Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности анализа систем бесперебойного питания (СБП) 10
1.1. Принципы построения СБП 10
1.2. СБП с электромеханическими автономными системами гарантированного питания (СГП) 12
1.3. Проблемы анализа работы однотипных СГП на общую нагрузку 16
1.4. Выводы 33
2. Модель, анализ и синтез электромеханической СГП 34
2.1. Динамическая модель электромеханической СГП и оценка ее параметров 34
2.2. Линеаризация динамической модели СГП 42
2.3. Синтез корректирующего устройства для СГП 49
2.4. Выводы 52
3. Устойчивость и качество параллельной работы СГП 53
3.1. Параллельная работа двух СГП 53
3.1.1. Якорное управление двигателем (упрощенный вариант) 53
3.1.2. Динамическая модель параллельной работы двух СГП 57
3.1.3. Анализ изменения моментов нагрузки на стабилизаторы в процессе выравнивания мощностей генераторов 60
3.1.4. Устойчивость и точность системы из двух параллельно работающих СГП. 64
3.2. Параллельная работа трех и более СГП 74
3.3. Управление параллельно работающими СГП при выравнивании нагрузки 79
3.4. Выводы 82
4. Модельное исследование работы СГП 83
4.1. Моделирование одиночной СГП 83
4.1.1. Полная модель 83
4.1.2. Линеаризованная модель 84
4.2. Режимы работы параллельно включаемых СГП 86
4.2.1. Выравнивание скоростей и вхождение в синхронизм 86
4.2.2. Выравнивание нагрузки 87
4.3. Параллельная работа двух СГП 87
4.3.1. Упрощенный вариант СГП 87
4.3.2. Полная схема для реальной системы без коррекции по току якоря в СГП... 90
4.3.3. Полная схема для реальной системы с коррекцией по току якоря в СГП 94
4.4. Параллельная работа трех СГП 95
4.4.1. Упрощенный вариант 95
4.4.2. Полная схема для реальной системы 99
4.5. Выводы 103
Заключение 104
Литература 106
Приложение 117
- СБП с электромеханическими автономными системами гарантированного питания (СГП)
- Линеаризация динамической модели СГП
- Анализ изменения моментов нагрузки на стабилизаторы в процессе выравнивания мощностей генераторов
- Выравнивание скоростей и вхождение в синхронизм
Введение к работе
Системы гарантированного питания (СГП) могут быть интегрированы в предприятия, технологическое оборудование которых предъявляет высокие требования к качеству электроэнергии сети, недопустимость кратковременных провалов, искажений, пульсаций и исчезновений напряжения. С другой стороны, рассматриваемая система рекомендуется для установления на предприятиях, имеющих потребителей энергии, вносящих искажения напряжения в сеть, например, импульсные потребители энергии, сварочные и металлургические производства, вентильные преобразователи и т.д. Вращающиеся электромеханические преобразователи энергии, на базе синхронных машин специального исполнения, обеспечивают гарантированное энергоснабжение ответственных потребителей энергии при кратковременных до 100 миллисекунд исчезновениях напряжений питающей сети, а также сглаживание нелинейных искажений и пульсаций напряжений сети, вызванных включением импульсных потребителей энергии, нелинейных нагрузок и т.д.
В настоящее время на автоматизированных рабочих местах (АРМ) в органах государственной власти и учреждениях обычно устанавливаются устройства бесперебойного питания, позволяющие сохранять работоспособность АРМа в течении непродолжительного времени в случае внезапного отказа питающей промышленной сети. Однако применение источников бесперебойного питания не решает проблемы безопасности по следующим причинам:
Отсутствие информационной защищенности от проникновения в память компьютера через промышленную сеть;
Относительно невысокая надежность;
Невозможность переключения на автономные источники энергии в случае отключения промышленной сети.
Защиту АРМа от несанкционированного доступа можно осуществить, физически отделив промышленную сеть от ЭВМ. Для этого между промышленной сетью и ЭВМ включается система последовательно соединенных между собой двигателя и генератора постоянного тока. Преобразование электрической энергии в механическую, а затем снова в электрическую, реализуемое в данной системе, позволяет решить проблему безопасности путем физического размыкания электрической цепи.
