|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫСтр 1 из 4Следующая ⇒
РАСЧЕТ И АНАЛИЗ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
КУРСОВАЯ РАБОТА
Пояснительная записка
Руководитель: к.т.н., доцент Новиков Н.Н.
Студент группы Э-38013КУ
Екатеринбург
Пояснительная записка содержит описание моделей основных типов электрических машин, участвующих в процессе электромеханического преобразования энергии в электрической системе, их основные характеристики, методику и пример расчета установившихся режимов, вариант задания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Электромеханика» по специальности 100200 – «Электроэнергетические системы и сети».
Страниц: 64 Рис. 25 Табл. 8 Библиогр.: 9 назв. Содержание Введение …………………………………………………………………....…....................6 1. Описание конструкции и принципа действия силовых элементов сети ………….7 1.1.Основные определения и принцип действия трансформатора. ………………….7 1.1.1 Классификация трансформаторов ………………………………………………….....9 1.1.2 Основные элементы трансформаторов ……………………………………………..10 1.2. Синхронный турбогенератор ………………………………………………………15 1.2.1 Технические характеристики и конструкции СГ……………………………….…..15 1.2.2 Номинальные параметры генераторов………………………………........................16 1.2.3 Возбуждение синхронных генераторов…………...………………………………...17 1.2.4 Основные характеристики синхронного генератора……………………………….18 1.3. Асинхронный двигатель ……………………………………………………………..22 1.3.1 Общие сведения и конструкция асинхронного двигателя………………………….22 1.3.2 Принцип образования вращающегося магнитного поля машины…..……………..23 1.3.3 Принцип действия асинхронного двигателя………………………………………..25 1.3.4 Магнитные поля и ЭДС асинхронного двигателя………………………………….26 1.3.5 Основные уравнения асинхронного двигателя……………………………………..27 1.3.6 Приведение параметров обмотки ротора к обмотке статора……………………....28 1.3.7 Векторная диаграмма асинхронного двигателя......................................................…28 1.3.8 Схема замещения асинхронного двигателя…………………………………………29 1.3.9 Потери и КПД асинхронного двигателя…………………………………………….30 1.3.10 Уравнение вращающего момента…………………………………………………..31 1.3.11 Механическая характеристика асинхронного двигателя………………………….32 1.3.12 Рабочие характеристики асинхронного двигателя………………………………...33 1.4. Синхронный двигатель ……………………………………………………………...34 1.4.1 Общие сведения и конструкция синхронного двигателя…………………………...34 2. Расчет установившегося режима силовых элементов сети ……………………….36 2.1.1. Потребители узла нагрузки………………………………………………………….36 2.1.2. Питающая сеть………………………………………………………………………..36 2.1. Исходные данные ……………………………………………………………………..36 2.2. Расчет параметров схем замещения элементов …………………………………....36 2.2.1. Параметры асинхронного двигателя…………………………………………………36 2.2.2. Параметры синхронного двигателя…………………………………………………..39 2.2.3. Параметры статической нагрузки…………………………………………………….40 2.2.4. Параметры трансформаторов…………………………………………………………41 2.2.5. Параметры линии электропередачи………………………………………………….42 2.2.6 Параметры синхронного генератора………………………………………………….43 Расчет сопротивления связи между шинами генераторного напряжения и шинами узла нагрузки ………………………………………………...44 Расчет номинального режима потребителей узла при напряжении узла 2.4.1. Расчет режима АД……………………………………………………………………..45 2.4.2. Расчет установившегося режима СД…………………………………………………47 2.4.3. Расчет режима статической нагрузки………………………………………………...49 2.5. Расчет суммарной мощности узла ……………………………………………………...49 2.6. Расчет режима питающей сети …………………………………………………………50 Расчет установившегося режима работы потребителей узла при пониженном напряжении узла Uy = 0, 9 o.e ……………………………………………………………54 2.7.1. Расчет режима АД…………………………………………………………………….54 2.7.2. Расчет установившегося режима СД…………………………………………………57 2.7.3. Расчет режима статической нагрузки………………………………………………...58 2.8. Расчет суммарной мощности узла ……………………………………………………...58 2.9. Расчет режима питающей сети …………………………………………………………60 3. Анализ режимов работы и характеристик СГ ( индивидуальное задание ) ……….63 3.1. Рассчитать и построить в одних координатных осях внешние характеристики Uг = f ( Iг )……………………………………………………………….63 3.2. Расчет внешней характеристики Uг = f ( Iг)……………………………………………..64 Библиографический список …………………………………………………………………67
Задание на курсовую работу Расчет и анализ установившихся режимов работы электрических машин: - изучение и описание конструкции электромагнитного ядра асинхронного двигателя, синхронных машин и трансформаторов; - определение параметров расчетной схемы по каталожным данным; - расчет установившегося режима узла и сети при номинальной нагрузке электрических двигателей и номинальном напряжении узла; - оценка влияния пониженного напряжения узла на режимы работы двигателей, сети и генератора; - анализ режимов и характеристик силовых элементов сети. Вариант задания №2 (4 академическая группа). Исходные данные Потребители узла нагрузки: 1) Асинхронный двигатель: Общее количество 2) Синхронный двигатель: Общее количество 3) Статическая нагрузка: Питающая сеть: 1) Трансформаторы Тр1 и Тр2: 2) Линия электропередачи: 3) Синхронный генератор: Введение В любой электрической системе основными силовыми элементами, участвующими в процессе преобразования энергии, являются электрические машины. Производство электрической энергии осуществляется синхронными генераторами на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях, или на автономных установках с дизельными двигателями и газовыми турбинами. Экономичная передача электрической энергии на большие расстояния возможна через воздушные и кабельные линии высокого напряжения. Этой цели, а также для последующего распределения энергии между отдельными группами потребителей служат повышающие и понижающие трансформаторы. Среди потребителей электрической энергии существенную долю составляет двигательная нагрузка, состоящая в основном из асинхронных двигателей. При большой протяженности линии электропередачи и слабой связи с системой, целесообразно использование синхронных двигателей, способствующих поддержанию постоянства напряжения в узле нагрузок путем регулирования реактивной мощности. Такую же роль выполняет и синхронный компенсатор, который устанавливают на крупных подстанциях с большими колебаниями напряжения. Оценку работы электрических машин можно дать на основе анализа установившихся режимов их работы. Влияние на работу электрических машин представляют параметры сети, например, протяженность линий электропередачи, и наоборот, влияние самих машин, изменение их режимов работы, на параметры сети. Рис. 1.1
Обмотку трансформатора, подключенную к сети с более высоким напряжением, называют обмоткой высшего напряжения (ВН); обмотку, присоединенную к сети меньшего напряжения, — обмоткой низшего напряжения (НH). Трансформаторы обладают свойством обратимости; один и тот же трансформатор можно использовать в качестве повышающего и понижающего. Но обычно трансформатор имеет определенное назначение: либо он является повышающим, либо понижающим. Трансформатор — это аппарат переменного тока. Если же его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то магнитный поток в магнитопроводе трансформатора также будет постоянным, как по величине, так и по направлению (d Ф/dt = 0). Поэтому и в обмотках трансформатора не будет наводиться Э.Д.С.
