Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Инженерно-производственный центр «Учебная техника»



Инженерно-производственный центр «Учебная техника»

Автоматика
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ


Руководство по выполнению базовых экспериментов

АЭ.001 РБЭ (9 22 )


Карпеш М.А., Сенигов П.Н. Автоматика электроэнергетических систем. Руководство по выполнению базовых экспериментов. AЭ.001 РБЭ (922). - Челябинск: Иженерно-производственный центр «Учебная техника», 2006. - 217 с.

Представлены общие сведения о различных видах автоматики, перечни используемой при выполнении базовых экспериментов аппаратуры, электрические схемы соединений и их описания, а также указания по проведению базовых экспериментов и их результаты.

Руководство предназначено для использования при подготовке к проведению лабораторных занятий по дисциплине «Автоматика электрических систем» со студентами и учащимися, обучающимися в высших и средних профессиональных образовательных учреждениях, а также на курсах повышения квалификации электротехнического персонала предприятий и организаций.

 

 

Ó ИПЦ «Учебная техника», 2006


Содержание

 

Введение 5

Перечень аппаратуры, используемой в экспериментах_ 7

Описание и технические характеристики электромашинных агрегатов 8

Описание и технические характеристики функциональных блоков 11

Электрическая схема соединений тепловой защиты машины переменного тока_ 14

Подготовка и проведение измерений с помощью электронного мультиметра_ 15

Порядок работы с оригинальными программными продуктами_ 16

1. Автоматика нормальных режимов электроэнергетических систем_ 19

1.1. Автоматическое управление включением синхронного генератора на параллельную работу с системой бесконечной мощности_ 20

1.1.1. Автоматическое управление включением синхронного генератора на параллельную работу по способу самосинхронизации_ 21

1.1.2. Автоматическое управление включением синхронного генератора на параллельную работу по способу точной синхронизации_ 30

1.2. Автоматическое регулирование частоты и активной мощности_ 39

1.2.1. Автоматическое регулирование частоты автономной
электрической системы_ 40

1.2.2. Автоматическое регулирование активной мощности синхронного генератора, работающего параллельно с электрической системой
бесконечной мощности_ 48

1.3. Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности_ 56

1.3.1. Автоматическое регулирование напряжения изменением возбуждения
синхронного генератора______________________________________________ 57

1.3.2. Автоматическое регулирование напряжения изменением реактивной мощности статического тиристорного компенсатора 65

1.4. Автоматическое управление режимом электрической системы_ 72

1.4.1. Автоматическое управление режимом одномашинной
автономной электрической системы_ 73

1.4.2. Автоматическое управление режимом одномашинной электрической системы, работающей параллельно с электрической системой
бесконечной мощности_ 81

2. Противоаварийная автоматика электроэнергетических систем_ 90

2.1. Автоматика отключения коротких замыканий, повторного и резервного включений 91

2.1.1. Автоматическое отключение короткого замыкания на линии электропередачи с односторонним питанием_ 92

2.1.2. Автоматическое повторное включение линии электропередачи
с односторонним питанием_ 100

2.1.3. Автоматическое повторное включение линии электропередачи
с двусторонним питанием_ 108

2.1.4. Автоматическое резервное включение секционного выключателя
 понизительной подстанции_ 115

2.2. Автоматика предотвращения нарушения устойчивости_ 122

2.2.1. Автоматическое предотвращение нарушения динамической устойчивости быстродействующим отключением короткого замыкания 123

2.2.2. Автоматическое предотвращение нарушения динамической устойчивости форсированием возбуждения синхронного генератора 131

2.2.3. Автоматическое предотвращение нарушения динамической устойчивости быстродействующим кратковременным снижением мощности
синхронного генератора 139

2.2.4. Автоматическое предотвращение нарушения динамической устойчивости электрическим торможением синхронного генератора 147

2.3. Автоматика прекращения асинхронного режима_ 155

2.3.1. Автоматическое прекращение асинхронного режима, вызванного
перегрузкой линии электропередачи_ 156

2.3.2. Автоматическое прекращение асинхронного режима, вызванного потерей возбуждения синхронного генератора 165

2.4. Автоматика предотвращения недопустимых изменений
режимных параметров_ 174

2.4.1. Автоматическое ограничение снижения напряжения включением устройства продольной емкостной компенсации линии электропередачи_ 175

2.4.2. Автоматическое ограничение повышения напряжения включением шунтирующего реактора на конце линии электропередачи_ 182



2.4.3. Автоматическое ограничение снижения частоты в электрической системе отключениями нагрузки_ 189

Приложение. Примеры результатов экспериментов 197

 
















Введение

 

В настоящем Руководстве описаны базовые эксперименты, выполняемые на учебном программно-методическом комплексе «Автоматика электрических систем» на базе комплекта типового лабораторного оборудования «Модель одномашинной электрической системы с узлом комплексной нагрузки». В ходе их воспроизводится работа различных видов автоматики с одновременной регистрацией параметров электромагнитных и электромеханических процессов в объектах электрической системы.

Учебный программно-методический комплекс предназначен для проведения лабораторных работ по профилирующим дисциплинам следующих специальностей вузов:

 

· 071600 – Высоковольтные электроэнергетика и электротехника;

· 100100 – Электрические станции;

· 100200 – Электроэнергетические системы и сети;

· 100400 – Электроснабжение;

· 100900 – Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии;

· 311400 – Электрификация и автоматизация сельского хозяйства;

· 210400 – Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем.

 

Комплекс также может быть использован в техникумах электроэнергетического профиля, на семинарах и курсах повышения квалификации электротехнического  персонала предприятий и организаций.

Аппаратная часть комплекса выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит:

· спроектированные с учебными целями натурные аналоги элементов электрической системы;

· источники питания;

· измерительные преобразователи и приборы;

· IBM-совместимый персональный компьютер с встроенной платой ввода/вывода информации фирмы National Instruments;

· составной лабораторный стол с встроенными контейнерами для хранения проводников и методических материалов, рамами для установки необходимых в эксперименте функциональных блоков, выкатной полкой для клавиатуры компьютера и подставкой для системного блока последнего.

 

Питание модели осуществляется от трехфазной электрической сети напряжением 380 В с нейтральным и защитным проводниками.

 

Потребляемая мощность В×А, не более…………………………...    1000

Габариты (длина/ ширина / высота), мм………………………..       3650´900´1600

Масса, кг, не более………………………………………………..      300

 

Программная часть комплекса включает:

· программную среду персонального компьютера (Windows XP);

· комплект специальных программ на языке Delphi 6.

 

Методическая часть комплекса включает настоящее руководство как комплект материалов для подготовки к проведению лабораторных работ.

 

Программно-методическому комплексу «Автоматика электроэнергетических систем» присущи следующие качества.

УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ, которая выражается в возможности воспроизведения не только базовых экспериментов, но и более широкого круга задач моделирования релейной защиты с использованием существующего программного обеспечения.

ГИБКОСТЬ, которая обеспечивается возможностью компоновки требуемой конфигурации комплекса сообразно с задачами каждого конкретного эксперимента.

НАГЛЯДНОСТЬ результатов моделирования, которая обеспечивается их отображением на мониторе компьютера.

НАДЁЖНОСТЬ, достигаемая за счет малой мощности силовых элементов, защитой электрических цепей от эксплуатационных коротких замыканий и неумелого обращения.

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ, которая обеспечена выполнением элементов классом защиты от поражения электрическим током 01 и I, а также применением устройства защитного отключения.

КОМПАКТНОСТЬ, которая обеспечена малой установленной мощностью элементов и использованием только требуемых для данного эксперимента блоков и приборов.

СОВРЕМЕННЫЙ ДИЗАЙН комплекса с учетом требований эргономики, инженерной психологии и эстетики.

 

На комплексе может активно работать бригада из 2-3 студентов.



Таблица 1

 

Тип

 aаппаратуры

Номер эксперимента

1.1.1 1.1.2 1.2.1 1.2.2 1.3.1 1.3.2 1.4.1 1.4.2 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3.1 2.3.2 2.4.1 2.4.2 2.4.3
101.2 1 1 2 1 1   2 1         1 1 1 1 1 1     2
102.1 1 1 1 1 1   1 1       1 1 1 1 1 1 1     1
104 1 1 2 1 1   2 1       1 1 1 1 1 1 1     2
106     1       1                           1
201.2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
206.1 1 1 1 1 1   1 1         1 1 1 1 1 1     1
207.2           1                              
209.2 1 1 1 1 1   1 1         1 1 1 1 1 1     1
214.1     1       1                           1
301.1 2 1 1 1 2 1 1 1 4 3 4 3 3 3 3 4 1 2 3 2 1
304 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
306.1     1     1 1   1 1 1 1       1     1 1  
313.2 1 1   1 2 1   1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1  
314.2                 1       1 1 1 1          
315.2                                     1    
317.2           1                              
319 1 1   1       1         1 1 1 1 1 1      
324.2         1 1     1                     1  
330 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
331 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
347.1 1 1   1 1 1   1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1  
347.2 1 1   1 1     1         1 1 1 1 1 1      
401.1 1 1 1 1 1   1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
402.3       1   1               1 1   1 1      
504.2 1 1 1 1     1 1         1 1 1 1 1 1     1
505.2       1                 1 1 1 1 1 1      
506.2 1 1 2 1 1   2 1       1 1 1 1 1 1 1     2
507.2     1 1 1   1 1         1 1 1 1 1 1     1
550 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

 

 



Таблица 2

Машина постоянного тока (тип 101.2)  
Номинальная мощность, Вт 90
Номинальное напряжение якоря, В 220
Номинальный ток якоря, А 0,56
Номинальная частота вращения, мин–1 1500
Возбуждение Независимое /параллельное/ последовательное
Номинальное напряжение возбуждения, В 220
Номинальный ток обмотки возбуждения, А 0,2
КПД, % 57,2
Направление вращения любое
Режим работы двигательный/генераторный
   
Машина переменного тока (тип 102.1)  
Число фаз на статоре 3
Число фаз на роторе 3
   
Как синхронная машина  
Номинальная активная мощность, Вт 100
Номинальное напряжение, В 230
Схема соединения обмоток статора
cos jH 1
Номинальный ток статора, А 0,26
Ток возбуждения холостого хода, А 1,6
Номинальное напряжение возбуждения, В 22
Номинальный ток возбуждения, А 1,85
Направление вращения любое
Номинальная частота вращения, мин–1 1500
   
Как асинхронная машина  
Частота тока, Гц 50
Номинальная полезная активная мощность, Вт 30
Номинальное напряжение, В 127
Схема соединения обмотки статора
Схема соединения обмотки ротора Y
Номинальный ток статора, А 0,35
КПД, % 36
cos jH 0,73
Номинальная частота вращения, мин–1 1250
   
Маховик  
Момент инерции, н×м×с2 0,032
Масса, кг, не более 7
   
Преобразователь угловых перемещений (тип 104)  
Модель ВЕ 178А
Количество выходных каналов 6
Выходные сигналы серия импульсов и опорный импульс
Число импульсов за оборот в серии 2500
Диапазон изменения рабочих частот вращения вала, мин-1 0..6000

 

 

Электромашинный агрегат (тип 100.3) предназначен для электромеханического преобразования энергии постоянного или переменного тока, получения сигналов, определяющих частоту вращения и угловое положение подвижных частей агрегата. Он включает сочлененные между собой и установленные на едином основании машину постоянного тока, классический асинхронный двигатель переменного тока, маховик и преобразователь угловых перемещений.

