Расчётная лабораторная работа · Восстановление электрических характеристик синхронного генератора
Последовательность решения, отчёт и критерии результата
От геометрии и обмоток переходят к потокосцеплениям и ЭДС, затем к характеристикам ХХ, КЗ, нагрузки и регулирования. Эти характеристики определяют требуемое возбуждение и допустимый электрический режим.
Результат получают из наблюдаемых величин и проверяют в условиях данного практикума.
Последовательность решения
Обосновать постановку и способ измерения. Для характеристики запишите, что фиксировано: скорость, возбуждение, напряжение, нагрузка или мощность. Скоростная ЭДС восстанавливается из пространственного потокосцепления.
Разбор учебного результата. Проверьте уравнение выбранного генераторного режима и знаки мощности до построения серии.
Проектное исследование и чувствительность. Выполните действия практикума по его исходной таблице. Методика и учебные файлы доступны. Проверки относятся к указанным в занятии примерам и версиям; заводская точность и завершённость всего численного цикла не заявляются.
Оформление наблюдений. Возбуждение, скорость, фазные потокосцепления, ЭДС и согласованные токи/напряжения в объёме конкретного опыта; независимые условия каждой строки.
Как обосновать результат
Точность и расхождения. Уточняйте шаг возбуждения или угла отдельно от сетки. При КЗ оценивайте абсолютное остаточное напряжение и его отношение к ненулевому масштабу режима.
Вывод для устройства
Свяжите полученную характеристику с выбором возбуждения, регулированием напряжения или допустимым режимом; укажите, какие проверки нужны для полной машины.
Границы вывода. Каждая характеристика требует своих независимых условий и скорости. Двумерный срез, заданные токи и статическое поле не подтверждают автоматически режим на сеть, устойчивость и полную мощность реального генератора.
Теория и вывод формул
Как отделить численную погрешность от влияния изменённого конструктивного входа?
Механический и электрический углы; \theta e=p\theta m
рад
p
Число пар полюсов; для ТВВ-320-2 p=1
1
ULL; I
Линейное напряжение и фазный ток RMS основной симметричной составляющей
В; А
id; iq; If
Амплитудные токи d–q и постоянный ток возбуждения
А
λd; λq; λf
Потокосцепления в согласованной нормировке
Вб·виток
Pg; Qg; T
Отдаваемые активная и реактивная мощности; момент против часовой стрелки
Вт; вар; Н·м
Один изменяемый фактор и неизменные условия
База — токовое состояние i_d=-7000 А, i_q=12000 А, If=2920 А, \theta =90^\circ. Варианты: коэффициент заполнения ±1%, альтернативная глубина ротора 149,5 мм вместо 164,5 мм и поперечная B(H) статора вместо продольной. Это проверки чувствительности выбранной модели, а не четыре установленных исполнения ТВВ-320.
Каждый вариант заново строится по параметрам. Проверяются порядок уровней профиля, отсутствие пересечений, площадь токовых областей, число сторон и назначение цепей. Параметр, меняющий топологию, требует новой обмоточной таблицы и проверки ампер-витков, а не только изменения одного числа в JSON.
Сравнение при одинаковых токах показывает изменение магнитного отклика. Оно не показывает автоматически изменение КПД или мощности при одинаковом напряжении. Для такого проектного сравнения после каждого изменения требуется заново решить обратную электрическую задачу.
Безразмерная чувствительность имеет смысл при ненулевой базе и указанном условии сравнения.
Наибольшие изменения проверенных интегралов: около 0,31% и 0,29% для заполнения, 3,50% для альтернативной глубины и 3,93% для ориентационной кривой статора. Эти числа относятся к одному токовому состоянию. Их нельзя переносить на всю характеристику без новых серий.
Варьирование числа пазов меняет электрический шаг, распределение фаз, коэффициенты обмотки и профиль зубцов. Такой вариант требует новой полной геометрии и повторения проверок из занятий 5–17. Непрочитанному источнику не приписывается готовый алгоритм проектного синтеза.
Ограничения и происхождение методики
Исследовательские варианты учебной модели, без утверждения об обнаруженных заводских исполнениях.
Полная оптимизация конструкции и аттестация новых вариантов не заявляются.
Новые собственные полевые решения вариантов и сохранённые входы; исходные модели sim не использованы.
Реестр формул и библиография в файлах занятия отделяют собственные выводы от доступных первоисточников. Недоступные тексты и текстовое распознавание PDF не объявлены полной визуальной проверкой.