Рис. 1.2 Рис. 1.3 Броневые трансформаторы имеют разветвленный магнитопровод с одним стержнем и ярмами, частично прикрывающими («бронирующими») обмотки. Стержневая конструкция имеет наибольшее распространение, особенно в трансформаторах большой и средней мощности. Достоинства этой конструкции — простота изоляции обмоток, лучшие условия охлаждения, простота ремонта. Трехфазные трансформаторы обычно выполняют на магнитопроводе стержневого типа с тремя стержнями. В трансформаторах большой мощности применяют бронестержневую конструкцию магнитопровода, которая хотя и требует несколько повышенного расхода электротехнической стали, но позволяет уменьшить высоту магнитопровода (НВС < НС), а следовательно, и высоту трансформатора. Это имеет большое значение при его перевозке в собранном виде. По способу соединения стержней с ярмами различают магнитопроводы стыковые и шихтованные. В стыковых магнитопроводах стержни и ярма собирают раздельно, а затем соединяют посредством крепежных частей. Такая конструкция магнитопровода облегчает посадку обмоток на стержни, так как для этого достаточно снять только верхнее ярмо. Но при шихтовой сборке магнитопровода, когда листы (полосы) собирают «внахлестку», воздушный зазор в месте стыка стержней и ярмом может быть сделан минимальным, что значительно снизит магнитное сопротивление магнитопровода. Кроме того, механическая прочность шихтованного магнитопровода намного выше, чем стыкового. Все это привело к тому, что шихтованные магнитопроводы получили в России основное применение. Листы магнитопровода стягивают посредством шпилек и накладок (Рис.1.4), изолированных от листов изоляционными шайбами и трубками.
Рис. 1.4
В последнее время сборку листов (полос) магнитопровода в пакет выполняют наложением на стержни бандажа из стекловолокняной ленты. Форма поперечного сечения стержней зависит от мощности трансформатора: в небольших трансформаторах применяют стержни прямоугольного сечения, в трансформаторах средней и большой мощности —стержни ступенчатого сечения с числом ступеней, возрастающим с увеличением мощности трансформатора. Ступенчатое сечение стержней обеспечивает лучшее использование площади внутри обмотки, так как периметр ступенчатого стержня приближается к окружности. В трансформаторах большой мощности для улучшения теплоотдачи между пакетами стали магнитопровода устраивают вентиляционные каналы. Магнитопроводы трансформаторов малой мощности обычно изготовляют из узкой ленты холоднокатаной (текстурованной) стали путем навивки. Такая сталь имеет улучшенные магнитные свойства в направлении проката (по длине ленты), что позволяет уменьшить вес витого магнитопровода по сравнению с шихтованным. Обычно ленточные магнитопроводы делают сборными, собирают встык и стягивают специальными накладками (хомутами). Такая конструкция магнитопровода значительно упрощает сборку трансформатора. Обмотки трансформаторов выполняют из проводов круглого и прямоугольного сечения, изолированных кабельной бумагой. Обмотки бывают цилиндрические, располагаемые на стержнях концентрически, и дисковые, располагаемые на стержнях в чередующемся порядке. Магнитопровод трансформатора вместе с кожухом или баком заземляют, что обеспечивает безопасность обслуживания трансформатора в случае, если изоляция обмотки окажется пробитой. Возможны два варианта взаимного расположения обмоток на стержнях магнитопроводов: раздельное расположение (на одном стержне обмотка ВН, а на другом — НН) применяют весьма редко и только в высоковольтных трансформаторах, так как это создает лучшие условия для надежной изоляции обмотки ВН от обмотки НН; однако в этом случае наблюдается увеличение магнитного потока рассеяния. Наиболее распространено равномерное концентрическое расположение обмоток на всех стержнях магнитопровода, так как это обеспечивает малую величину магнитного потока рассеяния. При этом обычно ближе к стержню располагают обмотку НН, так как она требует меньшей электрической изоляции от стержня (заземленного), затем укладывают слой изоляции из картона или бумаги и обмотку ВН. В трансформаторах с масляным охлаждением магнитопровод с обмотками помещен в бак, наполненный трансформаторным маслом (Рис.1.5).