Концы обмоток машин выведены через гнезда на терминальные панели, прикрепленные к их корпусам.

Таблица 3

Машина постоянного тока (тип 101.2)  
Номинальная мощность, Вт 90
Номинальное напряжение якоря, В 220
Номинальный ток якоря, А 0,56
Номинальная частота вращения, мин–1 1500
Возбуждение Независимое /параллельное/ последовательное
Номинальное напряжение возбуждения, В 220
Номинальный ток обмотки возбуждения, А 0,2
КПД, % 57,2
Направление вращения любое
Режим работы двигательный/генераторный
   
Асинхронный двигатель (тип 106)  
Число фаз на статоре 3
Схема соединения обмоток статора
Частота тока, Гц 50
Номинальная полезная активная мощность, Вт 120
Номинальное напряжение, В 220/380
Номинальный ток статора, А 0,73 / 0,42
КПД, % 63
cos jH 0,66
Номинальная частота вращения, мин–1 1350
   
Маховик  
Момент инерции, н×м×с2 0,009
Масса, кг, не более 7
   
Преобразователь угловых перемещений (тип 104)  
Модель ВЕ 178А
Количество выходных каналов 6
Выходные сигналы серия импульсов и опорный импульс
Число импульсов за оборот в серии 2500
Диапазон изменения рабочих частот вращения вала, мин-1 0..6000


Таблица 4

Наименование и описание Параметры Тип  Ширина, мм
1 2 3 4
Трехфазный источник питания Предназначен для питания комплекса трехфазным переменным напряжением. Включается вручную. Имеет защиту от перегрузок, устройство защитного отключения, кнопку аварийного отключения и ключ от несанкционированного включения. 400 В ~; 16 А Ток срабатывания УЗО - 30 mA 201.2 285
Источник питания двигателя постоянного тока Предназначен для питания обмоток якоря и возбуждения постоянным током. Включается вручную или дистанционно / автоматически от ПЭВМ. Якорное напряжение регулируется вручную или дистанционно. Напряжение возбуждения постоянное. Цепь якоря 0…250 В -; 3 А Цепь возбуждения 200 В -; 1 А 206.1 285
Тиристорный преобразователь / регулятор Предназначен для регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока (режим преобразователя) и трехфазного асинхронного двигателя (режим регулятора). Преобразует трехфазное напряжение синусоидального тока в напряжение постоянного тока, а также в трехфазное напряжение переменной величины. Выходное напряжение регулируется вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ). 3´400 В ~; 2 А 207.2 285  
Возбудитель синхронной машины Предназначен для питания обмотки возбуждения. Включается и регулируется вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ). Выходные цепи изолированы от входных. 0…40 В -; 3,5 А 209.2 285
Источник постоянного напряжения Предназначен для питания обмоток якоря и возбуждения постоянным током. Включается вручную или дистанционно / автоматически от ПЭВМ. Выходное напряжение регулируется вручную или дистанционно (от ПЭВМ). 0…125 В -; 3 А 214.1 285
Трехполюсный выключатель Предназначен для ручного или дистанционного / автоматического (от ПЭВМ) включения / отключения электрических цепей. 400 В ~; 10 А 301.1 95
Терминал Предназначен для обеспечения удобного доступа к входам / выходам управления функциональных блоков. 6 розеток с 8 контактами; 6´8 гнезд 304 95


Продолжение таблицы 4

1 2 3 4
Активная нагрузка Предназначена для моделирования однофазных и трехфазных потребителей активной мощности. Регулируется вручную. 220/380 В; 50Гц; 3´0…50 Вт; 306.1 285
Модель линии электропередачи Предназначена для моделирования ЛЭП переменного тока как цепи с сосредоточенными параметрами 400 В~; 3х0,5 А 0…1,5 Гн/ 0…50 Ом 0…2´0,45 мкФ 0…250 Ом 313.2 285
Линейный реактор Предназначен для моделирования продольной индуктивности электрической сети 220/380 В; 50 Гц; 0,5 А; 0,3 Гн/ 10 Ом 314.2 95
Устройство продольной емкостной компенсации Предназначено для моделирования продольной емкостной компенсации ЛЭП 400 В; 50 Гц; 0,5 А; Емкость на фазу 2´16 мкФ 315.2 95
Емкостная нагрузка Предназначена для моделирования опережающей реактивной мощности в электрической системе 220/380 В; 50 Гц; 3´40 Вар 317.2 285
Блок синхронизации Предназначен для ручного или дистанционного/автоматического подключения (от ПЭВМ) синхронной машины к сети методами точной синхронизации или самосинхронизации. 400 В ~; 10 А 3 индикаторные лампы; синхроноскоп 319 285
Индуктивная нагрузка Предназначена для моделирования потребителя отстающей реактивной мощности в электрической системе 220/380 В; 50Гц; 3х40 Вар 324.2 285
Коннектор Предназначен для обеспечения удобного доступа к входам / выходам платы ввода/вывода PCI 6024E персонального компьютера. 8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/выходов 330 285
Блок ввода /вывода цифровых сигналов Предназначен для ввода сигналов типа «сухой контакт» и вывода сигналов через контакты промежуточного реле 8 входов типа «сухой контакт»; 8 релейных выходов 331 95
Трехфазная трансформаторная группа Предназначена для преобразования однофазного / трехфазного напряжений. 3 х 80 В×А; 230 (звезда) / 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 В 347.1 285
Трехфазная трансформаторная группа Предназначена для преобразования однофазного / трехфазного напряжений. 3 х 80 В×А; 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 / 230 В (треугольник) 347.2 285

Продолжение таблицы 4

1 2 3 4
Блок измерительных трансформаторов тока и напряжения Предназначен для получения нормированных сигналов, пропорциональных синусоидальным напряжениям и токам в силовых цепях. 3 трансформатора напряжения 600 / 3 В; 3 трансформатора тока 0,3 А / 3 В 401.1 142,5
Блок датчиков тока и напряжения Предназначен для получения нормированных электрических сигналов, пропорциональных напряжениям и токам в контролируемых силовых цепях постоянного и переменного тока, и гальванически с последними не связанных. 3 измерительных преобразователя «ток – напряжение» (5 А/1 А)/5 В; 3 измерительных преобразователя «напряжение - напряжение» (1000 В/100 В) /5 В 402.3 142,5
Блок мультиметров Предназначен для измерения токов, напряжений, активного сопротивления. В состав блока входят два цифровых мультиметра с жидкокристаллическим дисплеем. 0…1000 В ; 0…10 А ; 0…20 Мом 509.2 190
Измеритель напряжений и частот Предназначен для измерения переменных напряжений и частот. 2 вольтметра 0…500 В ~ 2 частотомера 45…55 Гц; 220 В ~ 504.2 285
Указатель угла нагрузки синхронной машины Предназначен для измерения и отображения в аналоговой форме угла нагрузки синхронной машины. Имеет выходные гнёзда для подключения к ПЭВМ. -180°…0…180° 505.2 142,5
Указатель частоты вращения Предназначен для отображения частоты вращения электрических машин в аналоговой форме. Имеет выходные гнёзда для подключения к ПЭВМ. 2000…0…2000 мин-1 506.2 142,5
Измеритель мощностей Предназначен для измерения активной и реактивной мощностей и отображения их в аналоговой форме. 15; 60; 150; 300; 600 В, 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А. 507.2 285
Персональный компьютер Предназначен для автоматического управления лабораторным комплексом и отображения информации о нем. IBM-совместимый Windows XP, плата PCI 6024E 550


Подготовка и проведение измерений с помощью электронного мультиметра

 

Для измерения трех базовых электрических величин (напряжения, тока и омического сопротивления) используется мультиметр. До его подключения к цепи необходимо выполнить следующие операции:

- установка рода тока (постоянный/переменный);

- выбор диапазона измерений соответственно ожидаемому результату измерений;

- правильное подсоединение зажимов мультиметра к измеряемой цепи.

 

 

Продолжение таблицы

А13 Персональный компьютер 550 IBM совместимый, Windows 95-XP, монитор, мышь, клавиатура, плата сбора информации PCI 6024E
G1 Трехфазный источник питания 201.2 400 В ~; 16 А
G2 Источник питания двигателя постоянного тока 206.1 Цепь якоря 0…250 В -; 3 А Цепь возбуждения 200 В -; 1 А
G3 Возбудитель синхронной машины 209.2 0…40 В -; 3,5 А
G4 Машина переменного тока 102.1 100 Вт / ~ 230 В / 1500 мин-1
G5 Преобразователь угловых перемещений 104 6 вых. каналов / 2500 импульсов за оборот
M1 Машина постоянного тока 101.2 90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,25 А (возбуждение)

 

Указания по проведению эксперимента

 

· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

· Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

· Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.

· Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте, сетевыми шнурами с розетками удлинителя.

· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

· Переключатели номинальных фазных напряжений трехфазных трансформаторных групп А2 и А4 установите соответственно равными 220 и 230 В. Параметры линии электропередачи А3 установите следующими: R = 50 Ом, L/RL = 0,9 Гн/ 24 Ом,
С1=С2=0 мкФ.

· Переключатели режимов работы трехполюсных выключателей А1 и А7, источника G2 питания двигателя постоянного тока, возбудителя G3 синхронной машины установите в положение «РУЧН.». Тумблеры делителей напряжения коннектора А12 установите в положение «1:1». Тумблер выбора режима работы общей точки аналоговых входов коннектора А12 установите в положение «AIGND». Тумблеры выбора режима работы цифровых входов выходов блока А11 ввода-вывода цифровых сигналов установите в положение «выход» (тумблер вниз) для контактов DIO0…DIO3, в положение «вход» (тумблер вверх) для контактов DIO4…DIO7.

· Включите выключатели «СЕТЬ» трехполюсных выключателей А1 и А7, источника G2 питания двигателя постоянного тока, возбудителя G3 синхронной машины, указателя А8 частоты вращения, блока А5 синхронизации.

· Включите источник G1. О наличии напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся светодиоды.

· Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А13 и запустите программу «Самосинхронизация».

· Включите выключатели A1 и А7 нажатием на кнопки «ВКЛ.» на их передних панелях.

· Запустите сбор данных в ручном режиме, нажав для этого виртуальную кнопку «Запустить»  или выбрав соответствующий пункт в меню «Действия».

· Наблюдая изменения параметров генератора и сети по виртуальному графопостроителю программы, убедитесь, что синхронный генератор G4 синфазен с сетью, а также установите необходимое напряжение возбуждения. Для этого выполните следующие действия:

- Нажмите на кнопку «ВКЛ.» источника G2.

- Вращая регулировочную рукоятку источника G2, установите частоту вращения двигателя М1 (генератора G4) 1500 мин–1.

- Нажмите на кнопку «ВКЛ.» возбудителя G3.

- Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, установите напряжение между фазами (линейное) генератора G4 равным линейному напряжению сети. Равенство напряжений и частот генератора и сети определяйте по измерителю А6.

- Обеспечьте условия синхронизации согласно табл. 4.

· Остановите сбор данных, нажав для этого виртуальную кнопку «Остановить»  или выбрав соответствующий пункт из меню «Действия».

· Остановите силовой агрегат, выполнив следующие действия:

- Снимите возбуждение с генератора G4 нажатием на кнопку «ОТКЛ» трехполюсного выключателя А7.

- Вращая регулировочную рукоятку источника G2 против часовой стрелки до упора, остановите силовой агрегат. Отключите источник G2 нажатием на кнопку «ОТКЛ.»

· Переключатели режима работы блока А5 синхронизации, трехполюсного выключателя А7, источника G2 питания двигателя постоянного тока установите в положение «АВТ.».

