ETAP帮助手册ch24动态模型

第24章

动态模型

(Dynamic Models)

动态电动机起动、暂态稳定性和发电机起动分析中都要用到电动机动态模型。发电机动态模型和一些控制单元(如励磁器和调速器等)只在暂态稳定分析中用到。另外，电动机起动分析和暂态稳定分析也要求有负荷转矩特性。ETAP为各种分析提供了各种感应电机和同步电机模型以及全面的励磁器和调速器库。

在动态电机加速分析中，只有加速的电动机需要动态模型，也就是说，发电机，励磁器和调速器都不需要动态模型。在暂态稳定分析中，所有的发电机，励磁器和调速器都是动态模型的。有动态模型的电动机和在分析案例中被设为动态模型的电动机都会被动态模拟。在发电机起动和依赖于频率的暂态稳定分析中，所有的发电机、励磁器和调速器都必须是依赖于频率的模型。

本章描述了不同类型的电机模型，电机控制单元模型和负荷模型并解释了他们在电动机起动和暂态稳定性分析中的应用。也介绍了在选择模型和设定模型参数时所用到的工具。

感应电机模型部分介绍了五种不同的感应电机模型和这些模型的依赖于频率形式，分别是电路模型 (Single1、Single2、DBL1、DBL2) 和特性曲线模型。在同步电机模型部分，介绍了五种不同的同步电机模型和这些模型的依赖于频率形式。这些模型分别是等值电路模型，隐极电机的暂态模型，隐极电机的次暂态模型，凸极电机的暂态模型和凸极电机的次暂态模型。电动机起动分析和暂态稳定性分析也把等效电网系统模拟成一个等值电机。在等效电网部分介绍了等效电网系统的模型。在励磁器和自动电压调节器模型部分定义不同类型的励磁器和自动电压调节器模型，包括标准IEEE模型和商用特有模型。在调速器-涡轮部分列举了以IEEE标准和商用产品手册为准的调速器-涡轮模型。最后，在机械负荷部分介绍了不同类型的负荷模型。

24.1 感应电机模型(Induction Machine Models)

ETAP提供了五种在感应电机设计中较常用的感应电机模型。分别是：

• Single1 CKT回路模型

• Single2 CKT回路模型

• DBL1 CKT回路模型

• DBL2 CKT回路模型

• 特性曲线模型

• 依赖于频率形式

总的来说，Single1、Single2、DBL1和 DBL2 都属于CKT回路模型，因为他们都用等值电路来代表感应电机定子和转子绕组。这些模型可以用于动态电动机起动和暂态稳定性分析。特性曲线模型是用离散点的电机性能曲线来代表感应电机。可用于动态电动机起动分析，但不适合于暂态稳定性分析。

注意，这部分所描述的模型也用于电动机起动分析中同步电动机，因为在起动期间，同步电动机与感应电动机相似。该模拟程序是由工业标准认可的。

符号(Notations and Symbols)

在定义感应电机模型参数时常用到以下符号：

R s= 定子电阻

X s = 定子电抗

X m = 磁场电抗

R r = 转子电阻

X r=转子电抗

X lr = 堵转电抗 ( = X s + X m X r/(X m + X r) )

X oc = 开路电抗 ( = X s + X m )

T do’ = 转子开路时间常数 ( = (X m + X r)/(2πfR r) )

X/R = 电机X/R比率

以下是电机机电微分方程式中用到的符号：

E = 电机内部电势

It = 电机终端电流

ωs = 电机同步转速

ωm = 电机机械转速

s = 电机 ( = (ωs - ωm)/ωs)

f = 同步频率

H = 电机轴惯量

D = 阻尼因数 (该值可以忽略)

P m = 机械输出功率

P e = 输入电功率

24.1.1 Single1 模型(Single1 Model)

这是单笼感应电机最简单的一种模型，没有深槽。它使用一个戴维南等值电路来代表电机。定子电路电阻和电抗认为是常量，但内部电压会随电机速率而改变。

这个模型所用参数有：

• E电机内部电势

• Xlr堵转电抗 ( = X s + X m X r/(X m + X r) )

• Xoc开路电抗 ( = X s + X m )

• Tdo’ 转子开路时间常数 ( = (X m + X r)/(2πfR r) )

• X/R电机X/R率

注意，X/R从库中获取，与用于短路计算的X/R不同。

24.1.2 Single2 模型(Single2 Model)

这是感应电机的标准模型，用励磁支路，定子和转子回路代表电机，并考虑到深槽效应。转子电阻和电抗随着电机速率作线性变化。

该模型的参数有：

• Rs定子电阻

• Xs定子电抗

• Xm励磁电抗

• Rrfl满载时转子电阻

• Rrlr堵转时转子电阻

• Xrfl满载时转子电抗

• Xrlr堵转时转子电抗

实际的转子电阻和电抗是基于满负荷、堵转值和电机运行滑差来计算。电机转子阻抗和滑差的关系如下所示：

24.1.3 DBL1 模型(DBL1 Model)

这种CKT回路模型代表了有集成槽的双笼电机。每个鼠笼的转子电阻和电抗都是恒值；然而，两个转子电路的等值电路阻抗相对电机速率来说是非线性函数。

该模型中参数有：

• Rs定子电阻

• Xs定子电抗

• Xm励磁电抗

• Rr1第一个转子回路的转子电阻

• Rr2第二个转子回路的转子电阻

• Xr1第一个转子回路的转子电抗

• Xr2第二个转子回路的转子电抗