Существуют системы бесперебойного питания статического преобразования, которые дешевле и проще в эксплуатации, однако в них не достигается требуемый уровень информационной безопасности.
Можно реализовать систему с одним двигателем и генератором, но лучше сделать так, чтобы в системе можно было подключать дополнительные генераторы при пиковых нагрузках, а не завышать мощность одного. Генераторы в процессе работы могут меняться ролями, когда один является основным, а остальные - резервными. Таким образом, решается проблема равномерного износа механических частей агрегатов, что удлиняет срок службы установки и повышает ее надежность.
Макетный образец системы стабилизации скорости вращения двигателя постоянного тока с экономичным управляющим устройством не обладает требуемым качеством управления по возбуждению. В данном случае предпочтение отдается управлению по возбуждению. При этом система становится существенно нелинейной. Важными поэтому являются вопросы анализа и синтеза управляющего устройства такой системы с целью обеспечения нужного качества управления.
Требует также специального рассмотрения анализ и синтез параллельно работающих на общую нагрузку систем гарантированного питания. Частично эти вопросы отражены в базовых работах по электроэнергетике (школа Веникова В.А и др.), где в основном рассматриваются «быстрые» процессы в электрических системах, объединенных в единую сеть. Спецификой энергосистем являются длинные
5 электрические линии между станциями. Существующие методики не рассматривают параллельную работу однотипных систем стабилизации с общей нагрузкой.
Здесь же интерес представляют относительно «медленные» процессы, определяемые динамикой системы стабилизации скорости двигателя под воздействием механического момента, порождаемого генератором.
Для этой цели необходимо разработать математическое описание и модель параллельно работающих систем и провести анализ и синтез различных режимов.
Целью диссертационной работы является разработка нелинейной динамической модели параллельно работающих электромеханических систем гарантированного питания и модельное исследование работы системы бесперебойного питания во всех режимах (выравнивание скоростей, ввод в синхронизм и подключение к нагрузке, выравнивание нагрузки между СГП).
В соответствии с указанной целью определены следующие задачи:
Обзор особенностей анализа систем бесперебойного питания (СБП), включающий принципы построения различных СБП и анализ работы однотипных СГП на общую нагрузку;
Моделирование, анализ и синтез электромеханической СГП;
Исследование устойчивости и качества параллельной работы двух, трех и более СГП;
4. Моделирование работы СГП, включающее моделирование
параллельной работы двух и трех СГП в режимах вхождения в синхронизм и
перераспределения нагрузки между СГП.
В ходе работы над диссертацией были использованы следующие методы исследований: метод модулирующих функций; методы линеаризации нелинейных систем в окрестностях рабочего режима, для идентификации параметров этих систем; методы анализа систем управления в частотной области; методы анализа и синтеза систем управления во временной и частотной областях.
Достоверность теоретических разработок подтверждена
вычислительными экспериментами и экспериментами на реальных объектах, результаты которых позволяют сделать вывод о работоспособности предлагаемых методов анализа и синтеза нелинейных систем стабилизации работающих на общую нагрузку, и адекватности получаемых моделей.
Научная новизна
Предложены нелинейная математическая динамическая модель системы гарантированного питания на базе двигателя постоянного тока с управлением по возбуждению и метод идентификации ее параметров по экспериментальным данным.
Предложен способ линеаризации нелинейной СГП и на базе этой модели метод синтеза корректирующей обратной связи по току якоря.
Разработана общая модель для п параллельно работающих однотипных СГП, проведен анализ условия устойчивой работы таких систем.
Практическая значимость:
Разработанные нелинейная модель СГП на базе двигателя постоянного тока и на ее базе линеаризованная модель позволяют синтезировать управляющее устройство системы с обеспечением требуемой точности и качества.