Рис. 1.5
Омывая обмотки и магнитопровод, трансформаторное масло отбирает от них тепло и, обладая более высокой теплопроводностью, чем воздух, через стенки бака и трубы радиатора отдает ее в окружающую среду. Наличие трансформаторного масла обеспечивает более надежную работу высоковольтных трансформаторов, так как электрическая прочность масла намного выше, чем воздуха. Масляное охлаждение интенсивнее воздушного, поэтому габариты и вес масляных трансформаторов меньше, чем у сухих трансформаторов такой же мощности. В трансформаторах мощностью до 20—30 кВ∙ А применяют баки с гладкими стенками. У более мощных трансформаторов для увеличения охлаждаемой поверхности стенки бака делают ребристыми или же применяют трубчатые баки. Масло, нагреваясь, поднимается сверх и, охлаждаясь, опускается вниз. При этом масло циркулирует в трубах, что способствует более быстрому его охлаждению. У трансформаторов классов напряжения 110 кВ и выше для охлаждения применяют радиаторы. Для компенсации объема масла при температуре кипения, а также для защиты масла трансформатора от окисления и увлажнения при контакте с воздухом, в трансформаторах применяют расширитель, представляющий собой цилиндрический сосуд, установленный на крышке бака и сообщающийся с ним (Рис. 1.6). Колебания уровня масла с изменением его температуры происходят не в баке, который всегда заполнен маслом, а в расширителе, сообщающемся с атмосферой.
Рис. 1.6
В процессе работы трансформаторов не исключена возможность возникновения в них явлений, сопровождающихся бурным выделением газов, что ведет к значительному увеличению давления внутри бака, поэтому во избежание повреждения баков, трансформаторы мощностью 1000 кВ∙ А и выше снабжают выхлопной трубой, которую устанавливают на крышке бака (Рис.4). Нижним концом труба сообщается с баком, а ее верхний конец заканчивается фланцем, на котором укреплен стеклянный диск. При давлении, превышающем безопасное для бака, стеклянный диск лопается и газы выходят наружу. Трансформаторы средней и большой мощности снабжены газовым реле. При возникновении в трансформаторе значительных повреждений, сопровождаемых обильным выделением газов (например, при коротком замыкании между витками обмоток), газовое реле срабатывает и замыкает контакты цепи управления выключателя, который отключает трансформатор от сети. Обмотки трансформатора с внешней цепью соединяют вводами, выполняемыми обычно из фарфора (Рис.1.7). К баку трансформатора прикреплен щиток, на котором указаны: — номинальная мощность — мощность на зажимах вторичной обмотки, кВ∙ А или МВ∙ А; — номинальное напряжение, В или кВ; — напряжение короткого замыкания, %; — ток холостого хода, %.
Рис. 1.7 Синхронный турбогенератор Рис. 2.1
Рис. 1.2.1
Характеристика короткого замыкания I1= f( If ) снимается при замыкании всех трёх фаз обмотки якоря накоротко (U1=0) и при номинальной частоте вращения п=п1= const. Опыт начинается с наибольшего тока I1=1, 2 Iн, постепенно снижаемого до нуля.
Характеристика короткого замыкания совместно с характеристикой холостого хода используется для определения полного индуктивного сопротивления якоря по продольной оси Внешние характеристики – это зависимость напряжения генератора от тока якоря U1= f( I1) при постоянных токе возбуждения, частоте вращения и угле нагрузки ( If=const, n=const, Регулировочные характеристики – это зависимость тока возбуждения от тока якоря If= f( I1) при постоянных напряжении генератора, частоте вращения и угле нагрузки ( U1=const, n=n1=const, Асинхронный двигатель Синхронный двигатель Рис. 1.4.1
В каждом пазу располагается только одна сторона катушки. Поэтому такая обмотка является однослойной. Число катушек на полюсном делении равно q f. Они соединяются последовательно, образуя полное число витков возбуждения:
где Неявнополюсную конструкцию ротора имеют быстроходные синхронные машины с 2р = 2 и 2р = 4. Частота вращения ротора таких машин при В машинах с
Рис. 1.4.2
соединяются последовательно, образуя полное число витков обмотки возбуждения: Для улучшения динамических свойств синхронной машины в полюсные наконечники помещают дополнительную короткозамкнутую обмотку (4), выполняемую аналогично короткозамкнутой обмотке асинхронной машины. Её называют успокоительной или демпферной.
