29

Тверской государственный технический университет

Кафедра электроснабжения и электротехники

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В УЗЛАХ НАГРУЗКИ

Методические указания к выполнению курсовой работы

для студентов заочного обучения специальности 140211 -- Электроснабжение

Тверь 2007

Методические указания составлены в соответствии с программой курса "Переходные процессы в электроэнергетике", часть 2 специальности "электроснабжение"

Методические указания обсуждены на заседании кафедры ЭС и Э (протокол № 5 от 8 февраля 2006 г.) и рекомендованы к печати.

Составители: Бугров В.Г., Воропаев В.В

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

В состав курсовой работы должны входить расчетно-пояснительная записка и графическая часть в виде рисунков и схем электрических соединений.

Расчетно-пояснительную записку пишут на одной стороне лис­та.. Все страницы запис­ки, рисунки, графики и таблицы нумеруют. В начале пояснитель­ной записки приводят задание на курсовую работу и исходные дан­ные по варианту, номер которого соответствует номеру фамилии студента в зачетно -- экзаменационной ведомости. В расчетах сначала приводят расчетные формулы, а затем в них подставляют числовые значения. Производят расчеты в систе­ме относительных единиц. Если размерности величин отличаются от принятых, то это указывают. Пояснительный текст, необходимый при расчетах, должен быть кратким.

Каждый выполняемый пункт задания должен заканчиваться выво­дами и соотвётствующими рекомендациями по существу полученных результатов, которые сводят в итоговую таблицу.

Все рисунки и графики, выполняются в соответствии с требо­ваниями ЕСКД. Буквенные обоз­начения электрических величин должны соответствовать ГОСТ.

В конце расчетно-пояснительной записки помещают список ис­пользованной литературы (подобный списку, приведенному в конце настоящей работы), указывают дату и ставят подпись.

Выполненный проект автор сдает на проверку и после допуска защищает на кафедре; на защите своего проекта автор должен суметь объяснить ход решения и принципы расчета.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Выполнить расчет по пуску и самозапуску электродвигателей и снижению напряжения на шинах цеха промышленного предприятия.

П о с т а н о в к а з а д а ч. Цех промышленного пред­приятия снабжается электроэнергией от энергосистемы в соответствии с принципиальной схемой (рис.1) двумя линиями Л1, Л2 через два трансформатора TI, T2. От каждой секции шин должны получать питание асинхронные электродвигатели центробежных насо­сов Э1, Э2, ЭЗ, Э5, Э6 и синхронный электродвигатель турбокомпрессора Э4.

Предусматривается, что электродвигатели Э2, Э5 имеют реак­торный пуск. Электродвигатели Э3, Э4 присоединяются к шинам секции через одну ветвь сдвоенного реактора; через другую по­лучают питание потребители HI , Н2 .

Основные параметры электрооборудования приведены в приложении (табл. I и 1,а). Графики расчетных зависимостей даны на рис.2. На графиках обозначено: I_эс , m_эс m_к --соответственно, ток, вращающий мо­мент и момент сопротивления синхронного электродвигателя Э4; I_эа, m_эа, m_н -- соответственно, ток, вращающий момент и момент сопротивления

Рис. I. Схема электроснабжения цеха

асинхронных электродвигателей Э1, Э2, Э3, Э5, Э6. Выключатель ВС разомкнут.

Требуется:

1. Проверить пуск асинхронного электродвигателя Э1 по условию: остаточное напряжение на шинах секции должно быть не менее 0,85 % номинального значения. Рассчитать и построить график разгона электродвигателя.

2. Определить сопротивление реактора PI для пуска электродвигателя Э2 по следующим условиям:

а) остаточное напряжение на шинах должно быть не менее 85% номинального значения;

б) остаточное напряжение на двигателе должно быть достаточным дл обеспечения пуска электропривода.

3. Проверить правильность выбора сдвоенного реактора PСI по пуску асинхронного электродви­гателя ЭЗ.