Модель системы с параллельно работающими СГП позволяет исследовать и производить настройки режимов работы системы, таких как: выравнивание скоростей, ввод в синхронизм и подключение к нагрузке, перераспределение нагрузки, отключение системы.
Внедрение результатов работы: Основные исследования работы выполнялись в рамках госбюджетных НИР, получивших гранты Минобразования России в 2000-2004 годах по разделу конкурса 3: «Автоматика, телемеханика, вычислительная техника, связь, метрология» и
7 проводились на предприятии ФГУП «ГОКБ «Прожектор» в период с 2000 по 2004 г. Результаты диссертационной работы используются на предприятии для налаживания систем гарантированного питания.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на международной конференции «Информационные средства и технологии» Международного форума информатизации МФИ-2000, на 7-ой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2001), международной научно-технической конференции «Гражданская авиация на рубеже веков» (Москва, 2001), на международной конференции «Информационные средства и технологии» Международного форума информатизации-2002 (Москва, 2002), на международной конференции «Информационные средства и технологии» (Москва, 2004), на международном научно-технического семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации» (Алушта-Самара, 2005).
Публикации. По результатам исследований автором опубликовано 6 работ.
Содержание работы.
В первом разделе рассматриваются принципы построения СБП; СБП с электромеханическими автономными СГП, вводятся в рассмотрение уравнения динамики СГП и показывается проблема синтеза управляющего устройства для СГП, как существенно нелинейной системы. Проводится обзор методов анализа устойчивости параллельной работы однотипных СГП на общую нагрузку. Обосновывается необходимость разработки методов анализа и синтеза параллельно работающих однотипных СГП на общую нагрузку.
Во втором разделе предложены: нелинейная динамическая модель системы гарантированного питания на базе двигателя постоянного тока с управлением по возбуждению и методика оценки параметров модели по
8 экспериментальным данным; способ линеаризации исходной модели в окрестности точки рабочего режима и структурная схема линеаризованной системы; метод коррекции линеаризованной, обеспечивающий меньшую колебательность системы, идентичный введению жесткой обратной связи, увеличивающей величину статизма в зависимости от действия нагрузочного момента. Показано, что введение обратной связи по производной от тока якоря в сигнал управления аналогичен введению гибкой обратной связи и приводит увеличению длительности переходных процессов при неизменности величины статизма.
В третьем разделе предложен принцип построения структурных схем параллельно работающих на общую нагрузку переменного тока однотипных систем гарантированного питания, проведено исследование устойчивости параллельно работающих на общую нагрузку СГП и показано, что устойчивость в автономном режиме может быть оценено по линейной динамической модели, причем порядок характеристического уравнения оказывается на единицу выше порядка характеристического уравнения отдельно взятой СГП. Показано, что устойчивость параллельно работающих на общую нагрузку однотипных СГП как нелинейной системы зависит от соотношения уставок на входах СГП и может быть нарушена при дискретном изменении уставки той СГП, которая начинает принимать на себя момент нагрузки в процессе выравнивания. При выравнивании нагрузок на двигатели СГП необходимо сделать одинаковыми уставки для всех СГП. При этом етатизм системы по скорости уменьшится в п раз, где п - число параллельно работающих СГП.
Четвертый раздел диссертации посвящен модельному исследованию работы как одной СГП, так и динамике параллельной работы СГП. Моделирование позволяет сравнить результаты теоретических исследований предыдущих глав и результаты имитационного моделирования как линеаризованных аналогов СГП, так и СГП, описываемых системами нелинейных дифференциальных уравнений. Для реализации математических
9 моделей была использована современная исследовательская среда matlab 6.5 и в частности пакет Simulink. Разработана модель СГП на базе двигателя постоянного тока с управлением по возбуждению при наличии сериесных обмоток. Проведено моделирование параллельной работы двух и трех СГП как в простейшем представлении в виде апериодических или колебательных звеньев, так и при полном математическом описании работы СГП в режимах вхождения в синхронизм и перераспределения нагрузки между СГП.
В заключении приводятся основные результаты работы.
В приложении приведен акт об использовании диссертации.