Исходные данные Потребители узла нагрузки 1) Асинхронный двигатель: Общее количество 2) Синхронный двигатель: Общее количество 3) Статическая нагрузка:
Питающая сеть 1) Трансформаторы Тр1 и Тр2: 2) Линия электропередачи: 3) Синхронный генератор: Параметры трансформаторов 1) Электрические параметры, приведенные к ВН:
2) Базисные величины.
3) Электрические параметры трансформатора в о.е.;
Полная схема замещения Упрощенная схема замещения
Расчет режима АД Рассчитываем механическую характеристику
Расчет выполняем до
Результаты расчета сводим в таблицу
По полученным данным построим характеристику
Уточненное значение По уточненному значению
Потребляемая мощность двигателя из сети:
В именованных единицах для
Расчет режима питающей сети
1) Трансформатор Тр2
2) Линия электропередачи
3) Трансформатор Тр1
4) Синхронный генератор
Результаты расчета режима сети представим в виде диаграммы напряжений, потоков мощности (рис. 2.6.1) и векторной диаграммы (рис. 2.6.2).
Рис. 2.6.2 Диаграммы напряжений и потоков мощности
Рис. 2.6.1 Векторная диаграмма
2.7. Расчет установившегося режима работы потребителей узла при пониженном напряжении узла Uy = 0, 9 o.e. Расчет режима АД Рассчитываем механическую характеристику
Расчет выполняем до
Результаты расчета сводим в таблицу
По полученным данным построим характеристику
По
Потребляемая мощность двигателя из сети:
В именованных единицах для
Расчет режима питающей сети
1) Трансформатор Тр2
2) Линия электропередачи
3) Трансформатор Тр1
4) Синхронный генератор
Результаты расчета режима сети представим в виде диаграммы напряжений, потоков мощности (рис. 2.9.1) и векторной диаграммы (рис. 2.9.2).
Рис. 2.9.2 Диаграммы напряжений и потоков мощности
Рис. 2.9.1 Векторная диаграмма
Рис. 3.1
2)
Результаты расчета сведены в таблицу на Рис. 3.2
Рис. 3.2 По полученным результатам расчетов строим внешнюю характеристику СГ (Рис. 3.3)
Рис. 3.3
Библиографический список 1. Новиков Н.Н., Шутько В.Ф. Электрические машины –Учебное издание, 2005. 2. Новиков Н.Н., Расчет и анализ установившихся режимов работы электрических машин –Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Электромеханика», 2001. 3. Вольдек А.И. Электрические машины. -П.: Энергия, 1980. 4. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С, Электрические машины. - М.: Высш. шк., 1979.1987. 5. Копылов И.П. Электрические машины. -М.: Энергоатомиздат, 1986. 6. Кацман М.М. Электрические машины. -М.: Высш. шк., 1983. 7. Читечян В.И. Электрические машины: Сборник задач. -М.: Высш. шк., 1988. 8. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./Под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. -М: Энергоатомиздат, 1989. 9. Рябуха В.И. Электрические машины. Общие вопросы теории машин переменного тока. ( Сборник задач с ответами ) -СПб.: СЗПИ, 1994.
РАСЧЕТ И АНАЛИЗ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
КУРСОВАЯ РАБОТА
Пояснительная записка
Руководитель: |
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-17; Просмотров: 438; Нарушение авторского права страницы
…………………………………………………………………………45
, 
, 
, 
2, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, схема 
, 
, 
, 
, двухцепная.
, 
, 
, схема 
.
=const). Внешние характеристики показывают, как изменяется напряжение генератора при увеличении нагрузки с заданным 
, если ток возбуждения остается неизменным.
- число витков в катушке.
соответственно равна 3000 и 1500 об/мин.
ротор имеет явнополюсную конструкцию (Рис. 4.2). Обмотка возбуждения таких машин выполняется сосредоточенной в виде катушек (1) и размещается на сердечниках полюсов (2). Для закрепления катушек на полюсах используются полюсные наконечники (3). Все катушки
, где
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
и 
, которому соответствует максимальный момент
, следовательно, значение 
необходимо уточнить
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
, следовательно, значение 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
