оригиналу и наоборот;

3. должна быть наглядной, простой и доступной для изучения.

Виды моделей:

1) Структурная. Показывает структуру объекта и взаимную связь между элементами этого объекта;

2) Модели прямой аналогии. В них процессы совпадают с процессами оригинала.

3) Физические модели. Они имеют одну и ту же физическую природу с оригиналом.

4) Математические модели, которые имеют одинаковое математическое описание с оригиналом. Эти модели бывают аналоговые и цифровые.

Основные допущения при составлении математической модели синхронного генератора

1. Не учитывается магнитное насыщение генератора.

2. В воздушном зазоре машины действуют намагничивающие силы только первой гармоники. Следовательно, ЭДС синхронного генератора – синусоидальный.

3. Не учитываются потери на перемагничивание.

4. Считают, что обмотки статора выполнены симметрично, а ротор генератора симметричен относительно осей d и q.

5. Все демпферные обмотки по оси d заменены одной демпферной обмоткой аналогичной по оси q.

6. При исследовании электромагнитных переходных процессов не учитывают изменение вращения скорости генератора.

Математическая модель синхронного генератора в фазных координатах

При составлении этой модели, в целях упрощения, не будем учитывать демпферные обмотки. Следовательно, уравнение баланса напряжений имеет вид:

Уравнение статора: Уравнение ротора:

( 1 )

где

- мгновенные значения напряжений обмоток статора и ротора;

- потокосцепления, связанные с соответствующими обмотками;

- мгновенные токи, протекающие в свободных обмотках.

( 2 )

где

- индуктивности и взаимоиндуктивности соответствующих обмоток.

Система уравнений 1 после подставления в неё значений из уравнений 2 превращается в систему из 4 дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами, т.к. практически все индуктивности и взаимоиндуктивности – переменные величины, т.е. являются функцией времени (вращение ротора генератора) за исключением индуктивной обмотки возбуждения.

const

Эти коэффициенты оказываются непостоянными из-за электрической и магнитной несимметрии ротора генератора. Т. о. система уравнений 1 и 2 позволяет смоделировать процессы в СГ в фазных координатах в режиме ХХ.

Чтобы смоделировать СГ в нагруженном режиме или в режиме КЗ необходимо добавить систему уравнений, позволяющую найти токи в обмотках статора и ротора.

Т. о. систему уравнений 1 дополненную системой уравнений 2 и уравнениями внешней цепи генератора будут представлять собой математическую модель СГ в фазных координатах.

Реализация модели синхронного генератора в фазных координатах

С целью упрощения модели представим её в виде 9 суперблоков. Первый суперблок моделирует переменные коэффициенты в уравнения для определения потокосцепления. Суперблоки 2,3,4,5 моделируют потокосцепление, 6,7,8 - фазное напряжение, 9-й – ток в обмотках возбуждения.

Первый суперблок в свою очередь состоит из подблоков. Первые три моделируют постоянные коэффициенты

; подблоки 4 – 6 моделируют индуктивности

; подблоки 7 – 9 моделируют взаимоиндукцию между фазами

; подблоки 10 – 12 моделируют взаимоиндукцию между обмотками возбуждения и фазными обмотками статора.

Порядок выполнения работы

I. Реализация первого суперблока

1. При реализации модели СГ в первую очередь необходимо смоделировать постоянные коэффициенты

Первый подблок имеет следующую реализацию:

Рис.1 – Первый подблок первого суперблока, моделирующий

Реализация второго подблока:

Рис.2 – Второй подблок первого суперблока, моделирующий

Реализация третьего подблока:

Рис.3 – Третий подблок первого суперблока, моделирующий

Каждый из трёх подблоков представляем в виде субблоков. Для этого:

а) выделяем подблок;

б) с помощью правой кнопки мыши находим операцию “Createsubsystem”;

в) образуем субблок;

г) обозначаем входящие и выходящие параметры.

2. Моделирование индуктивностей

cos

Модель синхронного генератора в фазных координатах (стр. 1 из 2)

Выполнил: ст. гр. Э-51а

Модель – некоторый объект, с помощью которого исследуются свойства оригинала и находящегося во взаимозначном соответствии с ним и более доступном для изучения.