СБП с электромеханическими автономными системами гарантированного питания (СГП)
В СГП типа: «Двигатель постоянного тока - синхронный генератор» за счет механического вала принципиально невозможен доступ к памяти компьютера через промышленную сеть. Однако эти системы более сложны, дороги в настройке и эксплуатации. В настоящее время, в отличие от статических преобразователей, отсутствуют серийно выпускаемые СГП типа «Двигатель постоянного тока - синхронный генератор», предназначенные для использования их в составе СБП. Каждая изготавливаемая в настоящее время СБП большой мощности представляет собой индивидуальную разработку под соответствующий тип двигателя и генератора. Связано это с необходимостью построения экономичного управляющего устройства для управления скоростью двигателя со стороны обмотки возбуждения.
За основу рассматриваемой в диссертации СГП взята промышленная система на базе двигателя постоянного тока типа П102М-0М5 и синхронного генератора переменного тока ГСМ - 100, у которой наблюдается высокая колебательность в переходном процессе, что затрудняет наладку и обеспечение работы двух СГП на общую нагрузку. Отсюда вытекает необходимость решения следующих задач: 1. Получение модели и разработка методики коррекции, обеспечивающей меньшую колебательность. 2. Разработка методики анализа и синтеза параллельно работающих СГП на общую нагрузку.
Система уравнений, описывающая динамику СГП с двигателем постоянного тока при наличии сериесных обмоток, то есть системы: "Двигатель постоянного тока смешанного возбуждения - трехфазный генератор" при управлении со стороны возбуждения, имеет вид: напряжения, подаваемые на якорь и обмотку возбуждения, соответственно; гя,гв - активное суммарное сопротивление обмотки якоря и сериесной обмотки и сопротивление обмотки возбуждения; Ья,Ьв -индуктивности обмоток якоря и возбуждения; 1я,1в - токи якоря и возбуждения; со - частота вращения ротора двигателя; Мдв - момент, развиваемый двигателем; J - суммарный момент инерции движущихся частей; Мст,М, - моменты, определяемые потерями и нагрузкой генератора; Кус,К()ат - коэффициенты передачи усилителя и датчика частоты вращения ротора; Uycm - напряжение уставки; Кх,Кг,с,с ,с2,съ -константы.
Первое уравнение (1.1) описывает динамику электрической цепи якоря. Второе уравнение описывает динамику электрических процессов в цепи возбуждения. В этих уравнениях константы с,,с2,с3 определяются конструктивными особенностями самого электрического двигателя и величинами электромагнитных потоков, порождаемых соответствующими обмотками. Третье уравнение связывает момент, развиваемый двигателем с токами якоря и возбуждения. Правая часть четвертого уравнения представляет общую нагрузку на валу двигателя. Характерной особенностью этого уравнения является то, что момент нагрузки, создаваемый генератором Мг оказывается независимым от частоты вращения а . Это несложно показать при условии, что генератор оснащен стабилизатором напряжения, то есть ток нагрузки генератора (а следовательно и механический момент, создаваемый генератором) не зависит от частоты вращения. Пятое уравнение - уравнение цепи обратной связи.
Описание двигателя - стандартное, приводится во многих монографиях [1,3,20-21,38], посвященным исполнительным двигателям автоматических устройств. На рисунке 1.3 представлена структурная схема системы (1.1), являющейся существенно нелинейной.
Линеаризация динамической модели СГП
В силу того, что установка гарантированного питания представляет собой систему стабилизации скорости двигателя при широком диапазоне изменения механического момента нагрузки на валу двигателя, обусловленного изменяющейся электрической нагрузкой генератора, то допуски на изменение частоты вращения вала двигателя оказываются достаточно жесткими. Соответственно в первом и втором уравнениях (1.1) произведения сх-со, сг-со, съ-со - можно считать константами. Кроме этого в третьем уравнении можно считать сомножитель (с Ія+с2-Ів), в первом приближении, постоянной величиной в силу относительной малости суммарной индуктивности и суммарного активного сопротивления якорной цепи. В предварительных расчетах следует определять значение этого сомножителя как соответствующее средней электрической нагрузке генератора.