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока ввода-вывода цифровых сигналов.

· Выберите автоматический режим синхронизации генератора, нажав для этого соответствующую виртуальную кнопку  на экране компьютера.

· Задайте уставки управления процессом самосинхронизации, нажав на виртуальную кнопку . Например, оставьте уставки, заданные по умолчанию.

· Нажмите на виртуальную кнопку программы «Запустить». Генератор должен разогнаться, подключиться к сети, возбудиться, поработать несколько секунд, отключится от сети и остановиться.

· Нажмите на виртуальную кнопку программы «Отобразить записанный процесс» . На экране графопостроителя появятся зависимости записанных режимных параметров от времени. Проанализируйте их.

· Измените параметры схемы и/или уставки управления программы. Повторите эксперимент. Проанализируйте изменение получившихся графиков параметров процесса. Сделайте выводы.

· При работе с программой следует пользоваться её возможностями:

- Для удобства определения значений величин по графикам на экране отображаются текущие координаты указателя мыши.

- На экране отображаются состояния выключателя А7 и выключателя в блоке А5 синхронизации.

- На экране отображается последовательность процесса самосинхронизации.

- Масштабирование осциллограмм производится путем нажатия на графике левой клавиши мыши и, не отпуская ее, перемещения манипулятора слева направо и сверху вниз. Возврат к начальному масштабу осуществляется обратным перемещением манипулятора – справа налево и снизу вверх.

- Двигать график осциллограмм относительно осей координат можно путем нажатия и удержания на соответствующем объекте правой кнопки мыши и ее одновременного перемещения в нужную сторону.

- Запись процессов производится программой в циклический буфер. Менять его параметры можно на вкладке «Запись процессов» в окне уставок управления.

- Включение генератора в сеть происходит в момент времени примерно равный t = 0 (по графику записанных осциллограмм).

· По завершении экспериментов отключите источник G1 и выключатели «СЕТЬ» блоков А1, А5, А7, А8, А11, G2, G3. Закройте программу «Самосинхронизация».





Таблица 4

 

Условия выполнения синхронизации

 

Условие Средство контроля Критерий выполнения условия Критерий не выполнения условия Рекомендации по выполнению условия
Равенство напряжений синхронного генератора и сети Вольтметры со стороны синхронного генератора и сети Напряжения со стороны синхронного генератора и сети равны Напряжения со стороны синхронного генератора и сети неравны Регулировать напряжения возбуждения синхронного генератора до момента выравнивания напряжений со стороны синхронного генератора и сети
Одинаковый порядок чередования фаз напряжений синхронного генератора и сети Лампы в разрывах фаз Лампы в фазах периодически одновременно загораются и гаснут (частоты напряжений не равны); горят (напряжения в противофазе); не горят (напряжения синфазные) Лампы в фазах периодически неодновременно загораются и гаснут, создавая эффект “кругового огня” Переключить любые две фазы синхронного генератора
Равенство частот синхронного генератора и сети Синхроноскоп Стрелка синхроноскопа неподвижна. Стрелка синхроноскопа вращается Регулировать частоту вращения синхронного генератора
Синфазность напряжений синхронного генератора и сети Синхроноскоп Стрелка синхроноскопа располагается вертикально напротив риски Стрелка синхроноскопа отклонена от вертикального положения Регулировать частоту вращения синхронного генератора

 


1.1.2. Автоматическое управление включением синхронного генератора
 на параллельную работу по способу точной синхронизации

 

- Общие сведения

- Электрическая схема соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента


Общие сведения

 

При точной синхронизации генератор включается в возбужденном состоянии при ЭДС холостого хода, практически равной напряжению на шинах электростанции (при блочной схеме определяемому с учетом трансформатора). Выключатель синхронного генератора включается при весьма малом скольжении в момент совпадения по фазе ЭДС генератора и напряжения на шинах электростанции. После небольших затухающих качаний ротора генератор входит в синхронный режим работы.

Обеспечение совпадения векторов напряжения сети и ЭДС генератора в момент включения выключателя достигается упреждающим включением привода при наличии уменьшающегося угла сдвига фаз с таким расчетом, чтобы за время действия привода угол сдвига фаз уменьшился до нуля. Операция выбора момента включения привода выключателя является основной и крайне ответственной, что и обусловило исторически раннюю автоматизацию включения синхронных генераторов на параллельную работу.

Автоматические устройства точной синхронизации синхронных генераторов состоят из трех частей, обеспечивающих три условия точной синхронизации: равенство амплитуд ЭДС генератора и напряжения на шинах электростанции, близость к синхронной частоты вращения генератора и совпадение по фазе указанных ЭДС и напряжений в момент включения (замыкания контактов) выключателя синхронного генератора. Такие устройства соответственно называются уравнителем амплитуд напряжения, уравнителем частот и автоматическим синхронизатором.

Автоматический синхронизатор обеспечивает выполнение наиболее ответственной операции точной синхронизации по обеспечению совпадения по фазе ЭДС генератора и напряжения на шинах электростанции в момент включения выключателя генератора. Он выдает управляющее воздействие на включение привода выключателя с опережением момента времени совпадения находящихся в относительном вращении векторов вышеупомянутых величин, т.е. при наличии между ними уменьшающегося угла сдвига по фазе – угла опережения.

Исторически первые автоматические синхронизаторы определяли заданный неизменный угол опережения и назывались автоматическими синхронизаторами с постоянным углом опережения. Однако угол опережения при постоянном времени включения выключателя должен быть переменным, зависящим от характера и параметров относительного движения двух указанных выше векторов. Поэтому современные автоматические синхронизаторы определяют момент включения выключателя таким образом, чтобы не угол, а время опережения оставалось постоянным.

 

В данном эксперименте имеется генератор, который автоматически разгоняется до подсинхронной частоты, возбуждается и включается на параллельную работу с помощью виртуального устройства автоматической точной синхронизации, смоделированного на компьютере специальной программой. В программе можно задать скольжение, при котором будет производиться синхронизация, разность напряжений между генератором и сетью, режим работы синхронизатора (с постоянным углом или с постоянным временем опережения включения), угол и/или время опережения и некоторые другие параметры. Также можно установить время задержки с момента подачи сигнала на включение выключателя до собственно его включения, моделируя тем самым времена включения реальных выключателей. При этом необходимо учитывать, что собственное время включения выключателей, входящих в состав стенда, составляет примерно 0,02…0,035 секунды.

 



Перечень аппаратуры

 

Обозначение Наименование Тип Параметры
А1 Трехполюсный выключатель 301.1 400 В ~; 10 А
A2 Трехфазная трансформаторная группа 347.1 3 х 80 В×А; 230 (звезда) / 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 В
А3 Модель линии электропередачи 313.2 400 В ~; 3 ´ 0,5 А
A4 Трехфазная трансформаторная группа 347.2 3 х 80 В×А; 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 / 230 В (треугольник)
A5 Блок синхронизации 319 400 В ~; 10 А 3 индикаторные лампы; синхроноскоп
А6 Измеритель напряжений и частот 504.2 2 вольтметра 0…500 В ~ 2 частотомера 45…55 Гц; 220 В ~
А7 Указатель частоты вращения 506.2 2000…0…2000 мин-1
А8 Блок измерительных трансформаторов  тока и напряжения 401.1 600 В / 3 В (тр-р напряж.) 0,3 А / 3 В (тр-р тока)
А9 Терминал 304 6 розеток с 8 контактами; 6´8 гнезд
А10 Блок ввода-вывода цифровых сигналов 331 8 входов типа «сухой контакт»; 8 релейных выходов
А11 Коннектор 330 8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/  выходов






Продолжение таблицы

А12 Персональный компьютер 550 IBM совместимый, Windows 95-XP, монитор, мышь, клавиатура, плата сбора информации PCI 6024E
G1 Трехфазный источник питания 201.2 400 В ~; 16 А
G2 Источник питания двигателя постоянного тока 206.1 Цепь якоря 0…250 В -; 3 А Цепь возбуждения 200 В -; 1 А
G3 Возбудитель синхронной машины 209.2 0…40 В -; 3,5 А
G4 Машина переменного тока 102.1 100 Вт / ~ 230 В / 1500 мин-1
G5 Преобразователь угловых перемещений 104 6 вых. каналов / 2500 импульсов за оборот
M1 Машина постоянного тока 101.2 90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,25 А (возбуждение)

 

Указания по проведению эксперимента

 

· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

· Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

· Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.

· Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте, сетевыми шнурами с розетками удлинителя.

· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

· Переключатели номинальных фазных напряжений трехфазных трансформаторных групп А2 и А4 установите соответственно равными 220 и 230 В. Параметры линии электропередачи А3 установите следующими: R = 50 Ом, L/RL = 0,9 Гн / 24 Ом,
С1=С2=0 мкФ.

· Переключатели режимов работы трехполюсного выключателя А1, источника G2 питания двигателя постоянного тока, возбудителя G3 синхронной машины, блока синхронизации А5 установите в положение «РУЧН.». Тумблеры делителей напряжения коннектора А11 установите в положение «1:1». Тумблер выбора режима работы общей точки аналоговых входов коннектора А11 установите в положение «AIGND». Тумблеры выбора режима работы цифровых входов/выходов блока А10 ввода-вывода цифровых сигналов установите в положение «выход» (тумблер вниз) для контактов DIO0…DIO3, в положение «вход» (тумблер вверх) для контактов DIO4…DIO7.

· Включите выключатели «СЕТЬ» трехполюсного выключателя А1, источника G2 питания двигателя постоянного тока, возбудителя G3 синхронной машины, указателя А7 частоты вращения, блока А5 синхронизации.

· Включите источник G1. О наличии напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся светодиоды.

· Включите выключатель A1 нажатием на кнопку «ВКЛ.» на его передней панели.

· Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А12 и запустите программу «Точная синхронизация».

· Запустите сбор данных в ручном режиме, нажав для этого виртуальную кнопку «Запустить»  или выбрав соответствующий пункт в меню «Действия».

· Наблюдая изменения параметров генератора и сети по виртуальному графопостроителю программы, включите генератор на параллельную работу с сетью методом точной синхронизации. Для этого выполните следующие действия:

- Включите источник G2, нажав на кнопку «ВКЛ.» на его передней панели. Вращая регулировочную рукоятку источника G2, установите частоту вращения двигателя М1 (генератора G4) 1500 мин–1.

- Включите возбудитель G3, нажав на кнопку «ВКЛ.» на его передней панели. Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, установите напряжение между фазами (линейное) генератора G4 равным линейному напряжению сети. Равенство напряжений и частот генератора и сети определяйте по измерителю А6.

- Обеспечьте условия синхронизации согласно табл. 4. (см. эксперимент 1.1.1) и подключите генератор к сети нажатием на кнопку «ВКЛ.» блока А5 синхронизации.

· Остановите сбор данных, нажав для этого виртуальную кнопку «Остановить»  или выбрав соответствующий пункт из меню «Действия».

· Остановите силовой агрегат, выполнив следующие действия:

- Отключите генератор от сети, нажав для этого кнопку «ОТКЛ.» блока А5 синхронизации.

- Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, снимите возбуждение с генератора G4. Отключите возбудитель G3 нажатием на кнопку «ОТКЛ.» на его передней панели.

- Вращая регулировочную рукоятку источника G2 против часовой стрелки до упора, остановите двигатель М1 (генератор G4). Отключите источник G2 нажатием на кнопку «ОТКЛ.» на его передней панели.

