Синхронная машина#

block

Внешний вид блока в REPEAT VISION#

 Блок Синхронная машина представляет собой модель электрической трехфазной синхронной машины с явновыраженными полюсами.

 Модель машины содержит два типа обмоток:

  • статорные обмотки, которые представляют собой три обмотки, смещенные на 120\(^о\) относительно друг друга;

  • роторная обмотка, которая является обмоткой возбуждения и вращается вместе с ротором.

 Описание модели

 Основная часть вычислений происходит в d-q-0 системе, для чего осуществляются следующие преобразования и вычисления:

  • проекции токов обмоток статора (1),(2),(3):

(1)#\[i_{sd}=\frac{2}{3}\cdot (i_A \cdot cos(\theta_e)+i_B \cdot cos(\theta_e-\frac{2\cdot \pi}{3})+i_C \cdot cos(\theta_e+\frac{2\cdot \pi}{3}));\]
(2)#\[i_{sq}=-\frac{2}{3}\cdot (i_A \cdot sin(\theta_e)+i_B \cdot sin(\theta_e-\frac{2\cdot \pi}{3})+i_C \cdot sin(\theta_e+\frac{2\cdot \pi}{3}));\]
(3)#\[i_{s0}=\frac{1}{3}\cdot (i_A +i_B +i_C),\]

где:

 \(i_A, i_B, i_C\) – мгновенные значения тока в соответствующих фазах статора, [А];

 \(\theta_e\) – электрический угол поворота ротора, [рад].

  • основные потокосцепления статора (4), (5):

(4)#\[\psi_{sd}=-i_{sd}\cdot L_{sd}+i_f \cdot L_{mf};\]
(5)#\[\psi_{sq}=-i_{sq}\cdot L_{sq},\]

где:

 \(L_{sd}, L_{sq}\) – собственные индуктивности обмоток статора в проекциях на оси d-q, [Гн];

 \(i_f\) – мгновенное значение тока в обмотке возбуждения, [А];

 \(L_{mf}\) – взаимоиндуктивность между обмоткой возбуждения и статорными обмотками в оси d, [рад].

Примечание

В модели принято условие, что ось d совпадает с осью обмотки возбуждения

  • ЭДС вращения в обмотках статора (6), (7), (8):

(6)#\[e_{sd}=\frac{di_f}{dt}\cdot L_{mf} - \psi_{sq} \cdot \omega_e;\]
(7)#\[e_{sq}=\psi_{sd} \cdot \omega_e;\]
(8)#\[e_{s0}=-\frac{di_{s0}}{dt}\cdot L_{s0},\]

где:

 \(L_{s0}\) – собственная индуктивность обмоток статора в нулевой проекции, [Гн];

 \(\omega_e\) – электрическая угловая частота вращения, [рад/с], которая определяется по формуле (9):

(9)#\[\omega_e=\omega_r \cdot p,\]

где:

 \(\omega_r \) – угловая частота вращения ротора, [рад/с];

 p – число пар полюсов ротора.

В трехфазной системе обмоток статора производятся следующие вычисления:

(10)#\[e_A=e_{sd}\cdot cos(\theta_e)-e_{sq}\cdot sin(\theta_e)+e_0;\]
(11)#\[e_B=e_{sd}\cdot cos(\theta_e-\frac{2\cdot \pi}{3})-e_{sq}\cdot sin(\theta_e-\frac{2\cdot \pi}{3})+e_0;\]
(12)#\[e_C=e_{sd}\cdot cos(\theta_e+\frac{2\cdot \pi}{3})-e_{sq}\cdot sin(\theta_e+\frac{2\cdot \pi}{3})+e_0,\]
  • уравнения напряжений в обмотках статора (13), (14), (15):

(13)#\[0=u_A+e_A+i_A \cdot R_s+L_{sA}\cdot \frac{di_A}{dt};\]
(14)#\[0=u_B+e_B+i_B \cdot R_s+L_{sB}\cdot \frac{di_B}{dt};\]
(15)#\[0=u_C+e_C+i_C \cdot R_s+L_{sC}\cdot \frac{di_C}{dt},\]

где:

 \(R_s\) – активное сопротивление одной фазы статора, [Ом];

 \(L_{sA}, L_{sB}, L_{sC}\) – собственная индуктивность соответствующей фазы статора, [Гн].