Следовательно (1.1) преобразуется в систему линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами: В связи с большим падением напряжения на подводящих проводах величина d4 меняется, в зависимости от нагрузки, от 0.64 до 0.76. В расчетах поэтому берется ее средняя величина 0.7. Линеаризованные уравнения СГП (например для ведущей системы) имеют вид: Первые два уравнения (2.4а) структурно представляют собой замкнутый контур с положительной обратной связью, на вход которого поступает сигнал в виде напряжения возбуждения , а выходным сигналом является ток якоря /, как это показано на рис. 2.4. Несмотря на положительность обратной связи параметры двигателей с управлением по возбуждению в рабочем режиме таковы, что результирующая передаточная функция такого замкнутого контура достаточно точно описывается линейным дифференциальным уравнением второго порядка с постоянными коэффициентами и с комплексно-сопряженными корнями (с отрицательными действительными частями) характеристического уравнения. Это обстоятельство обеспечивает сходимость переходных процессов в двигателе по скорости при управлении со стороны возбуждения.
Структурная схема линеаризованной СГП, показанная на рис.2.4, преобразуется в структуру, показанную на рис.2.5. Размыкая систему (2.4) по цепи сигнала управления Ue, получим передаточную функцию разомкнутой системы в общем виде: где р - оператор Лапласа; Кр - общий коэффициент передачи разомкнутой системы; А2,Ах,Ай - коэффициенты, определяемые первыми двумя уравнениями (2.4). Обычно после нормировки в (2.5) свободный член А0 = 1. Для исследуемой линеаризованной разомкнутой ведущей СГП передаточная функция имеет вид: На рис.2.6 представлена сплошной линией логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ) разомкнутой системы (2.6). Из нее видно, что качество замкнутой СГП будет низким из-за большой колебательности системы. Об этом свидетельствует наклон асимптотической Возвращаясь к сомножителю (с, -Ія +с2 -Ів) в третьем уравнении системы (1.1), приходим к тому, он входит как сомножитель в состав коэффициента разомкнутой системы Кр передаточной функции (2.5). Следовательно, его величина оказывает влияние как на качество, так и на устойчивость замкнутой системы. На рис.2.2 и 2.3 цифрой 2 помечены переходные процессы для ведущей системы при набросе и сбросе нагрузки. Эти переходные процессы достаточно близки к процессам исходной системы. Вопросы анализа и синтеза системы третьего порядка, описываемой передаточной функцией (2.5) достаточно хорошо изучены и изложены в соответствующей литературе по автоматическому управлению. Для обеспечения высокой точности, устойчивости и качества таких систем используются различные способы коррекции. Самым распространенным является реализация в составе усилителя управления током возбуждения корректирующего устройства на базе операционного усилителя, реализующего функцию интегро-дифференцирующего звена с эффектом дифференцирования. Другим распространенным способом является введение корректирующей обратной связи по току якоря, которая может использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с первым способом. В самом деле, если скомпенсировать влияние тока якоря через блок с коэффициентом 1г (см. рис.2.5, где такая компенсация показана пунктиром с использованием датчика тока якоря Кйп\ то ЛАЧХ разомкнутой системы примет вид, показанный на рис.2.6 пунктирной линией. Очевидно, что качество замкнутой СГП с такой компенсацией будет значительно выше. Для подобной компенсации необходимо ввести дополнительную обратную связь по току якоря на вход усилителя при этом величина напряжения по этой связи очевидно оценивается как: На рис.2.7 показаны переходные процессы по току якоря и по частоте вращения соответственно для ведущей системы при набросе и сбросе нагрузки. Здесь 1 - переходные процессы в системе без коррекции; 2 -переходные процессы в системе с введением обратной связи по току якоря; 3 - переходные процессы в скорректированной по току якоря линеаризованной системе. Эти процессы хорошо иллюстрируют эффективность коррекции исходной системы по линеаризованной модели.
