Consideratii asupra modelelor matematice ale sistemului automat de reglare a excitatiei si a tensiunii (SRAE si RAT)

Consideratii asupra modelelor matematice ale sistemului automat de reglare a excitatiei si a tensiunii (SRAE si RAT)

1. Probleme generale

Sistemul de reglare automata a excitatiei -- SRAE si de reglare automata a tensiunii - RAT are drept scop mentinerea tensiunii constante la bornele G.S. prin furnizarea si reglarea curentului care strabate infasurarea de excitatie a acestuia.

Principalele cerinte care se impun SRAE si RAT sunt:

promptitudinea in modificarea curentului de excitatie la modificarea regimului de functionare al G.S.;

asigurarea stabilitatii parametrilor reglati;

siguranta in functionare;

simplitate constructiva;

pret de cost scazut, etc.

2. Structura, tipuri constructive,clasificari, caracteristici

In figura 4.8. este reprezentata in mod schematic structura de baza a sistemelor moderne de RAE si RAT.

Fig.4.8. Structura de baza a SRAE si RAT.

dupa caracterul mobil sau imobil al elementelor SRAE;

- dupa principiul de functionare al SRAE.

In figura nu s-a insistat asupra partii de excitatie care este foarte diversificata si de aceea, dificil de reprezentat intr-o forma unitara. Totusi se poate realiza o grupare a SRAE avandu-se in vedere urmatoarele criterii:

dupa autonomia sau neautonomia sursei de energie necesara excitatiei;

dupa natura sursei de energie care alimenteaza infasurarea de excitatie a G.S.;

Cat priveste sistemele de reglare a tensiunii (RAT) acestea au parcurs mai multe etape in evolutia lor, impunandu-se istoric, trei tipuri si anume: tipul electromecanic, tipul electronic si tipul cu actiune intensiva si adaptativa. Acestea din urma actioneaza atat la abaterile parametrilor controlati, cat si la derivatele de ordinul unu si superioare, prezentand factori de amplificare superiori, utili pentru imbunatatirea regimurilor tranzitorii precum si in regimurile limita, capacitive.

Legat de modul de lucru, RAT pot fi cu actiune continua si cu actiune discontinua, iar cele cu actiune continua pot fi cu actiune proportionala (cu sau fara compoundaj, cu semnale aditionale, combinat) sau proportional-derivative.

Fig.4.9. Statismul RAT.

Caracteristicile SRAE si RAT pot fi statice si dinamice, caracterizand comportarea acestor sisteme in regimurile stationare respectiv, tranzitorii.

De asemenea, in functie de caracterul regulatorului, reglajul tensiunii poate fi un reglaj astatic sau un reglaj static cu statism pozitiv sau negativ, conform figurii 4.9. Statismul regulatorului se defineste (figura 4.9) prin:

(4.87)

reglarea tensiunii G.S. urmarindu-se, de obicei, in raport cu incarcarea lui cu putere reactiva, Q, pentru ca modificarea tensiunii la bornele G.S. este cauzata de reactia de indus longitudinala, reactia de indus transversala fiind neglijabila.

3. Influenta sistemelor RAE si RAT asupra proceselor tranzitorii

Sistemele RAE si RAT au un rol important asupra desfasurarii proceselor tranzitorii atat prin influenta tipului constructiv al SRAE si prin legea de reglare a RAT, cat si prin valoarea unor parametrii ai sistemului de reglare in ansamblu.

Pentru un sistem de reglare dat este necesara determinarea raspunsului acestuia la o anumita forma a semnalului de intrare, in functie de diferite valori date parametrilor sai (coeficienti de amplificare, constante de timp), pentru a cunoaste modul in care respectivul sistem de reglare va putea influenta comportarea in regim tranzitoriu a obiectului reglat, generatorul sincron.

