Оптимизация режимов намагничивания и размагничивания остановленной трехфазной синхронной машины

Abstract

RU: Цель работы. Исследование и оптимизация (минимизация) электрических потерь энергии в остановленной синхронной машине с тиристорным возбудителем при режимах ее намагничивания и размагничивания. Методы исследования. Операторный и вариационного исчисления, математического анализа и имитационного компьютерного моделирования. Полученные результаты. Разработано математическое описание исследуемой системы: «тиристорный возбудитель – остановленная синхронная машина», которое представляет собой аналитические зависимости для электромагнитных процессов, а также общих потерь мощности и энергии в указанной системе при режимах намагничивания и размагничивания синхронной машины Методом вариационного исчисления определены оптимальные временные функции для изменения потокосцепления демпферной обмотки и тока возбуждения остановленной синхронной машины, при которых минимизируются потери энергии в исследуемой системе при намагничивании и размагничивании данной машины. Рассчитаны зависимости общих потерь энергии в исследуемой системе от длительностей времен намагничивания и размагничивания машины, а также выполнено их сравнение при различных видах (линейном, параболическом и предложенном оптимальном) траекторий изменения упомянутого потокосцепления, а также при линейном и экспоненциальном изменении тока возбуждения машины. Получены аналитические зависимости, с использованием которых выполнены расчеты электромагнитных и энергетических переходных процессов в системе «тиристорный возбудитель – остановленная синхронная машина» при рассмотренных видах изменения потокосцепления и тока возбуждения машины. Научна новизна. Состоит в нахождении оптимальных траекторий изменения во времени тока возбуждения остановленной синхронной машины и оптимальных длительностей времен ее намагничивания и размагничивания, обеспечивающих минимизацию потерь энергии в системе «тиристорный возбудитель – остановленная синхронная машина». Практическая ценность. Заключается в снижении непроизводительных потерь энергии в синхронных генераторах и двигателях при режимах их намагничивания и размагничивания. UK: Мета роботи. Дослідження і оптимізація (мінімізація) електричних втрат енергії в зупиненої синхронної машині з тиристорним збудником при режимах її намагнічування і розмагнічування. Методи дослідження. Операторний і варіаційного числення, математичного аналізу та імітаційного комп'ютерного моделювання. Отримані результати. Розроблено математичний опис досліджуваної системи: «тиристорний збудник – зупинена синхронна машина», який представляє собою аналітичні залежності для електромагнітних процесів, а також загальних втрат потужності і енергії в зазначеній системі при режимах намагнічування і розмагнічування синхронної машини. Методом варіаційного обчислення визначені оптимальні часові функції для змі- ни потокозчеплення демпферної обмотки і струму збудження зупиненої синхронної машини, при яких мінімізуються втрати енергії в досліджуваній системі при намагнічуванні і розмагнічування даної машини. Розраховані залежності загальних втрат енергії в досліджуваній системі від тривалості часів намагнічування і розмагнічування машини, а також виконано їх порівняння при різних видах (лінійному, параболічному і запропонованому оптимальному) траєкторій зміни згаданого потокозчеплення, а також при лінійному і експоненційному змінах струму збудження машини. Отримано аналітичні залежності, з використанням яких виконані розрахунки електромагнітних і енергетичних перехідних процесів в системі «тиристорний збудник – зупинена синхронна машина» при розглянутих видах змін потокозчеплення і струму збудження машини. Наукова новизна. Полягає в знаходженні оптимальних траєкторій зміни в часі струму збудження зупиненої синхронної машини і оптимальних тривалостей часів її намагнічування і розмагнічування, що забезпечують мінімізацію втрат енергії в системі «тиристорний збудник – зупинена синхронна машина». Практична цінність. Полягає в зниженні непродуктивних втрат енергії в синхронних генераторах і двигунах при режимах їх намагнічування і розмагнічування. EN: Purpose. Investigation and optimization (minimization) of electric energy losses in a stopped synchronous machine with a thyristor exciter under conditions of its magnetization and demagnetization. Methodology. Operator and variational calculus, mathematical analysis and simulation computer simulation. Findings. The mathematical description of the system under study is developed: "thyristor exciter – stopped synchronous machine", which represents the analytical dependencies for electromagnetic processes, as well as the total power and energy losses in the system under magnetization and demagnetization regimes of the synchronous machine. The optimal time functions for changing the flux linkages of the damper winding and the excitation current of the stopped synchronous machine, in which they are minimized by energy in the system under investigation when the machine is magnetized and demagnetized. The dependences of the total energy losses in the system under study on the durations of the magnetization and demagnetization times of the machine are calculated, and their comparison is compared for different types (linear, parabolic and proposed optimal) of the trajectories of the change of the linkage, as well as for a linear and exponential change in the excitation current of the machine. Analytic dependencies are obtained using the calculations of electromagnetic and energy transient processes in the "thyristor exciter – stopped synchronous machine" system under the considered types of variation of flux linkage and excitation current of the machine. Originality. It consists in finding the optimal trajectories of the time variation of the excitation current of a stopped synchronous machine and the optimal durations of its magnetization and demagnetization times, which ensure minimization of energy losses in the system "thyristor exciter – stopped synchronous machine". Practical value. It consists in reducing unproductive energy losses in synchronous generators and motors under the conditions of their magnetization and demagnetization.