Анализ изменения моментов нагрузки на стабилизаторы в процессе выравнивания мощностей генераторов
Вернемся к схеме, изображенной на рис. 1.3. В силу того, что индуктивная составляющая внутреннего комплексного сопротивления генераторов Ъ\ и ъг во много раз превосходит активную, будем учитывать для упрощения анализа в первом приближении только индуктивные сопротивления xi j(oLi и X2-jcoL2. В этом случае работа двух генераторов на общую нагрузку отражается схемой замещения, показанной на рис.3.8. Предполагается, что генераторы оснащены регуляторами напряжения, воздействующими на ток возбуждения генераторов, что обеспечивает стабилизацию напряжений на нагрузке UH и при фиксированных параметрах нагрузки - стабилизацию тока нагрузки /#. Рассмотрим сначала случай а) когда второй генератор отключен от нагрузки. Тогда диаграмма токов и напряжений в схеме, состоящей из одного генератора с ЭДС Ех, внутреннего индуктивного сопротивления Х\ и нагрузки ZH=RH+jXfj будет соответствовать рис.3.9а. очевидно дает І2 = О и векторная диаграмма для этого случая показана на рис.3.96. Отметим, что теперь тот же угол (pi, что и для случая работы общего генератора (рис.3.9а) располагается между двумя векторами Е\ и Ег , что вынуждает исследовать работы этой системы.
Вместе с тем, очевидно, что, если обратится к структурной схеме рис.3.3 вхождение в синхронизм происходит при 8=0. То есть вхождение в синхронизм осуществляется не по отношению к вектору Е\, а по отношению к вектору йн. В силу того, что угол 8 мал в окрестности вхождения системы в синхронизм, то анализ устойчивости системы можно проводить по ее линейному аналогу, показанному на рис.3.7. Характеристическое уравнение исследуемой системы в соответствии с (3.3) имеет вид: Выравнивание мощностей генераторов, отдаваемых в нагрузку, за счет увеличения уставки U2 второй СГП в соответствии с (3.5а) приведет к опережению вектора J% на угол Л р2= 8 вектора ify и одновременно отставанию вектор Щ на угол A pi. Причем 8= (prA(pi=A(p2, то есть к совпадению векторов Ё} и Ё% как показано на рис.3.9в. Фактически при выравнивании мощностей, отдаваемых генераторами в нагрузку, оба приведенных двигателя двигаются синфазно, однако по сравнению с моментом вхождения в синхронизм ротор второго двигателя уходит вперед на угол S, что обеспечивает разгрузку первого двигателя. Однако структурная схема всей системы должна учитывать отличное от О значение угла 5(см. рис.3.6), где F(8) = ku sin 5 Таким образом, предлагаемая структурная схема параллельной работы двух СГП рис.3.6 (или для малых углов рис.3.7) позволяет анализировать динамику двух параллельно работающих СГП, начиная от момента вхождения второй системы в синхронизм (нулевые начальные условия на общем интеграторе). Рассмотрим вопрос устойчивости параллельно работающих СГП в двух вариантах а) для малых значений углов 8, когда 5 5 и б) для варианта, учитывающего нелинейную связь в виде F(8) = кс sin 8. а) Вариант sinS S В этом варианте исследование проводится для линейной структурной схемы, показанной на рис.3.7. Воспроизведем снова систему уравнений, описывающих динамику системы и зависимости изображений o)j(p) и о)2(р) от управляющих воздействий в виде уставок Uj и U2 и момента нагрузки М п, для ввода в синхронизм второй СГП, действовавшего на первую СГП.