· Переключатели режима работы блока А5 синхронизации, источника G2 питания двигателя постоянного тока, возбудителя G3 синхронной машины установите в положение «АВТ.».

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока ввода-вывода цифровых сигналов.

· Выберите автоматический режим синхронизации генератора, нажав для этого соответствующую виртуальную кнопку  на экране компьютера.

· Задайте уставки управления  процессом точной синхронизации. Например, оставьте уставки, заданные по умолчанию.

· Нажмите на виртуальную кнопку программы «Запустить» . Генератор должен разогнаться, возбудиться, подключиться к сети, поработать несколько секунд, отключится от сети и остановиться.

· Нажмите на виртуальную кнопку программы «Отобразить записанный процесс» . На экране графопостроителя появятся зависимости записанных режимных параметров от времени. Проанализируйте их.

· Для проведения исследования влияния параметров синхронизации (скольжения, разницы напряжений генератора и сети, угол или время опережения и др.) на процесс синхронизации повторяйте эксперимент, задаваясь требуемыми значениями упомянутых параметров.

· При работе с программой следует пользоваться её возможностями:

- Для удобства определения значений величин по графикам на экране отображаются текущие координаты указателя мыши.

- На экране отображаются состояния выключателей источника G2, возбудителя G3  и блока А5 синхронизации.

- На экране отображается последовательность процесса точной синхронизации.

- На экране имеется виртуальный синхроноскоп.

- Масштабирование осциллограмм производится путем нажатия на графике левой клавиши мыши и, не отпуская ее, перемещения манипулятора слева направо и сверху вниз. Возврат к начальному масштабу осуществляется обратным перемещением манипулятора – справа налево и снизу вверх.

- Двигать график осциллограмм относительно осей координат можно путем нажатия и удержания на соответствующем объекте правой кнопки мыши и ее одновременного перемещения в нужную сторону.

- Запись процессов производится программой в циклический буфер. Менять его параметры можно на вкладке «Запись процессов» в окне уставок управления.

- Включение генератора в сеть происходит в момент времени, примерно равный t = 0 (по графику записанных осциллограмм).

- Уставку скольжения задавайте в диапазоне 0,1…1,0 %.

- Необходимо учитывать, что имеются погрешности определения режимных параметров, которые могут повлиять на выбор момента включения выключателя блока А5 синхронизации, кроме того, время включения этого выключателя также может колебаться в небольших пределах. Поэтому момент включения генератора в сеть носит вероятностный характер, другими словами, при одних и тех же уставках характер процессов в схеме может быть несколько различным. В связи с этим для более точной картины следует проводить несколько опытов с одними и теми же уставками параметров управления.

· По завершении экспериментов отключите источник G1 и выключатели «СЕТЬ» блоков А1, А5, А7, А10, G2, G3. Закройте программу «Точная синхронизация».

 


1.2. Автоматическое регулирование частоты и активной мощности

 

Отклонение частоты является общесистемным показателем качества электрической энергии, так как во всех точках синхронно работающей электроэнергетической системы частота одинакова. Изменение частоты происходит при нарушении баланса между суммарной мощностью первичных двигателей (турбин) и нагрузкой генераторов. При набросе или сбросе нагрузки, а также при аварийном отключении отдельных агрегатов возникает небаланс мощностей, приводящий к изменению частоты в электроэнергетической системе.

Конструктивные параметры вращающихся агрегатов, производящих и потребляющих электрическую энергию, рассчитываются таким образом, чтобы при номинальной частоте КПД был максимальным. Отклонение частоты от номинального значения ухудшает экономические показатели отдельных элементов и электроэнергетической системы в целом. Наиболее существенно отклонения частоты сказываются на работе самих электростанций: изменение производительности механизмов собственных нужд, приводом которых являются асинхронные электродвигатели (питательные насосы, циркуляционные насосы, дымососы, вентиляторы) нарушает режим работы парогенератора и турбины; изменение частоты вращения турбин вызывает рост потерь и ускоряет износ рабочих лопаток. Все это приводит к снижению экономических показателей работы электростанций.

Таким образом, для надежной и экономичной работы отдельных элементов электроэнергетической системы недопустимы значительные отклонения частоты (более 1-2%). Однако точность поддержания частоты в пределах 1-2% совершенно недостаточна для обеспечения экономичной работы электроэнергетической системы в целом. Объясняется это тем, что при изменении частоты значительно и по-разному меняются нагрузки генераторов вследствие различных коэффициентов статизма характеристик первичных регуляторов турбин.

Даже кратковременные перераспределения нагрузок приводят к частым отклонениям режима электроэнергетической системы от экономически наивыгоднейшего, а следовательно, к пережогу топлива в целом по электроэнергетической системе.

Поэтому согласно Правилам устройства электроустановок и Правилам технической эксплуатации в современных электроэнергетических системах отклонение частоты допускается в пределах 50±(0,1-0,2) Гц. Таким образом, при нормальных эксплуатационных условиях частота должна регулироваться с очень высокой точностью.

Регулирование частоты осуществляется изменением суммарной мощности турбин путем изменения впуска энергоносителя (пара, воды). Однако для обеспечения минимума затрат электроэнергетической системы на покрытие фактической нагрузки изменение мощностей турбин должно изменяться так, чтобы не нарушались ограничения по допустимым значениям перетоков мощности и условия наивыгоднейшего распределения активных нагрузок. Таким образом, регулирование частоты в электроэнергетической системе неразрывно связано с регулированием мощности и распределением активных нагрузок между отдельными агрегатами и электростанциями.

 

 


1.2.1. Автоматическое регулирование частоты автономной электрической системы

 

- Общие сведения

- Электрическая схема соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента


Общие сведения

 

В отличие от системы, работающей параллельно с электрической сетью бесконечной мощности, где частота системы определяется частотой этой сети, в автономной электрической системе частота таким образом не поддерживается и возникает необходимость ее регулирования.

 

В настоящем эксперименте моделируется автономная электрическая система, содержащая генератор, приводимый во вращение первичным двигателем, а также электромеханическую и активную нагрузки. Целью эксперимента является исследование влияния на частоту электрической системы параметров частотной характеристики генератора P(f), а также вида и параметров частотной характеристики нагрузки.

С помощью программы «Регулирование частоты автономной электрической системы» можно, во-первых, регистрировать режимные параметры работы системы и, во-вторых, (в автоматическом режиме работы программы) задавать необходимую частотную характеристику генератора. В последнем случае генератор будет поддерживать заданный режим работы до тех пор, пока частота в системе не станет меньше критической, после чего возникает лавина частоты и электрическая система аварийно останавливается.

 


 
Перечень аппаратуры

 

Обозначение Наименование Тип Параметры
А1, А7 Указатель частоты вращения 506.2 2000…0…2000 мин-1
А2 Измеритель напряжений и частот 504.2 2 вольтметра 0…500 В ~ 2 частотомера 45…55 Гц; 220 В ~
А3 Измеритель мощностей 507.2 15; 60; 150; 300; 600 В, 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А.
А4 Трехполюсный выключатель 301.1 400 В ~; 10 А
А6 Активная нагрузка 306.1 220/380 В; 50Гц; 3´0…50 Вт;
А8 Блок измерительных трансформаторов  тока и напряжения 401.1 600 В / 3 В (тр-р напряж.) 0,3 А / 3 В (тр-р тока)
А9 Терминал 304 6 розеток с 8 контактами; 6´8 гнезд
А10 Блок ввода-вывода цифровых сигналов 331 8 входов типа «сухой контакт»; 8 релейных выходов
А11 Коннектор 330 8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/  выходов
А12 Персональный компьютер 550 IBM совместимый, Windows 95-XP, монитор, мышь, клавиатура, плата сбора информации PCI 6024E
G1 Трехфазный источник питания 201.2 400 В ~; 16 А
G2 Источник питания двигателя постоянного тока 206.1 Цепь якоря 0…250 В -; 3 А Цепь возбуждения 200 В -; 1 А

 









Продолжение таблицы

G3 Возбудитель синхронной машины 209.2 0…40 В -; 3,5 А
G4 Машина переменного тока 102.1 100 Вт / ~ 230 В / 1500 мин-1
G5, G6 Преобразователь угловых перемещений 104 6 вых. каналов / 2500 импульсов за оборот
G7 Источник постоянного напряжения 214.1 0…125 В -; 3 А
M1, M2 Машина постоянного тока 101.2 90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,25 А (возбуждение)
M3 Асинхронный двигатель 106 120 Вт / 380 В

 

Указания по проведению эксперимента

 

· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

· Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

· Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.

· Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте, сетевыми шнурами с розетками удлинителя.

· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

· Мощности фаз активной нагрузки А6 установите равными 40 % от 50 Вт.

· Переключатели режимов работы трехполюсного выключателя А4, источника G2 питания двигателя постоянного тока, возбудителя G3 синхронной машины, источника постоянного напряжения G7 установите в положение «РУЧН.». Тумблеры делителей напряжения коннектора А11 установите в положение «1:1». Тумблер выбора режима работы общей точки аналоговых входов коннектора А11 установите в положение «AIGND». Тумблеры выбора режима работы цифровых входов/выходов блока А10 ввода-вывода цифровых сигналов установите в положение «выход» (тумблер вниз) для контактов DIO0…DIO3, в положение «вход» (тумблер вверх) для контактов DIO4…DIO7.

· Включите выключатели «СЕТЬ» трехполюсного выключателя А4, источника G2 питания двигателя постоянного тока, возбудителя G3 синхронной машины, указателей А1 и А7 частоты вращения, источника постоянного напряжения G7, измерителя мощностей А3.

· Включите источник G1. О наличии напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся светодиоды.

· Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А12 и запустите программу «Регулирование частоты автономной электрической системы».

· Включите возбудитель G3 синхронной машины, нажав кнопку «ВКЛ.» на его передней панели. Вращая регулировочную рукоятку, установите ток обмотки возбуждения генератора равным 2А.

· Запустите сбор данных в ручном режиме, нажав для этого виртуальную кнопку «Запустить»  или выбрав соответствующий пункт в меню «Действия».

· Регулировочную рукоятку источника питания G2 двигателя постоянного тока поверните против часовой стрелки до упора. Включите источник G2, нажав кнопку «ВКЛ.» на его передней панели.

· Наблюдая изменение параметров схемы по виртуальным приборам программы, вращайте регулировочную рукоятку источника G2 по часовой стрелке. Установите частоту вращения генератора равной примерно 1500 об/мин, после чего включите выключатель А4, нажав соответствующую кнопку на его передней панели. Убедитесь в том, что нагрузочный силовой агрегат пришел во вращение. Обратите внимание на изменение параметров режима работы схемы.

· Нажмите кнопку «ВКЛ» источника постоянного напряжения G7.

· Изменяйте мощности фаз активной нагрузки А6, напряжение источника питания G2  двигателя постоянного тока, ток возбуждения генератора, противодействующий момент на валу нагрузочного агрегата (вращением регулировочной рукоятки источника G7). Наблюдайте изменение режимных параметров схемы.

· Остановите сбор данных, нажав для этого виртуальную кнопку «Остановить»  или выбрав соответствующий пункт из меню «Действия».

· Регулировочную рукоятку источника питания G2 двигателя постоянного тока установите в положение против часовой стрелки до упора. Отключите источник G2, нажав на кнопку «ОТКЛ.» на его передней панели. Отключите трехполюсный выключатель А4.

· Переключатель режима работы источника G2 установите в положение «АВТ.».

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока А10 ввода-вывода цифровых сигналов.