4. Scheme bloc de functionare si reprezentari aproximative

ale SRAE si RAT

Fig.4.10. Schema bloc generala pentru sistemul de reglare a tensiunii

Exista in lume o diversitate de forme ale sistemelor de RAE si RAT. Urmarindu-se diversele forme existente s-a putut forma o schema generala care este prezentata in figura 4.10.

Trebuie mentionat ca, in mod riguros, forma concreta a schemei si a functiilor de transfer ale blocurilor componente depinde de sistemul existent in partea de regulator, a circuitelor de stabilizare, a tipului de excitatoare utilizata, etc.

Introducand valorile parametrilor in schema generala se obtin si forme particulare ale acesteia. Dintre acestea, in cazurile practice de analiza a problemei stabilitatii dinamice, patru scheme sunt frecvent utilizate, functie de gradul de complexitate necesar reprezentarii sistemelor de SRAE si RAT. Aceste scheme sunt:

a)               Schema 1 - reprezentata in figura 4.11, care corespunde tratarii simplificate a problemei generale de stabilitate sau studierii unor aspecte care nu sunt direct legate de sistemele de RAE si RAT.

Fig.4.11. Schema simplificata a sistemelor RAE si RAT.

Functia de transfer corespunzatoare este:

(4.88)

si se poate scrie ecuatia diferentiala:

(4.89)

Aceasta reprezentare neglijeaza elementele de limitare si unele marimi de intrare suplimentare. Elementele de limitare pot fi, insa, adaugate schemei.

b)               Schema 2 - sistemul de excitatie si de reglare a tensiunii se reprezinta ca fiind alcatuit din doua elemente inseriate (figura 4.12) reprezentand amplificatorul si excitatricea, fara a se lua in considerare elementele de limitare si de reactie.

Fig.4.12. Schema RAE si RAT cu doua elemente in serie.

Functia de transfer a ansamblului este:

(4.90)

si sistemul de ecuatii diferentiale corespunzator va fi (4.91):

Tabelul 4.2. Valori ale parametrilor SRAE din figura 4.11.

c)                Schema 3 - cuprinde regulatorul de tensiune, excitatricea, elementele de limitare a valorilor tensiunii de excitatie a excitatricei si semnale suplimentare. Schema este reprezentata in figura 4.13. Functia de transfer a ansamblului este:

(4.92)

Fig.4.13. Schema RAE si RAT cu limitare si semnale suplimentare.

iar ecuatiile diferentiale corespunzatoare, care descriu functionarea sistemului de RAE si RAT sunt:

(4.93)

Marimea e reprezinta t.e.m. proportionala cu tensiunea de excitatie a excitatricei, iar Q reprezinta puterea reactiva debitata de generator.

d)               Schema 4 - corespunde unei reprezentari mai detaliate a sistemelor de RAE si RAT (figura 4.14). Apar distinct excitatricea, efectul de saturatie al excitatricei, bucla de stabilizare, amplificatorul si regulatorul.

Fig.4.14. Schema de RAE si RAT cu saturatie si bucla de stabilizare.

O caracteristica importanta a acestei scheme o constituie abilitatea de a raspunde rapid la abateri ale tensiunii in cazul unor operatii normale sau neprevazute in SEE. Schema, in modul prezentat si in diferite alte variante este folosita in cazul sistemelor moderne de excitatie cu care sunt echipate generatoarele de mare putere din diferite sisteme electroenergetice. In cazul generatoarelor din SEN, insa, ea nu este utilizata, dar cunoasterea ei este utila pentru viitor.

Pentru sistemul de RAE si RAT cu schema din figura 4.14 se pot scrie, in principiu, urmatoarele ecuatii diferentiale care-i descriu functionarea:

(4.94)

unde e30 este tensiunea la iesirea amplificatorului magnetic in regim anterior perturbatiei, iar e4 este tensiunea corespunzatoare efectului demagnetizant al saturatiei si se determina ca fiind aproximativ de forma e4 = AeB, in care A, B sunt constante ce depind de caracteristica de saturatie a miezului excitatricei.