4. Определить возможность группового самозапуска всех электродвигателей секции I при отключении ее от трансформатора TI и включении секционного выключателя ВС через t_АВР =1,5с от устройства АВР.

При этом следует считать: а) синхронный электродвигатель является источником ЭДС c параметрами Е"= 1,05= const, х_d = 15 %.

б) нагрузка второй ветви ре­актора PСI при самозапуске электродвигателя ЭЗ автоматически отключается.

5.Оценить возможность выпадения из синхронизма и вхождения в синхронизм синхронного электродвигателя Э4 при времени перерыва питания t _АВР = 1,5 с.

m,о.е I,ое...е

1. 0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 S , о.е

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 n, о.е

Рис.2. Характеристики электродвигателей и механизмов

6. Определить то же, что и в пункте 4, но для секции 2. Наrрузка второй ветви реактора РС2 при самозапуске синхронного элек­тродвигателя также автоматически отключается.

При расчетах дополнительно к данным табл.1 (для всех вариантов) принимать во внимание:

-- коэффициенты мощности и кпд для асинхронных электродвигателей равны cosφ _эа = 0,9; η_эа = 0,96; для синхронных - cosφ _эс= 0,90; η _эс = 0,97; -- сдвоенные реакторы PCI, PC2 рассчитаны на длительный ток в ветвях 2 x 0,6 кА при реактивности X = 4% и коэффициенте связи k = 0,5;

-- номинальная частота синхронного вращения электродвигателя n _{э ном} = 3000 об/мин;

-- маховый момент приводного механизма GD² составляет 80 %

от махового момента электродвигателя;

-- максимальный момент синхронного электродвигателя при

синхронной частоте вращения m_m = 2, кратность форсировки возбуждения -- 1,5.

MЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для проведения расчетов необходимо составить схему замещения. Следует учесть, что при расчетах переходных пусковых процессов в схемах с напряжением выше I кВ активными сопротивлени­ями можно пренебречь, и тогда схема замещения примет вид, изображенный на рис.З.

Рис. 3. Схема замещения

Расчет производится в относительных единицах. Если за базисные значения принять S_Б – базисную мощность (например, 100 MBА) и U_Б – базисное напряжение (например, 6 кВ), то

сопротивление схемы замещения в относительных ба­зисных единицах определяется:

для системы

х_с = S_Б / Sc МВА / МВА ; (1)

для трансформаторов

х_Т1 = х_Т2 = (u_к (%) / 100)* (S_Б / S_Т)*(U_Т / U_Б)² (2)

Для каждой ветви сдвоенных реакторов

х = [ х (%)/ 100 ]* [I_Б*U_Р ]/ [I_Р U _Б ] (3)

где __

_{IБ = SБ / √3 * UБ}

для электродвигателей при пуске

х₁ ……. х₆ = [(1/I _s=1 ) (S_Б / S_Д )]( U _Д / U _Б )^{2 ,} (4)

где I _{s = 1} - кратность пускового тока при s = 1 (см. графики рис. 2); а также

S_Д = P_Д / (соs φ * η _Д ) , МВА

для электродвигателей при номинальном режиме

х _{1 ном} =[ ( S_Б / Р_Д ) * ( η_Д / tg φ )] (U _Д / U _Б )² ; (5)

для нагрузки вторых ветвей реакторов

х _{н 1} = х _{н 2} = ( S_Н / Р_Н )* ( η_Н / tg φ_Н ) (U _Н / U _Б )² . (6)

1. Проверка пуска асинхронного электродвигателя э1

Чтобы определить остаточное напряжение на шинах первой секции U_{ш о} при пуске асинхронного электродвигателя Э1, следует обратиться к схеме замещения, изображенной на рис.4, составленной для нормального режима остальной нaгрузки. Сопротивления ветвей сдвоенного реактора в нормальном режиме равны, так как нагрузка их практически одинакова (см.исходные данные ,табл. 1). Поэтому

