Расчет и анализ установившихся режимов работ электрических машин

Узел нагрузки

Питающая сеть

АДСДСНТРСГUвн, кВUнн, кВРн, кВтnnр, об/мин

Рн, кВтmiв0, АРн, кВтQн, кВтSн, кВАРн, кВтiв0, А22 500 536 540 003 182 281 940 221 578 626 659 786 948 608

Синхронная частота вращения асинхронного двигателя ncАД = 375 об/мин., синхронного двигателя ncСД = 250 об/мин. Схемы соединения обмоток статора АД, СД, СГ — звезда, трансформаторов — звезда / треугольник. Таблица 2.2Исходные данные потребителейN вар. АДСДηcosφMm/MнМп/МнIп/Iнηcosφxdxq20,950,822,40,65,20,940,91,41,0Таблица 2.3Параметры силовых элементов питающей сетиN вар

Тр1, Тр2СГЛЭПUк, %Р0, кВтРк, кВтIm, %cosφxc, о.е.l, км210 501 420,60,82,4100

Активное сопротивление линии в расчете на 100 км принять равным r0 = 30Ом, а индуктивное x0 = 40ОмИндивидуальное задание по анализу режимов работы и характеристик силовых элементов сети. Элемент — СГ. Рассчитать и построить в одних координатных осях внешние характеристики Uг = f (Iг)1) при kнас = 0,3 и cosφ = cosφном для iв=iв0 и iв=1,8iв0;1) при kнас = 0,4 и cosφ = 1для iв=iв0 и iв=1,5iв0;2.2 Расчет параметров и номинальных величин элементов2.

2.1 Параметры асинхронного двигателя1) Электрические параметры и номинальные величины2) Базисные величины:

3)Базисные величины эквивалентного АД2.

2.2 Параметры синхронного двигателя1) Электрические параметры и номинальные величины:

2) Базисные величины:

2) Базисные величины эквивалентного СД:

2.2. 3 Параметры статической нагрузки1) Электрические параметры и номинальные величины:

2) Базисные величины:

2.2. 4 Параметры трансформаторов1) Электрические параметры, приведенные к ВН:2) Базисные величичны:

3) Электрические параметры трансформатора в о.е.:

2.2. 5 Параметры линии электропередачи2.

2.6 Параметры синхронного генератора1) Электрические параметры и номинальные величины:

2) Базисные величины:

2.2. 7 Расчет сопротивления связи между шинами генераторного напряжения и шинами узла нагрузки

Сопротивления связи, приведенные к напряжению 150 кВ: Для перехода к относительным единицам примем в качестве базисной мощности сети базисную мощность генератора SБС = SБСГ =50 000 кВА и разделим на базисное сопротивление:

При одинаковой базовой мощности генератора и сети хС генератора в о.е. остается неизменным и равным хС = 2,4 о.е.

2.3 Расчет номинального режима потребителей узла при напряжении узла Uу = 1 о.е.

2.3. 1 Расчет режима АДРассчитаем механическую характеристику М=f (s)и М/Мном = f (s) по схеме замещения АД. Расчет достаточно выполнить до SКР =r'2/xК = 0,0327/0,267=0,122, которому соответствует максимальный момент:

или по отношению к номинальному моменту Mmax/Mном = 1,657/0,779=2,127. Это значение близко к заданной величине. Результаты расчета сведем в таблицу. S, о, е,0,0050,0100,0150,0200,0250,0300,0350,0400,045M, о, е,0,150,300,440,570,700,820,931,031,12M/Mном0,190,380,560,740,901,051,191,321,44SМ/Мном

Построим Mmax/Mном = f (S) и для номинального внешнего момента определим величину номинального скольжения SN. Скорректировав величину SN при котором Mmax/Mном = 1 получили SN = 0,28 295 о.е.По найденному значению определяем величину и фазовый сдвиг тока статора:

Величина тока I1 должна быть при номинальном напряжении близка к единице. Потребляемая мощность двигателя из сети равна:

В именованных единицах для SБАД = 16 045кВА2.

3.2 Расчет установившегося режима СДРассчитываем угловую характеристику СД М=f (σ) и М/Мном=f (σ) в диапазоне σ от 0 до 90 градусов. Мном = cosφ=0,9 и iВ = iВНОМРезультаты сведем в таблицуδ, град102 030 405 060 708 096М, о.е.

0.5521.

0841.

