简化同步电机 - 转速调节

本示例展示了对一台2000 kVA、600 V交流发电机进行的减载测试。

G. Sybille (Hydro-Quebec)

描述

一台额定值为2000 kVA、1600 kW、功率因数0.8、600 V、1800 rpm的三相四线交流发电机连接到一个1600 kW、400 kvar的感性负载。定子中性点接地。发电机的内部阻抗（Zg = 0.0036 + j*0.16 pu）代表电枢绕组电阻 Ra 和直轴瞬态电抗 X’d。发电机和原动机的总惯性常数 H = 0.6 s，对应于 J = 67.5 kg.m^2。转速调节通过实现PI调节器的Simulink®模块进行建模。电机采用恒定电压励磁。

使用一个三相断路器来切除一个800 kW的阻性负载。断路器初始处于闭合状态，在 t = 0.2 s 时断开，导致50%的负载切除。

仿真

1. 初始化电机以稳态启动

打开 powergui 并选择 ‘Machine Initialization’。将出现一个新窗口。请注意，电机的 ‘Bus type’ 设置为 ‘Swing Bus’；这是因为电路中不包含施加参考角度的电压源。然后，在电机控制其端电压和相角的情况下执行初始化。期望的端电压初始化为600 V（电机额定电压），UAN 的相角初始化为0度。

按下 ‘Compute and Apply’ 按钮。一旦初始化完成，电机的三个线电压以及三个电机输出电流将被更新。电机的有功功率、无功功率以及所需的机械功率 Pmec 和励磁电压 E 也会显示出来。您应该看到以下值：P = 1600kW，Q = 400 kvar，Pmec = 1604.7kW (0.8024 pu)，励磁电压 E = 1.0247 pu。电机初始化工具还会提示您将机械功率的初始条件设置为0.8024 pu。这是因为电机的 Pm 输入没有连接到常量模块或库模块（HTG 或 STG）。请注意，机械转矩（Tmec 模块）设置为0.8024 pu。忽略此消息。同时请注意，连接到电机 E 输入的常量模块 Ei 会自动更新（E = 1.04268 pu）。

2. 恒定转矩下的仿真 - 无转速调节器

确保转速调节器未投入运行（手动开关处于上方位置）。开始仿真并观察 Scope2 上的信号。三个 Iabc 电流应以稳态正弦波形开始。观察到当断路器在 t = 0.2 s 断开时，电功率（迹线4）从0.8 pu下降到0.4 pu，并且电机开始加速。速度增加率为 dN/dt = 1/2H = 0.833 pu 转速/ pu 转矩 / s。由于净机电转矩现在为 Tmec-Telec = 0.8 - 0.4 = 0.4 pu，速度以 0.833*0.4 = 0.33 pu/s 的速率增加。因此，在 t = 1.2s 时，预期的速度增加为0.33 pu。实际上，在 t = 1.2 s 时测得的速度略高于理论值（1.38 pu 对比 1.33 pu）。这是因为随着速度增加，电转矩（迹线5）减小，导致净加速转矩高于0.4 pu。

3. 带转速调节器的仿真

现在双击 Manual Switch 模块以使转速调节器投入运行。重新开始仿真，并在 Scope 2 上观察转速调节器的动态响应。请注意，为了将速度维持在参考值（1 pu），转速调节器已将机械转矩降低至0.4 pu。

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