х_в1 = х_в2 = (1 -- k_c ) x_О,5 (7)

Тогда общее сопротивление cдвоенного реактора

х_рс = (х_в1 + х_{3 ном} )( х_в2 + х_н1 ) / (х_в1 + х_{3 ном} + х_в2 + х_н1 ) (8)

Эквивалентное реактивное сопротивление нагрузки, подключенной к трансформатору

х _эн = х_{2 ном} х_рс / (х_{2 ном} + х_рс ) (9)

При пуске электродвигателя общее сопротивление, включенное на трансформатор

х _1∑ = х₁ х _эн / (х₁ + х_эн ) (10)

Остаточное напряжение на шинах при пуске электродвигателя

U_{ш о} = х _1∑ U_с / (х_с + х_т1 + х _1∑ ), (11)

где

U_с = U_с / U_Б k_т = ( 115/6 )*( 6,3/115) = 1,05 о.е.

При пуске электродвигателя должно быть U_{ш о} ≥ 0,85.

Величина пускового момента электродвигателя

m_пкск = m_{э о (n = 0)} U²_{ш o} (12)

и по условию его трогания и разгона должно быть

m_пкск ≥ 1,1 m_{н (n = 0)} , (13)

где m _{э о (n = 0)} и m _{н (n = 0)} соответственно моменты на валу электродвигателя и насоса для n = 0 (см. графики на рис .2). Следовательно, разгон электродвигателя считается обеспеченным, если его пусковой момент будет превышать на 10% момент сопротивления .

Быстрота разгона электродвигателя зависит от механической постоянной времени

Т_э = GD²_∑ n²_{э ном} / 364 Р_э 10³ с (14)

где GD²_∑ = GD²_э + GD²_м - суммарный маховой момент электродвигателя и приводного механизма; Р_э (МВт) , n²_{э ном} (об/мин) - номинальные мощность и частота вращения электродвигателя.

Расчет движения ротора электродвигателя методом последовательных интервалов.

Принимаем интервал времени Δt = 1…2 c. Приращение скорости двигателя в первом и последующем интервалах времени с момента его включения

Δn_q = (Δm_q / Т_э ) Δt_q (15)

и частота вращения

n_q = n_{q -1} + Δn_q , (16)

где Δm_q = m_{э а(U)} -- m_н -- избыточный момент на валу электродвигателя при снижении напряжения на шинах при его пуске.

Для определения избыточного момента Δm_q в каждом расчетном интервале времени целесообразно на рис.2 нанести график m_{э а(U)} (см. пунктирный график), вычисленный для найденного значения остаточного напряжения по формуле

m_{э а(U)} = m_{э а} U²_ш0...11( (17(11111)

Для первого интервала времени приращение частоты вращения определяется по формуле (15):

Δn₁ = (Δm₁ / Т_э ) Δt₁

и частота вращения двигателя по формуле (16)

n₁ = n₀ + Δn₁ = 0 + Δn₁ .

Δm₁ = m_{э а(U)} -- m _н определяется по графикам (рис. 2) для n = 0 (s = 1).

Для второго интервала времени для n₁ по графикам рис.2 определяются m_{э а(U)} и m _н и вычисляется Δm₂ . Затем определяется приращение частоты вращения во втором интервале

Δn₂ = (Δm₂ / Т_э ) Δt₂

и частота вращения во втором интервале

n₂ = n₁ + Δn₂ и т.д. до частоты вращения, соответствующей точке пересечения механической характеристики электродвигателя и графика момента сопротивления нагрузки.

Результаты расчета сводят в таблицу 3

Таблица 3

Номер интервала	Интервал	Время	Момент двигателя	Момент сопр.	Момент избыточ.	Приращение частоты вращения	Частота вращения

По результатам расчета строится график разгона электродвигателя, по которому определяется время его разгона до скорости, близкой к номинальной (рис.5).