Разобранный численный пример
Разбор учебного результата
Дано. ТВВ-320-2; документированные входы и точные версии программ из файлов занятия.
Сопоставьте \lambda d,\lambda q,\lambda f,W,W',T с базой по field_analysis.comparison. Затем вычислите центральную чувствительность по двум значениям заполнения.
Ответ: Четыре варианта при одинаковых токах, таблица изменений и аргументированная граница вывода.
Проверка: Исследовательские варианты учебной модели, без утверждения об обнаруженных заводских исполнениях. Полная оптимизация конструкции и аттестация новых вариантов не заявляются.
максимальное нормированное изменение выбранных интегралов
fill-plus-1pct
0,002871
максимальное нормированное изменение выбранных интегралов
rotor-depth-RD
0,03505
максимальное нормированное изменение выбранных интегралов
stator-cross
0,03933
максимальное нормированное изменение выбранных интегралов
Откройте field-plan.json и найдите серию input-sensitivity. Сверьте overrides, stator_curve и неизменные токи.
Запустите run_fields.py с TVV_SERIES="input-sensitivity" в чистом каталоге. При повторении точной старой версии используйте snapshot выбранного примера.
Сопоставьте \lambda d,\lambda q,\lambda f,W,W',T с базой по field_analysis.comparison. Затем вычислите центральную чувствительность по двум значениям заполнения.
Сформулируйте вывод только для проверенного состояния. Для оптимизации задайте целевую функцию и ограничения до расчётов; максимизация одной локальной величины не означает улучшения машины.
Ожидаемый результат. Четыре варианта при одинаковых токах, таблица изменений и аргументированная граница вывода.
Как проверить. Исследовательские варианты учебной модели, без утверждения об обнаруженных заводских исполнениях. Полная оптимизация конструкции и аттестация новых вариантов не заявляются.
Обработка и анализ результатов
Как отделить численную погрешность от влияния изменённого конструктивного входа?
Сопоставьте контрольные величины, входы, версии и допуски.
Полная программа: run_fields.py
Встроенный Python FEMM 5. Зависимости, входы и точные снимки программ доступны в файлах занятия.
Python · FEMM 5
"""Занятия 11–15: самостоятельные ненулевые решения учебной модели."""importsys,json,math,osROOT=globals().get('TVV_ROOT','')ifnotROOT:raiseValueError('Задайте TVV_ROOT')ifROOTinsys.path:sys.path.remove(ROOT)sys.path.insert(0,ROOT)# Повторный запуск редактора не должен использовать старые модули другой копии.formodulein('run_record','geometry','physics','build','field_results','material_variants'):sys.modules.pop(module,None)fromrun_recordimportstart,finish,save_json,shafrombuildimportbuildfromfield_resultsimportcollectfrommaterial_variantsimportvariantnames=['run_fields.py','field_results.py','run_record.py','build.py','geometry.py','physics.py','machine.json','winding.json','rotor-bh.json','stator-bh.json','stator-cross-bh.json','field-plan.json','model-scope.json','current-mapping.json','material_variants.py']resume=globals().get('TVV_RESUME_DIR','')selected=globals().get('TVV_CASE_ID',None);series=globals().get('TVV_SERIES','four-states')part=globals().get('TVV_PART',0);parts=globals().get('TVV_PARTS',1)ifparts<1ornot0<=part<parts:raiseValueError('Неверная часть серии')ifresume:folder=resumewithopen(folder+'/receipt.json')asf:record=json.loads(f.read())if(record.get('selected_case'),record.get('series'),record.get('part',0),record.get('parts',1))!=(selected,series,part,parts):raiseValueError('Продолжение требует того же набора заданий')forname,digestinrecord['inputs_and_programs'].items():ifsha(ROOT+'/'+name)!=digestorsha(folder+'/snapshot/'+name)!=digest:raiseValueError('Изменены входы или версия программы: '+name)if'case_outputs'notinrecord:raiseValueError('В этой квитанции нет проверяемых промежуточных результатов')else:folder,record=start(ROOT,globals().get('TVV_OUTPUT_ROOT',ROOT+'/runs'),'fields',names,'nonzero teaching model; no factory accuracy claim')record['case_outputs']={}defload(name):withopen(folder+'/snapshot/'+name+'.json')asf:returnjson.loads(f.read())plan=load('field-plan');scope=load('model-scope');rows=[]ifscope['factory_accuracy_claim']:raiseValueError('Необоснованное заявление о заводской точности')record.update(selected_case=selected,series=series,part=part,parts=parts,status='running')save_json(folder+'/receipt.json',record)try:cases=[cforcinplan['cases']if(c['id']==selectedifselectedelsec.get('series')==series)]forindex,caseinenumerate(cases):ifindex%parts!