1:
Xd
Xd'
Xd''
Xq
Xq'
0.676
0.127
0.073
0.38
0.08
Xl
Tdo'
Tdo''
Tq''
Rs
0.019
1.2189
0.0701
0.0912
0.0039
表1同步发电机参数
下面对同步电机带整流负载的突加负载、突卸负载和突然短路动态过程进行仿真分析。
3.1 整流系统突加负载仿真分析
由于试验中的整流负载额定功率较小,为了便于仿真结果与试验结果进行对比,仿真时,将发电机交流输出线电压(有效值)设定为42V。
单台同步发电机整流系统突加负载的仿真结果如图3所示(负载开关在t=1s时闭合)。(a)为整流桥输出电压Uz波形,(b)为负载两端电压Usc波形。由图可知,发电机空载时,整流桥输出电压Uz约为56V,开关闭合后,由于无励磁调节,电压经短暂的过渡过程将降落为18V。负载电压Usc在开关闭合后迅速上升到峰值,然后回落至16V左右。
(a)电压Uz波形
(b)电压Usc波形
图3发电机运行仿真结果
为了检验上面MATLAB仿真的正确与否,本文进行了与仿真参数相同的同步发电机带整流负载试验。试验中,同步电机转速由LTG1-55kW直流调速柜控制的直流电动机(220V/90A)提供,同步电机励磁由恒定电压源提供。试验波形通过Wavestar For Oscilloscopes软件从示波器TDS220录入。试验结果如图4所示(负载开关在t=1s时闭合)。(a)为整流桥输出电压Uz波形,(b)为负载两端电压Usc波形。对比图3和图4的相应电压波形,仿真与试验结果基本一致,证明了仿真的正确性。
(a)电压Uz波形
(b)电压Usc波形
图4 发电机运行试验结果
3.2 整流系统突卸负载仿真分析
同步发电机突卸负载是同步电机带整流负载运行时的另一典型过渡过程。本文采用了相同的仿真模型对该过程进行仿真分析。仿真结果如图5所示(负载开关在t=5s时断开)。(a)为整流桥输出电压Uz波形,(b)为负载两端电压Usc波形。由图5可知,整流桥输出电压Uz在开关断开后迅速上升至50V,然后经历约3s时间收敛到空载运行稳态值56V。负载电压Usc则在开关断开后迅速下降为0。
(a)电压Uz波形
(b)电压Usc波形
图5发电机运行仿真结果
图6则给出了同步电机由负载到空载的试验波形,(a)为整流桥输出电压Uz波形,(b)为负载两端电压Usc波形。仿真与试验结果也是相当吻合的。
(a)电压Uz波形
(b)电压Usc波形
图6 发电机运行试验结果
3.3 整流系统突然短路仿真分析
整流系统突然短路故障是电力系统常见的一种故障,也是系统保护所必须考虑的问题,巨大的短路电流威胁着系统的安全运行。短路电流大小的确定对于整流系统保护装置的整定设计具有重要的意义。仿真模型的建立使这一设计过程得到大大地简化。
整流系统直流侧短路相当于交流侧三相对称短路。图7为整流系统在额定电压230V空载运行条件下,整流侧发生突然短路故障的直流侧和交流侧电流波形。由图可见,系统直流侧最大短路电流峰值约为280A。
(a)直流侧电流波形
(b)交流侧三相电流波形