· Выберите автоматический режим работы программы, нажав для этого соответствующую виртуальную кнопку  на экране компьютера.

· Задайте уставки управления (кнопка ), используемые программой. Например, оставьте уставки, заданные по умолчанию.

· Нажмите на виртуальную кнопку «Запустить» . После завершения разгона генератора включите выключатель А4. Изменяйте частотную характеристику задания (путем «перетаскивания» мышкой зеленой точки на соответствующем графике), мощности фаз активной нагрузки А6, противодействующий момент на валу нагрузочного агрегата (вращением регулировочной рукоятки источника G7). Наблюдайте изменение режимных параметров схемы.

· При «аварийной» остановке генератора остановите программу и запустите вновь (кнопкой «Остановить»  и «Запустить»  соответственно). Если генератор аварийно останавливается при первоначальном разгоне или подключении нагрузки, уменьшите его ток возбуждения до значения 1,5-1,2 А.

· Измените значения уставок управления. Повторите эксперимент.

· При работе с программой следует пользоваться её возможностями:

- Для удобства определения значений величин по графику на экране отображаются текущие координаты указателя мыши.

- Масштабирование осциллограмм производится путем нажатия на графике левой клавиши мыши и, не отпуская ее, перемещения манипулятора слева направо и сверху вниз. Возврат к начальному масштабу осуществляется обратным перемещением манипулятора – справа налево и снизу вверх.

- Двигать график осциллограмм относительно осей координат можно путем нажатия и удержания на соответствующем объекте правой кнопки мыши и ее одновременного перемещения в нужную сторону.

· По завершении экспериментов отключите источник G1 и выключатели «СЕТЬ» блоков G2, G3, G7, A1, A3, A4, A7, A10. Закройте программу «Регулирование частоты автономной электрической системы».

 


1.2.2. Автоматическое регулирование активной мощности синхронного генератора, работающего параллельно с электрической системой бесконечной мощности

 

- Общие сведения

- Электрическая схема соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента


Общие сведения

 

Основная задача автоматического управления активной мощностью синхронных генераторов – обеспечить выработку и передачу необходимого количества электроэнергии при наименьшем удельном расходе условного топлива. Однако автоматическое управление мощностью связано с автоматическим регулированием частоты вращения энергоагрегатов, при этом одно из них оказывается главным, определяющим режим работы синхронного генератора.

Синхронный генератор, работающий параллельно с энергосистемой бесконечной мощности, увеличивает отдаваемую в систему активную мощность при увеличении вращающего момента на его валу. Этот момент, в свою очередь, определяется моментом первичного двигателя, вращающего синхронный генератор. Если первичный двигатель – паровая или гидротурбина, то момент на ее валу обеспечивается энергией соответственно пара или воды. Поэтому для того, чтобы увеличить активную мощность синхронного генератора, необходимо увеличить впуск пара или воды в турбину.

В более общем случае для увеличения активной мощности синхронного генератора нужно увеличить механическую мощность первичного двигателя, приводящего этот генератор во вращения.

Однако синхронный генератор способен устойчиво преобразовывать механическую энергию в электрическую, развивая активную мощность не более некоторого предельного значения, выше которого произойдет проворот ротора генератора относительно поля статора. Генератор в этом случае выйдет из синхронизма (потеряет устойчивость) и будет вращаться с частотой больше синхронной. Для промышленных синхронных генераторов такой режим работы недопустим. Одним из способов выхода из него является разгрузка генератора по активной мощности.

 

В данной работе присутствует синхронный генератор, включаемый на параллельную работу с электрической системой бесконечной мощности, роль которой выполняет источник трехфазного питания стенда. Синхронизация генератора с сетью производится вручную по способу точной синхронизации. После того, как генератор окажется включенным на параллельную работу, с помощью программы «Регулирование активной мощности» можно задавать значение активной мощности, развиваемой генератором. В случае превышения мощностью генератора предельного по устойчивости значения, генератор переходит в асинхронный режим работы и через какое-то время возвращается в нормальный режим вследствие работы регулятора частоты вращения первичного двигателя. Если к этому времени оператор не уменьшит значение мощности, которое должен развивать генератор, процесс повторится.

Меняя параметры системы автоматического регулирования, можно изучить их влияние на качество процесса регулирования активной мощности синхронного генератора.

 



Перечень аппаратуры

 

Обозначение Наименование Тип Параметры
А1 Трехполюсный выключатель 301.1 400 В ~; 10 А
A2 Трехфазная трансформаторная группа 347.1 3 х 80 В×А; 230 (звезда) / 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 В
А3, А4 Модель линии электропередачи 313.2 400 В ~; 3 ´ 0,5 А
A5 Трехфазная трансформаторная группа 347.2 3 х 80 В×А; 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 / 230 В (треугольник)
А6 Блок синхронизации 319 400 В ~; 10 А 3 индикаторные лампы; синхроноскоп
А7 Измеритель напряжений и частот 504.2 2 вольтметра 0…500 В ~ 2 частотомера 45…55 Гц; 220 В ~
А8 Измеритель мощностей 507.2 15; 60; 150; 300; 600 В, 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А.
А9 Блок датчиков тока и напряжения 402.3 3 измерительных преобразователя "ток-напряжение" 5А/0,5А/5 В; 3 измерительных преобразователя "напряжение-напряжение" 1000 В/100 В/5 В
А10 Блок измерительных трансформаторов  тока и напряжения 401.1 600 В / 3 В (тр-р напряж.) 0,3 А / 3 В (тр-р тока)
А11 Терминал 304 6 розеток с 8 контактами; 6´8 гнезд
А12 Блок ввода-вывода цифровых сигналов 331 8 входов типа «сухой контакт»; 8 релейных выходов
А13 Коннектор 330 8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/  выходов






Продолжение таблицы

G1 Трехфазный источник питания 201.2 400 В ~; 16 А
G2 Источник питания двигателя постоянного тока 206.1 Цепь якоря 0…250 В -; 3 А Цепь возбуждения 200 В -; 1 А
G3 Возбудитель синхронной машины 209.2 0…40 В -; 3,5 А
G4 Машина переменного тока 102.1 100 Вт / ~ 230 В / 1500 мин-1
G5 Преобразователь угловых перемещений 104 6 вых. каналов / 2500 импульсов за оборот
M1 Машина постоянного тока 101.2 90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,25 А (возбуждение)
P1 Указатель частоты вращения 506.2 2000…0…2000 мин-1
P2 Указатель угла нагрузки синхронной машины 505.2 -1800…0…1800

 

Указания по проведению эксперимента

 

· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

· Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

· Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.

· Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте, сетевыми шнурами с розетками удлинителя.

· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

· Переключатели номинальных фазных напряжений трехфазных трансформаторных групп А2 и А5 установите равными 220 В. Параметры линий электропередачи А3 и А4 установите следующими: R = 0 Ом, L/RL = 1,2 Гн / 32 Ом,
С1=С2=0 мкФ.

· Переключатели режимов работы трехполюсного выключателя А1, возбудителя G3 синхронной машины и блока А6 синхронизации установите в положение «РУЧН.», источника G2 питания двигателя постоянного тока – в положение «АВТ.». Тумблеры делителей напряжения коннектора А11 установите в положение «1:1». Тумблер выбора режима работы общей точки аналоговых входов коннектора А11 установите в положение «AIGND». Тумблеры выбора режима работы цифровых входов/выходов блока А12 ввода-вывода цифровых сигналов установите в положение «выход» (тумблер вниз) для контактов DIO0…DIO3, в положение «вход» (тумблер вверх) для контактов DIO4…DIO7.

· Включите выключатели «СЕТЬ» трехполюсного выключателя А1, источника G2 питания двигателя постоянного тока, возбудителя G3 синхронной машины, указателя P1 частоты вращения, указателя Р2 угла нагрузки синхронной машины, блока А9 датчиков тока и напряжения, блока А6 синхронизации, измерителя мощностей А8, блока А12 ввода-вывода цифровых сигналов.

· Включите источник G1. О наличии напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся светодиоды.

· Включите выключатель А1, нажав на кнопку «ВКЛ.» на его передней панели.

· Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А14 и запустите программу «Регулирование активной мощности».

· Задайте уставки управления, нажав для этого соответствующую виртуальную кнопку или пункт главного меню. Например, оставьте уставки, заданные по умолчанию.

· Запустите сбор данных, нажав для этого виртуальную кнопку «Запустить»  или выбрав соответствующий пункт в меню «Действия».

· Наблюдая изменения параметров генератора и сети по виртуальному графопостроителю программы, включите генератор на параллельную работу с сетью методом точной синхронизации. Для этого выполните следующие действия:

- Включите источник G2, нажав на виртуальный тумблер «Выключатель первичного двигателя» на экране компьютера. Регулятором «Скорость вращения» установите частоту вращения двигателя М1 (генератора G4) 1500 мин–1. Дождитесь окончания разгона силового агрегата.

- Включите возбудитель G3, нажав на кнопку «ВКЛ.» на его передней панели. Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, установите напряжение между фазами (линейное) генератора G4 равным линейному напряжению сети. Равенство напряжений и частот генератора и сети определяйте по измерителю А7.

- Обеспечьте условия синхронизации согласно табл. 4. (см. эксперимент 1.1.1) и подключите генератор к сети нажатием на кнопку «ВКЛ.» блока А6 синхронизации.

· Настройте указатель угла нагрузки. Для этого:

- С помощью виртуального регулятора «Активная мощность» установите мощность генератора, равную 0 Вт.

- Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, установите реактивную мощность генератора, равную 0 Вар. Значения активной и реактивной мощностей контролируйте по измерителю мощностей А8.

- Вращая тонкой отверткой реостаты «Грубо» и «Точно» на передней панели указателя угла нагрузки, установите значение угла нагрузки, равное нулю.

· С помощью виртуального регулятора «Активная мощность» задайте уставку мощности генератора, равную, например, 40 Вт. Убедитесь в том, что генератор действительно нагружается активной мощностью. Значения активной и реактивной мощности генератора наблюдайте на виртуальных приборах и измерителе мощностей А8. Удостоверьтесь, что показания реальных и виртуальных прибором совпадают.

· Задайте уставку мощности генератора, равную 65-90 Вт. Генератор должен увеличить мощность до предела устойчивости и опрокинуться (если этого не происходит даже при уставке 90 Вт, уменьшите ток возбуждения генератора регулировочной рукояткой на передней панели возбудителя G3). После этого в действие вступит автоматический регулятор частоты вращения, который вернет силовой агрегат в нормальный режим работы. Если к этому моменту не снизить значение уставки мощности, процесс потери устойчивости повторится.

· Остановите силовой агрегат, выполнив следующие действия:

- Отключите генератор от сети, нажав для этого кнопку «ОТКЛ.» блока А6 синхронизации.

- Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, снимите возбуждение с генератора G4. Отключите возбудитель G3 нажатием на кнопку «ОТКЛ.» на его передней панели.

- «Вращая» виртуальную регулировочную рукоятку, установите уставку скорости вращения на ноль. Остановите двигатель М1 (генератор G4), нажав на виртуальный тумблер «Выключатель первичного двигателя».

· Измените уставки управления силовым агрегатом. Повторите эксперимент.

· При работе с программой следует пользоваться её возможностями:

- Для удобства определения значений величин по графикам на экране отображаются текущие координаты указателя мыши.

- Масштабирование осциллограмм производится путем нажатия на графике левой клавиши мыши и, не отпуская ее, перемещения манипулятора слева направо и сверху вниз. Возврат к начальному масштабу осуществляется обратным перемещением манипулятора – справа налево и снизу вверх.

