В зависимости от поставленных задач схема модели для испытаний системы возбуждения может быть различной. В общем случае на модели должны быть представлены следующие элементы: главный генератор, связанный с энергосистемой линией электропередачи, выпрямитель и его источник питания (вспомогательный генератор или трансформаторы), автоматические регуляторы возбуждения главного и вспомогательного генератора.
Для системы независимого вентильного возбуждения структурная схема модели будет иметь вид, показанный на рис. 77. В нее входят:
математическая модель источника питания выпрямителя (вспомогательного генератора) 1, которая отрабатывает фазные значения неискаженной э. д. с. за индуктивным сопротивлением коммутации еха, exb, ехc;
математическая модель, на которой решают уравнения коммутации токов в вентилях, 2. На ее выходе получаются значения токов в фазах источника питания ia, ib, ic в масштабе тока модели
физическая модель управляемого выпрямителя 3, на выходе которой получается выпрямленный ток i*f также в масштабе тока модели. Модель состоит из маломощных управляемых тиристоров (2У101Г), собранных по мостовой схеме;
согласующее устройство (источники тока) 4 производит согласование тока возбуждения в масштабе тока модели с током возбуждения if в масштабе напряжения. Этот переход необходим, поскольку в модели главного генератора все величины выражены в масштабе напряжения усилителей. В согласующем устройстве производится также измерение выпрямленного напряжения Uf,
математическая модель главного генератора и линии связи с системой 5. В ней решаются уравнения переходных процессов генератора;
математическая модель АРВ главного генератора 6, входными величинами которой являются напряжение Ur и частота fT генератора, а выходной величиной — напряжение выхода UАPB;
физическая модель схемы управления тиристорами, которая вырабатывает отпирающие импульсы и изменяет угол регулирования тиристоров модели а в зависимости от напряжения UАPB;
математическая модель системы возбуждения и регулирования вспомогательного генератора 8, входными величинами для которой являются ток и напряжение вспомогательного генератора (iΒ.г, UΒ.г), а выходной величиной— напряжение его возбуждения.
Достоинством такой модели является возможность рассмотреть работу системы возбуждения во всех возможных переходных и стационарных режимах. В процессе испытаний на модели осциллографируются те же величины, что и на натурной установке.
Рис. 77. Структурная схема модели для испытания системы возбуждения.
По осциллограммам определяются углы регулирования и коммутации. В настоящее время пока еще не удалось построить достаточно простую модель двух включенных параллельно схем выпрямления. В этом состоит недостаток приведенной выше схемы модели. Однако в независимой системе возбуждения синхронных генераторов можно считать с небольшим приближением, что нормальные режимы определяются в основном рабочей группой вентилей, а переходные режимы — форсировочной группой вентилей. Иными словами, в принципе допустимо проводить анализ основных режимов двух включенных параллельно схем систем возбуждения с помощью модели с одной группой вентилей. О хорошем качестве работы модели можно судить по осциллограммам, показанным на рис. 78, из которых видно, что углы регулирования и коммутации, а также форма токов и напряжений в различных фазах практически совпадают. Задача построения модели для испытания систем возбуждения значительно упрощается, если в системе возбуждения используются схемы выпрямления с одной группой неуправляемых вентилей (бесщеточная и высокочастотные системы). В таких системах АРВ главного генератора воздействует на систему возбуждения индукторного генератора. Из структурной схемы модели исключаются соответствующие элементы, а управляемые маломощные тиристоры заменяются диодами.
Если задачей испытания является рассмотрение установившихся режимов работы системы возбуждения (определение токов, напряжений, углов коммутации и т. д.), то можно существенно упростить модель, исключив из нее модели главного генератора и АРВ.
В этом случае нужный режим создается при помощи блока ручного управления путем подачи на согласующее устройство и устройство управления тиристорами расчетных значений тока if и напряжения UAРВ в масштабе модели.
Рис. 78. Осциллограммы режимов работы модели системы возбуждения при х. х. (а) и номинальной нагрузке (б) главного генератора. иА, иВ, uС - напряжение ВГ; ίΒ1—iВ6—токи в вентилях; α и γ — углы регулирования и коммутации; uf — выпрямленное напряжение.
Во всех указанных выше вариантах модели можно анализировать аварийные режимы системы возбуждения (отключение или закорачивание плеча выпрямительной схемы), причем эти режимы создаются так же, как и в натуре, т. е. отключением или закорачиванием вентиля на модели.
Известно, что в системах возбуждения, содержащих неуправляемые вентили, а также в системах возбуждения с последовательными трансформаторами и управляемыми вентилями во время к. з. в цепи статора генератора вместо форсировки возбуждения наблюдается кратковременное снижение напряжения возбуждения до нуля.
Рис. 79. Осциллограммы работы модели последовательного трансформатора с неуправляемым выпрямителем (первый режим). ех — э. д. с. фазы А последовательного трансформатора за индуктивностью коммутации; uA—напряжение фазы А на выводах трансформатора; uf — выпрямленное напряжение.
Причина этого явления состоит в переходе выпрямителей в глубокие режимы. Анализ работы вентилей в таких режимах представляет серьезные трудности даже для специалистов. А проведение для этого натурных испытаний (при внезапных к. з.) связано с большим риском не только для системы возбуждения, но и для всего остального оборудования. Аналоговая модель позволяет детально исследовать указанное явление. В качестве примера можно привести испытания на аналоговой модели системы возбуждения, содержащей последовательные трансформаторы и неуправляемые вентили (или управляемые вентили при полном отпирании). На осциллограммах (рис. 79, 80, 81) показано изменение выпрямленного напряжения, напряжения на последовательном трансформаторе и токов в вентилях при увеличении выпрямленного тока. При переходе из первого режима во второй и затем в третий напряжение на последовательном трансформаторе и выпрямленное напряжение резко уменьшаются. В конце второго режима в кривой выпрямленного напряжения появляются мгновенные значения, равные нулю, а в третьем режиме — «площадки» нулевого потенциала.
Рис. 80. Осциллограммы работы модели последовательного трансформатора с неуправляемым выпрямителем во втором режиме (обозначения см. рис. 79).
Рис. 81. Осциллограммы работы модели последовательного трансформатора с неуправляемым выпрямителем в третьем режиме (обозначения см. рис. 79).
Соответственно увеличиваются угол коммутации вентилей и среднее значение тока вентиля. Сравнивая эти осциллограммы с диаграммами режимов (рис. 53, 54), можно убедиться в хорошем качестве работы модели.
Зная масштабы моделирования, по данным осциллограммам можно определить, при каких соотношениях значений выпрямленного тока и первичного тока последовательного трансформатора наступают второй и третий режимы выпрямления (при заданном значении сопротивления коммутации) .
Зная параметры генератора и рассчитав токи статора и ротора при к. з. при помощи модели, можно с большой точностью определить режим работы выпрямителя: угол коммутации, среднее значение тока в вентилях, напряжение на последовательном трансформаторе и выпрямленное напряжение. На модели можно получить зависимость режимов работы выпрямителя при изменении сопротивления коммутации.
Приведенные выше соображения и примеры позволяют говорить о возможностях использования АВМ в наладочных и эксплуатационных организациях для обучения персонала, тренировки перед испытаниями, при анализе сложных режимов.