Примечание

Эта индуктивность изменяется в соответствии с углом поворота ротора и определяется по формулам (16), (17), (18):

(16)#\[L_{sA}=L_{aa0}+L_{aa2}\cdot cos(2\cdot \theta_e);\]
(17)#\[L_{sB}=L_{aa0}+L_{aa2}\cdot cos(2\cdot (\theta_e-\frac{2\cdot \pi}{3}));\]
(18)#\[L_{sC}=L_{aa0}+L_{aa2}\cdot cos(2\cdot (\theta_e+\frac{2\cdot \pi}{3})),\]

где:

 \(L_{aa0}\) – постоянная составляющая собственной индуктивности обмотки статора, [Гн];

 \(L_{aa2}\) – переменная составляющая собственной индуктивности обмотки статора, [Гн].

 Составляющие собственной индуктивности обмотки статора определяются по следующим формулам (19), (20):

(19)#\[L_{aa2}=\frac{L_{sd}-L_{sq}}{3};\]
(20)#\[L_{aa0}=\frac{L_{s0}+2 \cdot L_{sq} +3 \cdot L_{aa2}}{3}.\]

 Уравнение напряжений обмотки возбуждения выглядит следующим образом (21):

(21)#\[U_f=R_f \cdot i_f-\frac{di_{sd}}{dt}\cdot L_{mf} \cdot \frac{3}{2}+L_f \cdot \frac{di_f}{dt}\]

где:

 \(R_f\) – активное сопротивление обмотки возбуждения, [Ом];

 \(L_f\) – собственная индуктивность обмотки возбуждения, [Гн].

 Электромагнитный момент на валу машины определяется по формуле (22):

(22)#\[M_e=\frac{3}{2}\cdot p \cdot(\psi_{sd}\cdot i_{sq}+ \psi_{sq}\cdot i_{sd})\]

 Механическое уравнение машины выглядит следующим образом (23):

(23)#\[\frac{d\omega}{dt}\cdot J_Я=M_e-M_{тр}-M_{сн}\]

где:

 \(J_Я\) – момент инерции ротора, [Н\(\cdot\)м\(^2\)];

 \(M_{сн}\) – момент сопротивления, создаваемый механической нагрузкой на валу ротора, [Н\(\cdot\)м];

 \(M_{тр}\)– момент трения, определяется трением в подшипниках и щетках, Н\(\cdot\)м. Этот момент определяется по формуле (24):

(24)#\[M_{тр}=\omega \cdot K_{тр}\]

где \(K_{тр}\) – коэффициент трения.

1.  Свойства#

Свойство

Значение по умолчанию

Описание

Единицы измерения

Количество пар полюсов

4.0

–

ед.

Активное сопротивление обмотки статора

0.08

–

Ом

Индуктивность обмоток статора по оси d

0.00015

–

Гн

Индуктивность обмоток статора по оси q

0.00021

–

Гн

Взаимная индуктивность между статором и обмоткой возбуждения (ротором)

0.007

–

Гн

Индуктивность обмоток статора в нулевой последовательности

0.000012

–

Гн

Активное сопротивление обмотки возбуждения

3.0

–

Ом

Индуктивность обмотки возбуждения

0.5

–

Гн

Момент инерции ротора

0.01

–

кг\(\cdot\)м\(^2\)

Коэффициент трения ротора

0.01

–

Н\(\cdot\)м/(рад/с)

Массив начальных условий [Ток возбуждения, частота вращения ротора, угол поворота ротора]

0.0; 0.0; 0.0

–

A; рад/с; рад

Соединение обмоток статора в звезду

вкл

–

–

2.  Входы и выходы#

Параметры

Вход/Выход

Описание

Единицы измерения

Тип порта

Внешний момент силы

Вход

Значение момента на валу от нагрузки

Н\(\cdot\) м

Автоматика

N, доступен когда Соединение обмоток статора в звезду - вкл

Вход

Нулевая точка статорных обмоток

-

Электроника

+ОВ

Вход

Положительный вывод обмотки возбуждения

-

Электроника

Угловая частота

Выход

Подключается к портам угловой скорости блоков из библиотеки Маханика/Вращательное движение

рад/с

Вращательное движение

+A

Выход

Положительный вывод обмотки фазы А

-

Электроника

+B

Выход

Положительный вывод обмотки фазы B

-

Электроника

+C

Выход

Положительный вывод обмотки фазы C

-

Электроника

-ОВ

Выход

Отрицательный вывод обмотки возбуждения

-

Электроника

A-, доступен когда Соединение обмоток статора в звезду - выкл

Вход

Отрицательный вывод обмотки фазы А

-

Электроника

B-, доступен когда Соединение обмоток статора в звезду - выкл

Вход

Отрицательный вывод обмотки фазы B

-

Электроника

C-, доступен когда Соединение обмоток статора в звезду - выкл

Вход

Отрицательный вывод обмотки фазы C

-

Электроника

Для того, чтобы посмотреть возможности подключения блока необходимо перейти на страницу Описание портов блоков