Расчёт и анализ установившихся режимов работы электрических машин

Физические принципы работы синхронного двигателя аналогичны принципам работы синхронного генератора, однако, поскольку двигатели как правило работают с небольшими мощностями, конструкция двигателя может быть как явнополюсный так и неявнополюсной.

Расчет установившегося режима силовых элементов сети Исходные данные для расчета.

Потребители узла нагрузки Асинхронный двигатель: ,

Линейное напряжение Номинальный кпд ,

Номинальный косинус ,

Синхронная скорость ,

Рабочая скорость ,

Коэффициент максимального момента ,

Пусковой коэффициент ,

Коэффициент пускового тока .

Общее количество потребителей Синхронный двигатель: ,

Линейное напряжение ,

Номинальный КПД ,

Номинальный косинус ,

Синхронная скорость ,

Номинальный ток возбуждения ,

Индуктивные сопротивления осей ,

Общее количество Питающая сеть Трансформаторы Тр1 и Тр2:

Номинальная мощность ,

Номинальное первичное напряжение ,

Номинальное вторичное напряжение ,

Напряжение короткого замыкания ,

Мощность короткого замыкания ,

Мощность холостого хода ,

Ток намагничивания ,

Схема соединения .

Линия электропередачи Напряжение ,

Длинна линии ,

Индуктивное сопротивление на 100 км ,

Сопротивление на 100 км Синхронный генератор:

Номинальная мощность ,

Номинальное выходное напряжение ,

Номинальный косинус ,

Номинальная индуктивность ,

Номинальный ток возбуждения ,

Схема соединения Y/Y.

Расчет параметров и номинальных величин элементов Параметры асинхронного двигателя Электрические параметры и номинальные величины Рис. 1 схема замещения и векторная диаграмма Базисные величины

Базисные величины эквивалентного АД

Параметры синхронного двигателя Электрические параметры и номинальные величины

Рис. 2 Схема замещения и векторная диаграмма Базисные величины

Базисные величины эквивалентного СД

Параметры статической нагрузки Электрические параметры и номинальные величины Рис. 3 Схема замещения и векторная диаграмма Базисные величины

Параметры трансформаторов Электрические параметры, приведенные к ВН

где

Базисные величины

Электрические параметры трансформатора в о. е

Рис. 4 Схема замещения и векторная диаграмма

Параметры линии электропередачи

Рис. 5 Схема замещения

Параметры синхронного генератора Электрирческие параметры и номинальные величины

Рис 6 Схема замещения и векторная диаграмма Базисные величины

Расчет сопротивления между шинами генераторного напряжения и шинами угла нагрузки Сопротивление связи, приведенные к напряжению 150кВ

Для перехода к относительным единицам примем в качестве базисной мощности сети базисную мощность генератора и разделим на базисное сопротивление, получим (3):

Рис. 7 Схема замещения системы

Расчет номинального режима потребителей узла при напряжении узла Расчет режима АД Рассчитаем механическую характеристику и по схеме замещения АД Расчет выполняется до значения, которому соответствует максимальный момент Результаты расчета сведены в таблицу

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.374 0.72 1.024 1.277 1.477 1.627 1.732 1.799 1.837 1.85 0.48 0.924 1.315 1.639 1.896 2.088 2.223 2.31 2.358 2.375 Построим и для номинального внешнего момента определим величину номинального скольжения

Рис. 8 Механическая характеристика Определяем фазовый сдвиг тока статора Потребляемая мощность двигателя из сети равна

В именованных единицах для

Расчет установившегося режима СД Рассчитаем угловую характеристику СД и в диапазоне от 0 до 90

и

Результаты сведены в таблицу:

10 20 30 40 50 60 70 80 90 0.302 0.59 0.85 1.072 1.246 1.367 1.434 1.448 1.412 0.336 0.656 0.945 1.191 1.384 1.519 1.594 1.609 1.569

Построим зависимость и по ней для номинального момента определим угол

Рис 9 Механическая характеристика

Реактивная мощность

В именованных единицах для и Расчет режима статической нагрузки

В именованных единицах для

Расчет суммарной мощности узла Приведем к базисной мощности

По результатам расчета режима потребителей построим диаграмму токов. С этой целью сведем данные по токам в таблицу.

АД СД СН Узел 1556 1433 1171 4160 36.34 -25.856 9.462 19.95 Ток в узле равен

В относительных единицах

Рис. 10 векторная диаграмма

Расчет режима питающей сети Трансформатор ТР2

Линия электропередач Трансформатор ТР1

Синхронный генератор

Выходная мощность Потери мощности СГ 32 250 29 270 13 540 — - - Тр1 31 840 29 240 12 600 411 32.7 934.