5742.

0052.

3622.

6352.

8172.

9052.

9М/Мном0.

6141.

20 441.

7492.

2282.

6252.

9283.

133.

2283.223Построим зависимость М/Мном = f (δ) и по ней для номинального момента определим угол δN. Найденное по графику значение угла δN следует уточнить по формуле для активной мощности, которая для номинального режима равна cosφ. δМ/Мном

Уточненное значение δN = 16,47°, ему соответствуют:

Активная мощность:

Реактивная мощность:

В именованных единицах для SБСД = 14 184кВА, IБСД = 819 А:

2.3. 3 Расчет режима статической нагрузки

В именованных единицах SБСН = 10 198кВА2.

3.4 Расчет суммарной мощности узла

Приведем к базисной мощности сети SБСД = 50 000 кВА. По результатам расчета режима потребителей построим диаграмму токов. С этой целью сведем данные по токам в таблицу. АДСДСНУзелI, А925,5 819 588 2060φ, град 36,5−35,7511,3 3,6Ток в узле равен:

и в относительных единицах2.

3.5 Расчет режима питающей сети

В соответствии со схемой (п. 2.

3.) и формулами определим величину напряжения в различных точках питающей сети, взаимные фазные сдвиги, потоки мощности, ЭДС генератора и его ток возбуждения. Ток во всех элементах питающей сети будет одинаковым и равным току узла Iy.1)Трансформатор Тр22) линия электропередачи3) трансформатор Тр14) синхронный генератор

Мощность силовых элементов представим в физических величинах, умножив их на SБС = 50 000кВА. Элемент сети

Выходная мощность

Потери мощностиS, кВАР, кВТQ, кВАрΔS, кВАΔР, кВТΔQ, кВАрСГ37 900 366 509 750 — - - Тр1 376 003 655 065 502 914 445 312ЛЭП374 503 570 054 501 504 122 880

Тр235 682 356 122 235.

441 768 883 214.

562.4 Расчет номинального режима потребителей узла при пониженном напряжении узла Uу = 0,9 о.е.

2.4. 1 Расчет режима АДРассчитаем механическую характеристику М=f (s) и М/Мном = f (s) по схеме замещения АД. Расчет достаточно выполнить до SКР =r'2/xК = 0,0327/0,267=0,122, которому соответствует максимальный момент:

или по отношению к номинальному моменту Mmax/Mном = 0,585/0,779=0,751. Результаты расчета сведем в таблицу. S, о, е,0,0050,0100,0150,0200,0250,0300,0350,0400,045M, о, е,0,120,240,360,460,570,660,750,830,91M/Mном0,160,310,460,600,730,850,971,071,17SМ/Мном

Построим Mmax/Mном = f (S) и для номинального внешнего момента определим величину номинального скольжения SN. Скорректировав величину SN при котором Mmax/Mном = 1 получили SN = 0,037 о.е.По найденному значению определяем величину и фазовый сдвиг тока статора:

Потребляемая мощность двигателя из сети равна:

В именованных единицах для SБАД = 16 045кВА2.

4.2 Расчет установившегося режима СДРассчитываем угловую характеристику СД М=f (σ) и М/Мном=f (σ) в диапазоне σ от 0 до 90 градусов. Мном = cosφ = 0,9 и iВ = iВНОМРезультаты сведем в таблицуδ, град102 030 405 060 708 096М, о.е.0,3010,5880,8491,0731,2521,3801,4551,4771,450М/Мном0,2710,5290,7640,9661,1271,2421,3091,3291,305Построим зависимость М/Мном = f (δ) и по ней для номинального момента определим угол δN. Найденное по графику значение угла δN следует уточнить по формуле для активной мощности, которая для номинального режима равна cosφ.δМ/Мном

Уточненное значение δN = 36,55°, ему соответствуют:

Активная мощность:

Реактивная мощность:

В именованных единицах для SБСД = 14 184кВА, IБСД = 819 А:

2.4. 3 Расчет режима статической нагрузки

В именованных единицах SБСН = 10 198кВА2.

4.4 Расчет суммарной мощности узла

Приведем к базисной мощности сети SБСД = 50 000 кВА, По результатам расчета режима потребителей построим диаграмму токов, С этой целью сведем данные по токам в таблицу, АДСДСНУзелI, А925,5 819 588 1973φ, град 36,5−23,7511,3 9,09Ток в узле равен:

и в относительных единицах2.