- Двигать график осциллограмм относительно осей координат можно путем нажатия и удержания на соответствующем объекте правой кнопки мыши и ее одновременного перемещения в нужную сторону.

· По завершении экспериментов отключите источник G1 и выключатели «СЕТЬ» блоков А1, А6, А8, А9, А12, G2, G3, Р1, Р2. Закройте программу «Регулирование мощности».


1.3. Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности

 

Техническая необходимость и экономическая целесообразность автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности обусловливаются специфическими особенностями процесса производства и распределения электроэнергии.

Основными задачами автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности являются:

- обеспечение рациональных потоков реактивной мощности в процессе передачи электроэнергии от электрических станций к потребителям;

- сохранение или повышение статической устойчивости электропередач в нормальных режимах работы;

- повышение динамической и результирующей устойчивости электроэнергетической системы в аварийных режимах;

- обеспечение требуемого напряжения у потребителей, т.е. обеспечение одной из норм качества электроэнергии.

Указанные задачи автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности решаются:

- регулированием возбуждения синхронных генераторов и электродвигателей;

- регулированием мощности управляемых статических источников реактивной мощности;

- автоматическим регулированием коэффициентов трансформации трансформаторов.

 

 


1.3.1. Автоматическое регулирование напряжения изменением возбуждения синхронного генератора

 

- Общие сведения

- Электрическая схема соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента


Общие сведения

 

Основным способом автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности является автоматическое регулирование возбуждения синхронных генераторов.

В данной работе присутствует синхронный генератор, включаемый на параллельную работу с электрической системой бесконечной мощности, роль которой выполняет источник трехфазного питания стенда. Синхронизация генератора с сетью производится вручную по способу точной или самосинхронизации. С помощью специальной компьютерной программы можно регулировать напряжение на шинах генератора изменением его возбуждения.

Меняя параметры системы автоматического регулирования можно изучить их влияние на качество процесса регулирования напряжения.




Перечень аппаратуры

 

Обозначение Наименование Тип Параметры
А1, А7 Трехполюсный выключатель 301.1 400 В ~; 10 А
A2 Трехфазная трансформаторная группа 347.1 3 х 80 В×А; 230 (звезда) / 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 В
А3, А4 Модель линии электропередачи 313.2 400 В ~; 3 ´ 0,5 А
А5 Индуктивная нагрузка 324.2 3 ´ 40 Вар
A6 Трехфазная трансформаторная группа 347.2 3 х 80 В×А; 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 / 230 В (треугольник)
А8 Блок измерительных трансформаторов  тока и напряжения 401.1 600 В / 3 В (тр-р напряж.) 0,3 А / 3 В (тр-р тока)
А9 Терминал 304 6 розеток с 8 контактами; 6´8 гнезд
А10 Блок ввода-вывода цифровых сигналов 331 8 входов типа «сухой контакт»; 8 релейных выходов
А11 Коннектор 330 8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/  выходов
А12 Персональный компьютер 550 IBM совместимый, Windows 98-XP, плата сбора информации PCI 6024E
G1 Трехфазный источник питания 201.2 400 В ~; 16 А
G2 Источник питания двигателя постоянного тока 206.1 Цепь якоря 0…250 В -; 3 А Цепь возбуждения 200 В -; 1 А
G3 Возбудитель синхронной машины 209.2 0…40 В -; 3,5 А










Продолжение таблицы

G4 Машина переменного тока 102.1 100 Вт / ~ 230 В / 1500 мин-1
G5 Преобразователь угловых перемещений 104 6 вых. каналов / 2500 импульсов за оборот
M1 Машина постоянного тока 101.2 90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,25 А (возбуждение)
P1 Указатель частоты вращения 506.2 2000…0…2000 мин-1
P2 Измеритель мощностей 507.2 15; 60; 150; 300; 600 В, 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А.

 


Указания по проведению эксперимента

 

· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

· Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

· Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.

· Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте, сетевыми шнурами с розетками удлинителя.

· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

· Переключатели номинальных фазных напряжений трехфазных трансформаторных групп А2 и А6 установите равными 220 В. Параметры линий электропередачи А3 и А4 установите следующими: R = 200 Ом, L/RL = 1,2 Гн / 32 Ом, С1=С2=0 мкФ.

· Переключатели режимов работы трехполюсных выключателей А1 и А7, источника G2 питания двигателя постоянного тока установите в положение «РУЧН.», возбудителя G3 – в положение «АВТ.». Тумблеры делителей напряжения коннектора А11 установите в положение «1:1». Тумблер выбора режима работы общей точки аналоговых входов коннектора А11 установите в положение «AIGND». Тумблеры выбора режима работы цифровых входов/выходов блока А10 ввода-вывода цифровых сигналов установите в положение «выход» (тумблер вниз) для контактов DIO0…DIO3, в положение «вход» (тумблер вверх) для контактов DIO4…DIO7.

· Переключатели индуктивной нагрузки А5 установите в положение, например, 50 %.

· Включите выключатели «СЕТЬ» трехполюсных выключателей А1 и А7, источника G2 питания двигателя постоянного тока, возбудителя G3 синхронной машины, указателя P1 частоты вращения, измерителя мощностей P2, блока А10 ввода-вывода цифровых сигналов.

· Включите источник G1. О наличии напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся светодиоды.

· Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А12 и запустите программу «Регулирование напряжения изменением возбуждения».

· Задайте уставки управления, нажав для этого соответствующую виртуальную кнопку  или пункт главного меню. Например, оставьте уставки, заданные по умолчанию.

· Запустите сбор данных, нажав для этого виртуальную кнопку «Запустить»  или выбрав соответствующий пункт в меню «Действия».

· Включите генератор на параллельную работу с сетью методом самосинхронизации. Для этого выполните следующие действия:

- Включите выключатель А1 нажатием кнопки «ВКЛ» на его передней панели.

- Включите источник G2 нажатием на кнопку «ВКЛ» на его передней панели. Вращая регулировочную рукоятку источника G2, разгоните электромашинный агрегат до скорости вращения 1500 мин-1. Скорость вращения электромашинного агрегата контролируйте по указателю частоты вращения Р1.

- Подключите невозбужденный генератор к сети, нажав кнопку «ВКЛ» выключателя А7.

- Включите возбудитель G3, нажав на виртуальный тумблер на экране компьютера. Вращая виртуальную регулировочную рукоятку, установите задание напряжения равным 380 В. После нескольких качаний генератор G4 должен втянуться в синхронизм.

· Вращая регулировочную рукоятку источника G2, установите ток на его регулируемом выходе «ЯКОРЬ» равным, например, 0,5 А.

· Вращая виртуальную регулировочную рукоятку, установите задание напряжения в узловой точке сети равным, например, 350 В.

· Измените величину индуктивной нагрузки А5 вращением регулировочных рукояток на ее передней панели. По виртуальным приборам на экране компьютера наблюдайте изменение напряжения на нагрузке А5 и значения реактивной мощности, вырабатываемой генератором G4. С помощью измерителя Р4 наблюдайте также изменение значений потребляемых нагрузкой мощностей.

· Остановите силовой агрегат, выполнив следующие действия:

- Отключите генератор от сети, нажав для этого кнопку «ОТКЛ.» выключателя А7.

- Отключите возбудитель G3 нажатием на виртуальный тумблер.

- Отключите источник G2 нажатием на кнопку «ОТКЛ» на его передней панели.

· При работе с программой следует пользоваться её возможностями:

- Для удобства определения значений величин по графикам на экране отображаются текущие координаты указателя мыши.

- Масштабирование осциллограмм производится путем нажатия на графике левой клавиши мыши и, не отпуская ее, перемещения манипулятора слева направо и сверху вниз. Возврат к начальному масштабу осуществляется обратным перемещением манипулятора – справа налево и снизу вверх.

- Двигать график осциллограмм относительно осей координат можно путем нажатия и удержания на соответствующем объекте правой кнопки мыши и ее одновременного перемещения в нужную сторону.

· По завершении экспериментов отключите источник G1 и выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте. Закройте программу «Регулирование напряжения изменением возбуждения».

 


1.3.2. Автоматическое регулирование напряжения изменением реактивной мощности статического тиристорного компенсатора

 

- Общие сведения

- Электрическая схема соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента


Общие сведения

 

Возможность непрерывного управления мощностью реакторов и дискретного изменения мощности конденсаторных установок посредством мощных тиристорных управляемых устройств и тиристорными выключателями, соответственно, обусловила разработку статических реверсивных управляемых компенсаторов (СТК), более надежных, быстродействующих и менее дорогих, чем вращающиеся синхронные компенсаторы. В связи с особенностями коммутации секционированных конденсаторных установок оказалось целесообразным выполнять СТК, состоящими из непрерывно управляемой реакторной части и постоянно включенной или только включаемой и отключаемой в целом конденсаторной установки.

В данной работе присутствует модель СТК, состоящая из постоянно подключенной к сети емкости, и индуктивности, соединенной с сетью через трехфазный тиристорный регулятор. К шинам СТК подключена активная нагрузка.

С помощью специальной компьютерной программы можно регулировать напряжение на шинах активной нагрузки, изменяя угол управления тиристоров.

Меняя параметры системы автоматического регулирования можно изучить их влияние на качество процесса регулирования напряжения.

 



Перечень аппаратуры

 

Обозначение Наименование Тип Параметры
A1 Трехфазная трансформаторная группа 347.1 3 х 80 В×А; 230 (звезда) / 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 В
А2 Модель линии электропередачи 313.2 400 В ~; 3 ´ 0,5 А
А3 Активная нагрузка 306.1 220/380 В; 50Гц; 3´0…50 Вт;
А4 Емкостная нагрузка 317.2 220/380 В; 50 Гц; 3х40 Вар
А5 Тиристорный преобразователь / регулятор 207.2 3´400 В ~ / 2 А 6 тиристоров
А6 Индуктивная нагрузка 324.2 220/380 В; 50Гц; 3х40 Вар
А7 Трехполюсный выключатель 301.1 380 В / 10 А
А8 Блок датчиков тока и напряжения 402.3 3 измерительных преобразователя «ток – напряжение» (5 А/1 А)/5 В; 3 измерительных преобразователя «напряжение - напряжение» (1000 В/100 В) /5 В
А9 Терминал 304 6 розеток с 8 контактами; 6´8 гнезд
А10 Блок ввода-вывода цифровых сигналов 331 8 входов типа «сухой контакт»; 8 релейных выходов
А11 Коннектор 330 8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/  выходов
А12 Персональный компьютер 550 IBM совместимый, Windows 98-XP, плата сбора информации PCI 6024E
G1 Трехфазный источник питания 201.2 400 В ~; 16 А

Указания по проведению эксперимента

 

· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

· Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

· Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.

· Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте, сетевыми шнурами с розетками удлинителя.

· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

· Переключатель номинального вторичного напряжения трехфазной трансформаторной группы А1 установите в положение 127 В. Параметры линий электропередачи А2 установите следующими: R = 0 Ом, L/RL = 1,2 Гн / 32 Ом, С1=С2=0 мкФ.

· Переключатель режима работы трехполюсного выключателя А7 установите в положение «РУЧН».

· Выберите мощность активной нагрузки А3, например 100% от 50 Вт во всех трех фазах.

· Выберите мощность индуктивной нагрузки А6, равную 100% от 40 Вар во всех трех фазах.

· Выберите мощность емкостной нагрузки А4, равную 50% от 40 Вар во всех трех фазах.