5 ЛЭП 30 940 28 620 11 770 896.

6 896.

6 830.

7 Тр2 30 570 28 590 10 840 373.

9 32.7 934.

Рис. 12 Векторная диаграмма

Рис. 13 Энергетические диаграммы

Расчет номинального режима потребителей узла при напряжении узла Расчет режима АД Рассчитаем механическую характеристику и по схеме замещения АД (1)

Расчет выполняется до значения, которому соответствует максимальный момент Результаты расчета сведены в таблицу

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.239 0.461 0.655 0.817 0.945 1.041 1.108 1.152 1.175 1.184 0.307 0.592 0.841 1.049 1.214 1.336 1.423 1.478 1.509 1.52 Построим и для номинального внешнего момента определим величину номинального скольжения

Рис 14. Механическая характеристика Определяем фазовый сдвиг тока статора

Потребляемая мощность двигателя из сети равна

В именованных единицах для

Расчет установившегося режима СД Рассчитаем угловую характеристику СД и в диапазоне от 0 до 90 (1)

и Результаты сведены в таблицу:

10 20 30 40 50 60 70 80 90 0.233 0.455 0.657 0.831 0.97 1.071 1.13 1.149 1.13 0.259 0.506 0.73 0.924 1.078 1.19 1.256 1.277 1.255

Построим зависимость и по ней для номинального момента определим угол

Рис. 15 Механическая характеристика

Реактивная мощность

В именованных единицах для и

Расчет режима статической нагрузки

В именованных единицах для

Расчет суммарной мощности узла Приведем к базисной мощности

По результатам расчета режима потребителей построим диаграмму токов. С этой целью сведем данные по токам в таблицу.

АД СД СН Узел 1556 1147 1171 2452 34.77 -16.85 9.462 17.33

Ток в узле равен В относительных единицах Рис. 16 векторная диаграмма

Расчет режима питающей сети Трансформатор ТР2

Линия электропередач Трансформатор ТР1

Синхронный генератор

Выходная мощность Потери мощности СГ 27 200 25 080 10 520 — - - Тр1 26 790 25 040 9510 409 35.5 1015 ЛЭП 25 840 24 360 8607 945.

7 676.

6 902 Тр2 25 490 24 330 7593 354 35.5 1015

Рис 17 Схема замещения и векторная диаграмма Рис 18 Энергетические диаграммы

Основные выводы В этой работе было рассчитано состояние электрической системы в установившемся режиме для двух значений напряжения в питаемой системе. Были оценены мощности и потери элементов сети.

По полученным данным можно сделать вывод о том, что при пониженном напряжении система работает неоптимально, с большой выработкой реактивной мощности, следовательно, плохими значениями

Анализ режима работы синхронного генератора В качестве индивидуального задания дано: определить геометрическое место точек конца вектора напряжения при изменение тока статора синхронного генератора от ноля до при и. Построить зависимость Решение:

Из задания нам известно, что, ,, .

Определим значение тока короткого замыкания Уравнение электрического равновесия в векторном виде имеет вид. Это же уравнение можно представить в виде векторной диаграммы (2)

По пункту известно, причем это значение остается константой, т.к. ток возбуждения постоянен.

Треугольники a0c и b0c прямоугольные, поэтому можно записать следующие уравнения Результаты расчета для набора значений тока сводятся в таблицу. После чего строится график.

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 2.062 1.849 1.582 1.255 0.851 0.333 30 39.06 48.36 58.19 69.05 81.95 0 0.291 0.498 0.593 0.536 0.263 2.062 1.826 1.501 1.106 0.661 0.205

Рис. 19 Напряжение генератора

Список литературы

Копылов И. П. Электрические машины. 4-е изд., испр. М.: Высшая школа, 2004. 463 с.

Вольдек А. И. Электрические машины. Л.: 1978. 832 с.

Важнов А. И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974. 840 с.

Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины. М.: Энергия, 1980. 928 с.

Шуйский В. П. Расчет электрических машин. Л.: Энергия, 1968. 730с.

Петров. Г. Н. Электрические машины. Ч.

1. М. Энергия, 1974. 240с. Ч.

2. М. Энергия 1963. 416с. Ч.

3. М.: Энергия, 1974, 840с.

Электротехника Под ред. Пантюшина В.С. М. Высшая школа 1976 560с.

Костенко М.П., Пиотровский Л. М. Электрические машины. Л.: Энергия, 1972, ч.1 544с, 1973, ч II. 648с.