=part:continueifcase['id']inrecord['case_outputs']:forname,digestinrecord['case_outputs'][case['id']].items():ifsha(folder+'/'+name)!=digest:raiseValueError('Повреждён результат продолжения: '+name)withopen(folder+'/'+case['id']+'-result.json')asf:rows.append(json.loads(f.read()))print('TVV_FIELD_REUSED',case['id']);continuemachine=load('machine');winding=load('winding')['rows'];mesh=plan['mesh'].copy()forkeyinmesh:mesh[key]*=case.get('mesh_scale',1.)mesh.update(case.get('mesh_overrides',{}))forsection,valuesincase.get('overrides',{}).items():machine[section].update(values)materials={'rotor':load('rotor-bh'),'stator':load(case.get('stator_curve','stator')+'-bh')}machine['_bh_limits']={tag:[v['points'][0][0],v['points'][-1][0]]fortag,vinmaterials.items()}fortaginmaterials:materials[tag]['points']=variant(materials[tag]['points'],case.get('bh_mode','native'))path=folder+'/'+case['id']+'.fem'record['active_case']=case['id'];save_json(folder+'/receipt.json',record)print('TVV_FIELD_BUILD',case['id'])build(globals(),machine,winding,materials,path,mesh,case['theta_deg'],case['currents_dqf_A'])mi_close();opendocument(path);mi_analyze(1);mi_loadsolution()print('TVV_FIELD_SOLVED',case['id'],mo_numelements())row=collect(globals(),machine,winding,case['theta_deg'],case['currents_dqf_A'],folder,case['id'],case.get('coverage',True),case.get('contour_samples',1440))row['case']=case;row['mesh']=meshlimits=plan['acceptance']errors={name:abs(values[2]-row['independent_circuit_flux_Wb'][name])/max(abs(values[2]),limits['flux_absolute_scale_Wb'])forname,valuesinrow['circuits'].items()}row['flux_identity_relative_error']=max(errors.values())row['energy_identity_relative_error']=abs(row['energy_J']+row['coenergy_J']-row['sum_i_lambda_J'])/max(abs(row['sum_i_lambda_J']),limits['energy_absolute_scale_J'])rows.append(row);save_json(folder+'/results.json',rows)ifrow['max_copper_area_relative_error']>1e-8:raiseValueError('Площадь активных областей не совпадает')ifrow['flux_identity_relative_error']>limits['flux_identity_relative']:raiseValueError('Независимое потокосцепление не совпадает')ifrow['energy_identity_relative_error']>limits['energy_identity_relative']:raiseValueError('Не выполнен энергетический интеграл')mo_close();mi_close()save_json(folder+'/'+case['id']+'-result.json',row)record['case_outputs'][case['id']]={name:sha(folder+'/'+name)fornameinos.listdir(folder)ifname.startswith(case['id']+'.')orname.startswith(case['id']+'-')}save_json(folder+'/receipt.json',record);print('TVV_FIELD_CHECKED',case['id'])ifnotrows:raiseValueError('Не найдено задание расчёта')record['checks']={'cases':len(rows),'factory_validation':False,'mesh_convergence':False}finish(folder,record,'passed_field_identities_not_convergence')exceptExceptionaserror:record['error']=str(error);save_json(folder+'/results.json',rows);finish(folder,record,'failed');raiseprint('TVV_FIELDS_RESULT',folder,record['status'])
Самостоятельная работа
Вычислите S\lambda d,k и S\lambda q,k из двух вариантов заполнения. Сопоставьте эффекты с сеточной ошибкой и укажите, какой дополнительный обратный расчёт нужен для сравнения при одинаковых U и P.
Критерий выполнения: Соблюдены определения, единицы, условия и критерии занятия. Исследовательские варианты учебной модели, без утверждения об обнаруженных заводских исполнениях. Полная оптимизация конструкции и аттестация новых вариантов не заявляются.
Пояснения и типичные ошибкиКакие ограничения необходимо сохранить в выводе?
Исследовательские варианты учебной модели, без утверждения об обнаруженных заводских исполнениях. Полная оптимизация конструкции и аттестация новых вариантов не заявляются.
На что обратить внимание
Сравнить разные токи и назвать разность эффектом геометрии.
Принять исследовательский размер за найденное заводское исполнение.
Изменить число пазов без пересчёта обмоточной таблицы.