Выравнивание скоростей и вхождение в синхронизм
В реальных СГП процесс выравнивания скоростей и вхождения в синхронизм происходит путем постепенного наращивания уставки подключаемой СГП до тех пор, пока скорости двигателей не сравняются. Определяют это по частотам напряжений на выходах генераторов. При срабатывании датчика синфазного вращения происходит подключение второго генератора к сети. При этом, как показано в разделе 3, второй генератор остается ненагруженным. То есть синфазно вращаются вектор ЭДС второго генератора и вектор напряжения на нагрузке. В модели этот режим осуществляется по схеме, изображенный на рис.4.5. Здесь уставка U2 второй СГП формируется как сумма предварительной уставки U20, которая обеспечивает скорость а 2 второй СГП близкой, но меньшей, чем скорость «і нагруженной СГП. При со і-( 0 блок switch подключает UA и происходит плавное по линейному закону увеличения уставки В момент равенства (0[=(й2 происходит отключение AU2. Одновременно через другой блок switch подключится связь вида, показанного на рис.4.6, реализующая моменты самосинхронизации z, описанные в разделе 3. Синфазность при этом соответствует нулевым начальным условиям ф0 на интеграторе. Этот режим аналогичен режиму вхождения в синхронизм, т.к. после того как второй генератор подключается к сети производится дальнейшее увеличение уставки 1 по схеме, аналогичной схеме, показанной на рис.4.5. При этом отключение AU2 происходит при равенстве токов якорей двигателей: іяі-ія2=0, то есть, когда оба двигателя нагружены равными моментами. Процесс выравнивания нагрузки осуществляется спустя заданное с помощью таймера время после выравнивания скоростей и вхождения в синхронизм.
Работа рассмотренных выше схем показана в следующих подразделах. Это моделирование демонстрирует самосинхронизацию двух параллельно работающих СГП при разных условиях. На рис.4.7 представлена схема с упрощенными СГП в виде двух инерционных звеньев с единичными коэффициентами передачи и постоянными времени. На входах действуют равные уставки по 50 единиц и приведенный ко входу первой СГП момент нагрузки в 3 единицы. При включении модели на входах СГП действуют ненулевые начальные условия по скорости в 53 единицы на первой СГП и 47 единиц на второй СГП. На интеграторе нулевые начальные условия. То есть в момент включения генераторов угловые положения генераторов совпадают. виден процесс самовыравнивания к приходу к синхронному вращению со скоростью в 48,5 единиц, что соответствует расчетным данным раздела 3. На рис.4.9 представлены результаты работы той же схемы при изменении коэффициента передачи второй СГП до величины 1,2 и постоянной времени Т=0,8с. Здесь видно, что разброс параметров СГП в 20% не приводит к значительным изменениям в характере переходных процессов, что является иллюстрацией результатов раздела 3. Здесь использованы блоки subsystem и subsystem 1, которые обсуждались в разделе 4.1.1 (рис.4.1). Блок subsystem 2 реализующий логику выравнивания скоростей, вхождения в синхронизм и выравнивание нагрузки, показан на рис.4.13. В данном блоке реализована система изменения напряжения уставки на входе второй СГП. Система построена на комбинации блоков переключения switch, которые замыкают ту или иную комбинацию соединения в структурной схеме, в зависимости от текущего времени моделирования.
Последовательно соединенные между собой блоки константы, коэффициента усиления gain, переключателя switch3 и интегратора позволяют реализовывать изменение напряжения уставки на входе второй СГП путем наращивания. При моделировании переходных процессов в соответствии со схемой на рис. 4.12 реализуется следующая последовательность работы системы во времени: О - Зс - включение схемы, окончание переходных процессов; 30с - 100с - выравнивание скоростей и включение в синхронную работу второй СГП; 101с - 105с - выжидание окончания переходных процессов; 120с - 150 с - процесс выравнивания нагрузки и окончание переходных процессов. На рис.4.14 и 4.15 представлены результаты моделирования системы. Здесь показаны изменения скоростей и токов якорей 1 - первая (ведущая) СГП и 2 - подключаемая СГП. На этих рисунках заметна значительная колебательность всей системы при подключении на общую нагрузку второй СГП. Отметим так же возрастание скоростей при выравнивании нагрузки. Полная схема для реальной системы с коррекцией по току якоря в СГП. Для моделирования используется та же схема, показанная на рис.4.12, только в блоках subsystem и subsystem 1 вводятся корректирующие связи по токам якорей двигателей СГП.