· Тумблеры делителей напряжения коннектора А11 установите в положение «1:1». Тумблер выбора режима работы общей точки аналоговых входов коннектора А11 установите в положение «AIGND». Тумблеры выбора режима работы цифровых входов/выходов блока А10 ввода-вывода цифровых сигналов установите в положение «выход» (тумблер вниз) для контактов DIO0…DIO3, в положение «вход» (тумблер вверх) для контактов DIO4…DIO7.

· Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А12 и запустите прикладную программу «Регулирование напряжения СТК».

· Включите выключатели «СЕТЬ» тиристорного преобразователя А5, трехполюсного выключателя А7, блока ввода-вывода цифровых сигналов А10.

· Включите выключатель А7 нажатием кнопки «ВКЛ» на его передней панели.

· Нажмите кнопку «УПРАВЛЕНИЕ» на лицевой панели преобразователя А5, переключив его в режим автоматического управления.

· Нажмите кнопку «РЕГУЛЯТОР 3Ф НАПРЯЖЕНИЯ» на лицевой панели преобразователя А5 и удерживайте ее до тех пор, пока не загорится расположенный рядом с ней светодиод.

· Включите источник G1. О наличии фазных напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся светодиоды.

· Задайте уставки управления, нажав для этого соответствующую виртуальную кнопку . Например, оставьте уставки, заданные по умолчанию.

· Запустите управление, нажав для этого соответствующую виртуальную кнопку  или выбрав нужный пункт из главного меню программы. Вращая виртуальную регулировочную рукоятку, задайте значение напряжение, которое следует поддерживать на нагрузке, например, 220 В. Убедитесь в том, что при изменении задания поддерживаемого напряжения фактическое напряжение также изменяется. Параметры контролируйте по цифровому и стрелочному индикаторам, а также графопостроителю.

· Измените значение мощности активной нагрузки А3. Убедитесь в том, что напряжение на ней поддерживается постоянным и равным напряжению задания.

· Смоделируйте внезапный сброс-наброс нагрузки. Для этого отключите и вновь включите выключатель А7 соответствующими кнопками на его передней панели.

· Остановите управление, нажав на соответствующую виртуальную кнопку  или выбрав нужный пункт из главного меню программы.

· Измените какие-нибудь параметры управления. Повторите эксперимент. Обратите внимание на изменение динамики и характера управления преобразователем.

· Во время работы с программой пользуйтесь ее возможностями:

- Уставку напряжения можно непосредственно вводить в поле ввода или использовать виртуальную регулировочную рукоятку.

- Масштабирование осциллограмм производится путем нажатия на графике левой клавиши мыши и, не отпуская ее, перемещения манипулятора слева направо и сверху вниз. Возврат к начальному масштабу осуществляется обратным перемещением манипулятора – справа налево и снизу вверх.

- Двигать график относительно осей координат можно путем нажатия и удержания на нем правой кнопки мыши и ее одновременного перемещения в нужную сторону.

· По завершении эксперимента отключите источник G1, а затем питание блоков А5, А7, А10.

 


1.4. Автоматическое управление режимом электрической системы

 

Автоматика электроэнергетических систем имеет ряд специфических особенностей, отличающих ее от так называемой общепромышленной автоматики. Главная из этих особенностей состоит в неавтономности действия устройств системной автоматики. Будучи автономными с точки зрения конструктивного исполнения, все они практически связаны через процесс в энергосистеме и оказывают влияние не только на энергосистему, но и на работу друг друга. Поэтому представляется целесообразным произвести моделирование автоматического управления режимом энергосистемы в целом.

 


1.4.1. Автоматическое управление режимом одномашинной автономной электрической системы

 

- Общие сведения

- Электрическая схема соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента


Общие сведения

 

В настоящем эксперименте моделируется автономная электрическая система, содержащая генератор G1, приводимый во вращение первичным двигателем T, а также электромеханическую и активную нагрузки (см. рисунок).

 

 

С помощью специальной компьютерной программы последовательно производятся разгон генератора и его возбуждение, после чего учащийся подключает к нему упомянутые нагрузки. Программа производит автоматическое регулирование частоты вращения синхронного генератора и поддержание напряжения на его шинах.

 

 
     Перечень аппаратуры

 

Обозначение Наименование Тип Параметры
А1, А7 Указатель частоты вращения 506.2 2000…0…2000 мин-1
А2 Измеритель напряжений и частот 504.2 2 вольтметра 0…500 В ~ 2 частотомера 45…55 Гц; 220 В ~
А3 Измеритель мощностей 507.2 15; 60; 150; 300; 600 В, 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А.
А4 Трехполюсный выключатель 301.1 400 В ~; 10 А
А6 Активная нагрузка 306.1 220/380 В; 50Гц; 3´0…50 Вт;
А8 Блок измерительных трансформаторов  тока и напряжения 401.1 600 В / 3 В (тр-р напряж.) 0,3 А / 3 В (тр-р тока)
А9 Терминал 304 6 розеток с 8 контактами; 6´8 гнезд
А10 Блок ввода-вывода цифровых сигналов 331 8 входов типа «сухой контакт»; 8 релейных выходов
А11 Коннектор 330 8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/  выходов
А12 Персональный компьютер 550 IBM совместимый, Windows ХP, плата сбора информации PCI 6024E
G1 Трехфазный источник питания 201.2 400 В ~; 16 А
G2 Источник питания двигателя постоянного тока 206.1 Цепь якоря 0…250 В -; 3 А Цепь возбуждения 200 В -; 1 А

 












Продолжение таблицы

G3 Возбудитель синхронной машины 209.2 0…40 В -; 3,5 А
G4 Машина переменного тока 102.1 100 Вт / ~ 230 В / 1500 мин-1
G5, G6 Преобразователь угловых перемещений 104 6 вых. каналов / 2500 импульсов за оборот
G7 Источник постоянного напряжений 214.1 0…125 В -; 3 А
M1, M2 Машина постоянного тока 101.2 90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,25 А (возбуждение)
M3 Асинхронный двигатель 106 120 Вт / 380 В

 

 


Указания по проведению эксперимента

 

· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

· Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

· Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.

· Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте, сетевыми шнурами с розетками удлинителя.

· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

· Мощности фаз активной нагрузки А6 установите равными 10 % от 50 Вт.

· Переключатели режимов работы трехполюсного выключателя А4, источника G2 питания двигателя постоянного тока, источника постоянного напряжения G7, возбудителя G3 синхронной машины установите в положение «РУЧН.». Тумблеры делителей напряжения коннектора А11 установите в положение «1:1». Тумблер выбора режима работы общей точки аналоговых входов коннектора А11 установите в положение «AIGND». Тумблеры выбора режима работы цифровых входов/выходов блока А10 ввода-вывода цифровых сигналов установите в положение «выход» (тумблер вниз) для контактов DIO0…DIO3, в положение «вход» (тумблер вверх) для контактов DIO4…DIO7.

· Включите выключатели «СЕТЬ» трехполюсного выключателя А4, источника G2 питания двигателя постоянного тока, возбудителя G3 синхронной машины, указателей А1 и А7 частоты вращения, источника G7, измерителя мощностей А3.

· Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А12 и запустите программу «Автоматическое управление - 1».

· Включите источник G1. О наличии напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся светодиоды.

· Включите возбудитель G3 синхронной машины, нажав кнопку «ВКЛ.» на его передней панели. Вращая регулировочную рукоятку, установите ток обмотки возбуждения генератора равным 2А.

· Запустите сбор данных в ручном режиме, нажав для этого виртуальную кнопку «Запустить»  или выбрав соответствующий пункт в меню «Действия».

· Регулировочные рукоятки источников G2 и G7 поверните против часовой стрелки до упора. Включите источники G2 и G7, нажав кнопки «ВКЛ.» на их передних панелях.

· Наблюдая изменение параметров схемы по виртуальным приборам программы, вращайте регулировочную рукоятку источника G2 по часовой стрелке. Установите частоту вращения генератора равной примерно 1500 об/мин, после чего включите выключатель А4, нажав соответствующую кнопку на его передней панели. Убедитесь в том, что нагрузочный силовой агрегат пришел во вращение. Обратите внимание на изменение параметров режима работы схемы.

· Изменяйте мощности фаз активной нагрузки А6, напряжение источника питания G2  двигателя постоянного тока, ток возбуждения генератора, противодействующий момент на валу нагрузочного агрегата (вращением регулировочной рукоятки источника G7). Наблюдайте изменение режимных параметров схемы.

· Остановите сбор данных, нажав для этого виртуальную кнопку «Остановить»  или выбрав соответствующий пункт из меню «Действия».

· Регулировочные рукоятки источника питания G2 двигателя постоянного тока и возбудителя G3 установите в положение против часовой стрелки до упора. Отключите источник G2 и возбудитель G3, нажав на кнопки «ОТКЛ.» на их передней панели. Отключите трехполюсный выключатель А4.

· Переключатель режима работы источника G2, возбудителя G3 и трехполюсного выключателя А4 установите в положение «АВТ.».

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока А10 ввода-вывода цифровых сигналов.

· Выберите автоматический режим работы программы, нажав для этого соответствующую виртуальную кнопку  на экране компьютера.

· Задайте уставки управления (кнопкой ), используемые программой. Например, оставьте уставки, заданные по умолчанию.

· Нажмите на виртуальную кнопку «Запустить» . Нажмите виртуальную кнопку «ПУСК». После завершения разгона и возбуждения генератора включите виртуальный выключатель. Изменяйте частотную характеристику задания (путем «перетаскивания» мышкой белой точки на соответствующем графике), мощности фаз активной нагрузки А6, противодействующий момент на валу нагрузочного агрегата (вращением регулировочной рукоятки источника G7), задание напряжения на шинах генератора (с помощью виртуальной регулировочной рукоятки). Наблюдайте изменение режимных параметров схемы.

· При «аварийной» остановке генератора остановите программу и запустите вновь (кнопкой «Остановить»  и «Запустить»  соответственно).

· Измените значения уставок управления. Повторите эксперимент.

· При работе с программой следует пользоваться её возможностями:

- Для удобства определения значений величин по графику на экране отображаются текущие координаты указателя мыши.

- Масштабирование осциллограмм производится путем нажатия на графике левой клавиши мыши и, не отпуская ее, перемещения манипулятора слева направо и сверху вниз. Возврат к начальному масштабу осуществляется обратным перемещением манипулятора – справа налево и снизу вверх.

- Двигать график осциллограмм относительно осей координат можно путем нажатия и удержания на соответствующем объекте правой кнопки мыши и ее одновременного перемещения в нужную сторону.

· По завершении экспериментов отключите источник G1 и выключатели «СЕТЬ» блоков G2, G3, G7, A1, A3, A4, A7, A10. Закройте программу «Автоматическое управление - 1».


1.4.2. Автоматическое управление режимом одномашинной электрической системы, работающей параллельно с электрической системой бесконечной мощности

 

- Общие сведения

- Электрическая схема соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента


Общие сведения

 

В данном эксперименте моделируется одномашинная электрическая система, работающая в нормальном режиме параллельно с электрической системой бесконечной мощности.

 

С помощью специальной компьютерной программы синхронный генератор G2 автоматически подключается к системе бесконечной мощности G1 методом точной синхронизации и нагружается активной и реактивной мощностями. После получения от оператора команды на отключение происходит обратный процесс – генератор разгружается и отключается от электрической системы, возбуждение снимается, приводной двигатель останавливается.