4.5 Расчет режима питающей сети

В соответствии со схемой (п. 2.

3.) и формулами определим величину напряжения в различных точках питающей сети, взаимные фазные сдвиги, потоки мощности, ЭДС генератора и его ток возбуждения, Ток во всех элементах питающей сети будет одинаковым и равным току узла Iy, 1) Трансформатор Тр22) линия электропередачи3) трансформатор Тр14) синхронный генератор

Мощность силовых элементов представим в физических величинах, умножив их на SБС = 50 000 кВА. Элемент сети

Выходная мощность

Потери мощностиS, кВАР, кВТQ, кВАрΔS, кВАΔР, кВТΔQ, кВАрСГ378 003 510 014 100—-Тр136 500 350 001 050 019 860 316 160ЛЭП35 050 338 509 100 145 233 100 800

Тр23 417 233 741 540 988 070 920 192. АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И ХАРАКТЕРИСТИК СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ.1) Задаем исходные данные: kНАС = 0,3;хСНЕНАС = хС = 2,4 cosφ = cosφН = 0,8Вариант 1: iВ=iВ0 = 360АВариант 2: iВ=1,8iВ0 = 648А2) Задаем условия расчета внешней характеристики: cosφ=0,8, iB/iB0 =i*B.3) Задаемся значением тока статора от 0 до 1,3Iн и определяем напряжение генератора по формуле:

Величины Е0 и хс зависят от UГ и подчиняются условиям:

Сначала по заданному току статора определяется напряжение генератора в предположении, что магнитная цепь не насыщенна. Если найденная величина напряжения окажется более UНОМ, то выполняется перерасчет, но уже по насыщенной характеристике холостого хода. Вариант № 1Iг0,000,200,400,600,700,800,901,001,101,201,3E01,501,501,501,501,501,501,501,501,5011Xc0,720,720,720,720,720,720,720,722,402,402,4UГ1,501,411,311,201,141,081,020,950,760,420,00Вариант № 2Iг0.

000.

200.

400.

600.

700.

800.

901.

001.

101.

201.

31.40E01.

861.

861.

861.

861.

861.

861.

861.

861.

501.

0011.00Xc0.

720.

720.

720.

720.

720.

720.

720.

722.

402.

402.

42.40UГ1.

861.

771.

671.

571.

511.

461.

401.

340.

960.

840.

610.

Список литературы

1 Копылов И. П. Электрические машины. 6-е изд., испр.

М.:Высшая шко-ла.

2009.-607с.

2 Кацман М. М. Электрические машины. 5-е изд., испр.М.: Высшая школа, 2009.

463 с. 3 Новиков Н. Н., Шутько В. Ф. Электрические машины: Учеб.

пособие.-9-е изд., испр.

Екатеринбург, Изд. УрФУ; 2012;192 с. 4 Проектирование электрических машин: учеб. для студентов электромехан. и электроэнергет. специальностей вузов / [ И. П. Копылов, Б.

К. Клоков, В. П. Морозкин, Б. Ф. Токарев]; под ред.

И. П. Копылова. — 4-е изд., перераб. и доп. ;

Москва: Юрайт, 2011. — 767 с. 5 Беспалов В. Я. Электрические машины: учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению подгот. 140 600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» / В.

Я. Беспалов, Н. Ф. Котеленец.

— Москва: Academia, 2006. — 320 с. 6 Вольдек А. И. Электрические машины. Л.: 1978. 832 с. 7 Костенко М. П., Пиотровский Л. М. Электрические машины. Л.: Энергия, 1972, ч.

I. 544 с; 1973, ч. П. 648 с.8 Брускнн Д. Э., Зорохович А. Е., Хвостов В. С. Электрические машины. М.: Высшая школа, 1987, ч. I.

283 с; 1987, ч. II. 304 с. 9 Петров Г. Н. Электрические машины. Ч. I. М: Энергия, 1974. 240 с.

Ч. 2. М.: Энергия, 1963. 416 с.

Ч. 3. М.: Энергия, 1968. 223 с. 10 Важное А. И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974. 840 с. 11 Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины: учеб. для студентов вузов, обучающихся по направлению подгот. дипломир. специалистов «

Электротехника, электромеханика и электротехнологии"; в 2 т. Т. 1 / А. В. Иванов-Смоленский. ;

2-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство МЭИ, 2004. -652 с.