Таким образом, в данной работе моделируется комплексное управление электрической системой – управление подключением генератора к системе бесконечной мощности, регулирование активной и реактивной мощностей генератора, управление отключением генератора от электрической системы.

 



Перечень аппаратуры

 

Обозначение Наименование Тип Параметры
А1 Трехполюсный выключатель 301.1 400 В ~; 10 А
A2 Трехфазная трансформаторная группа 347.1  3 х 80 В×А; 230 (звезда) / 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 В
А3 Модель линии электропередачи 313.2 400 В ~; 3 ´ 0,5 А
A4 Трехфазная трансформаторная группа 347.2 3 х 80 В×А; 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 / 230 В (треугольник)
A5 Блок синхронизации 319 400 В ~; 10 А 3 индикаторные лампы; синхроноскоп
А6 Блок измерительных трансформаторов  тока и напряжения 401.1 600 В / 3 В (тр-р напряж.) 0,3 А / 3 В (тр-р тока)
А7 Терминал 304 6 розеток с 8 контактами; 6´8 гнезд
А8 Блок ввода-вывода цифровых сигналов 331 8 входов типа «сухой контакт»; 8 релейных выходов
А9 Коннектор 330 8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/  выходов
А10 Персональный компьютер 550 IBM совместимый, Windows 95-XP, монитор, мышь, клавиатура, плата сбора информации PCI 6024E
G1 Трехфазный источник питания 201.2 400 В ~; 16 А
G2 Источник питания двигателя постоянного тока 206.1 Цепь якоря 0…250 В -; 3 А Цепь возбуждения 200 В -; 1 А






Продолжение таблицы

G3 Возбудитель синхронной машины 209.2 0…40 В -; 3,5 А
G4 Машина переменного тока 102.1 100 Вт / ~ 230 В / 1500 мин-1
G5 Преобразователь угловых перемещений 104 6 вых. каналов / 2500 импульсов за оборот
M1 Машина постоянного тока 101.2 90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,25 А (возбуждение)
P1 Измеритель мощностей 507.2 15; 60; 150; 300; 600 В / 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А. 
P2 Измеритель напряжений и частот 504.2 2 вольтметра 0…500 В ~ 2 частотомера 45…55 Гц; 220 В ~
P3 Указатель частоты вращения 506.2 2000…0…2000 мин-1

 

Указания по проведению эксперимента

 

· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

· Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

· Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.

· Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте, сетевыми шнурами с розетками удлинителя.

· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

· Переключатели номинальных фазных напряжений трехфазных трансформаторных групп А2 и А4 установите равными 220 В. Параметры линии электропередачи А3 установите следующими: R = 50 Ом, L/RL = 0,9 Гн / 24 Ом, С1=С2=0 мкФ.

· Переключатели режимов работы трехполюсного выключателя А1, источника G2 питания двигателя постоянного тока, блока А5 синхронизации, возбудителя G3 синхронной машины установите в положение «РУЧН.». Тумблеры делителей напряжения коннектора А9 установите в положение «1:1». Тумблер выбора режима работы общей точки аналоговых входов коннектора А9 установите в положение «AIGND». Тумблеры выбора режима работы цифровых входов/выходов блока А8 ввода-вывода цифровых сигналов установите в положение «выход» (тумблер вниз) для контактов DIO0…DIO3, в положение «вход» (тумблер вверх) для контактов DIO4…DIO7.

· Включите выключатели «СЕТЬ» трехполюсного выключателя А1, источника G2 питания двигателя постоянного тока, возбудителя G3 синхронной машины, измерителя Р1 мощностей, указателя P3 частоты вращения, блока А5 синхронизации.

· Включите источник G1. О наличии напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся светодиоды.

· Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А10 и запустите программу «Автоматическое управление - 2».

· Включите выключатель А1 нажатием на кнопку «ВКЛ.» на его передней панели.

· Запустите сбор данных в ручном режиме, нажав для этого виртуальную кнопку «Запустить»  или выбрав соответствующий пункт в меню «Действия».

· Наблюдая изменения параметров генератора и сети по виртуальному графопостроителю программы, включите генератор на параллельную работу с сетью методом точной синхронизации. Для этого выполните следующие действия:

- Включите источник G2, нажав на кнопку «ВКЛ.» на его передней панели. Вращая регулировочную рукоятку источника G2, установите частоту вращения двигателя М1 (генератора G4) 1500 мин–1.

- Включите возбудитель G3, нажав на кнопку «ВКЛ.» на его передней панели. Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, установите напряжение между фазами (линейное) генератора G4 равным линейному напряжению сети. Равенство напряжений и частот генератора и сети определяйте по измерителю Р2.

- Обеспечьте условия синхронизации согласно табл. 4. (см. эксперимент 1.1.1) и подключите генератор к сети нажатием на кнопку «ВКЛ.» блока А5 синхронизации.

· Нагрузите генератор активной и реактивной мощностями, вращая регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 соответственно. Значения мощностей наблюдайте по измерителю P1 и по виртуальным приборам на экране монитора.

· Остановите силовой агрегат, выполнив следующие действия:

- Разгрузите генератор по активной и реактивной мощностям, вращая регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 соответственно.

- Отключите генератор от сети, нажав для этого кнопку «ОТКЛ.» блока А5 синхронизации.

- Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, снимите возбуждение с генератора G4. Отключите возбудитель G3 нажатием на кнопку «ОТКЛ.» на его передней панели.

- Вращая регулировочную рукоятку источника G2 против часовой стрелки до упора, остановите двигатель М1 (генератор G4). Отключите источник G2 нажатием на кнопку «ОТКЛ.» на его передней панели.

· Остановите сбор данных, нажав для этого виртуальную кнопку «Остановить»  или выбрав соответствующий пункт из меню «Действия».

· Переключатели режима работы блока А5 синхронизации, источника G2 питания двигателя постоянного тока, возбудителя G3 синхронной машины установите в положение «АВТ.».

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока ввода-вывода цифровых сигналов А8.

· Выберите автоматический режим работы, нажав для этого соответствующую виртуальную кнопку  на экране компьютера.

· Вращая регулировочные рукоятки, задайте уставки активной и реактивной мощностей.

· Задайте уставки управления, нажав на соответствующую виртуальную кнопку . Например, оставьте уставки, заданные по умолчанию.

· Нажмите на виртуальную кнопку «Запустить» .

· Нажмите на виртуальную кнопку программы «ПУСК». Генератор должен разогнаться, возбудиться, подключиться к сети и набрать заданные активную и реактивную мощности.

· Вращая виртуальные регулировочные рукоятки, измените уставки мощностей генератора и наблюдайте изменение их значений.

· Нажмите на виртуальную кнопку программы «СТОП». Генератор должен разгрузиться по активной и реактивной мощностям, отключиться от сети, плавно снизить возбуждение и остановиться.

· Нажмите на виртуальную кнопку программы «Остановить» .

· Нажмите на виртуальную кнопку программы «Отобразить записанный процесс» . На экране графопостроителя появятся зависимости записанных режимных параметров от времени. Проанализируйте их.

· Для проведения исследования влияния параметров синхронизации (скольжения, разницы напряжений генератора и сети, угол или время опережения и др.) на процесс синхронизации повторяйте эксперимент, задаваясь требуемыми значениями упомянутых параметров.

· При работе с программой следует пользоваться её возможностями:

- Для удобства определения значений величин по графикам на экране отображаются текущие координаты указателя мыши.

- На экране отображаются состояния выключателей источника G2, возбудителя G3 и блока А5 синхронизации.

- На экране отображается последовательность процесса автоматического управления.

- На экране имеется виртуальный синхроноскоп.

- Масштабирование осциллограмм производится путем нажатия на графике левой клавиши мыши и, не отпуская ее, перемещения манипулятора слева направо и сверху вниз. Возврат к начальному масштабу осуществляется обратным перемещением манипулятора – справа налево и снизу вверх.

- Двигать график осциллограмм относительно осей координат можно путем нажатия и удержания на соответствующем объекте правой кнопки мыши и ее одновременного перемещения в нужную сторону.

- Запись процессов производится программой в циклический буфер. Менять его параметры можно на вкладке «Запись процессов» в окне уставок управления.

- Уставку скольжения задавайте в диапазоне 0,1…1,0 %.

- Необходимо учитывать, что имеются погрешности определения режимных параметров, которые могут повлиять на выбор момента включения выключателя блока А5 синхронизации, кроме того, время включения этого выключателя также может колебаться в небольших пределах. Поэтому момент включения генератора в сеть носит вероятностный характер, другими словами, при одних и тех же уставках характер процессов в схеме может быть несколько различным. В связи с этим для более точной картины следует проводить несколько опытов с одними и теми же уставками параметров управления.

· По завершении экспериментов отключите источник G1 и выключатели «СЕТЬ» задействованных блоков. Закройте программу «Автоматическое управление - 2».

 






Приложение. Примеры результатов экспериментов

 

Эксперимент 1.1.1.  Автоматическое управление включением синхронного генератора на параллельную работу по способу самосинхронизации

 

На рис.1 приведено отображение результатов эксперимента на экране монитора. Условия эксперимента соответствуют рекомендованным в описании.

Рис. 1. Отображение результатов эксперимента на экране монитора

 


Эксперимент 1.1.2. Автоматическое управление включением синхронного генератора на параллельную работу по способу точной синхронизации

 

На рис. 2 приведено отображение результатов эксперимента на экране монитора. Условия эксперимента соответствуют рекомендованным в описании.

Рис. 2. Отображение результатов эксперимента на экране монитора


Эксперимент 1.2.1. Автоматическое регулирование частоты автономной электрической системы

 

На рис. 3 приведено отображение результатов эксперимента на экране монитора. Условия эксперимента соответствуют рекомендованным в описании.

Рис. 3. Отображение результатов эксперимента на экране монитора


Эксперимент 1.2.2. Автоматическое регулирование активной мощности синхронного генератора, работающего параллельно с электрической
 системой бесконечной мощности

 

На рис. 4 приведено отображение результатов эксперимента на экране монитора. Условия эксперимента соответствуют рекомендованным в описании.

Рис. 4. Отображение результатов эксперимента на экране монитора


Эксперимент 1.3.1. Автоматическое регулирование напряжения изменением возбуждения синхронного генератора

 

На рис. 5 приведено отображение результатов эксперимента на экране монитора. Условия эксперимента соответствуют рекомендованным в описании.

Рис. 5. Отображение результатов эксперимента на экране монитора


Эксперимент 1.3.2. Автоматическое регулирование напряжения изменением реактивной мощности статического тиристорного компенсатора

 

На рис. 6 приведено отображение результатов эксперимента на экране монитора. Условия эксперимента соответствуют рекомендованным в описании.

Рис. 6. Отображение результатов эксперимента на экране монитора


Эксперимент 1.4.1. Автоматическое управление режимом одномашинной автономной электрической системы

 

На рис. 7 приведено отображение результатов эксперимента на экране монитора. Условия эксперимента соответствуют рекомендованным в описании.

 

Рис. 7. Отображение результатов эксперимента на экране монитора

 


Эксперимент 1.4.2.  Автоматическое управление режимом одномашинной электрической системы, работающей параллельно с электрической системой бесконечной мощности

 

На рис. 8 приведено отображение результатов эксперимента на экране монитора. Условия эксперимента соответствуют рекомендованным в описании.

 

Рис. 8. Отображение результатов эксперимента на экране монитора


 










Инженерно-производственный центр «Учебная техника»

Автоматика
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ







Последнее изменение этой страницы: 2019-04-01; Просмотров: 238; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2022 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.822 с.) Главная | Обратная связь