Расчет параметров и математическое моделирование режима напряжения и электропотребления короткозамкнутого асинхронного электродвигателя и ЛЭП
Математическое моделирование энергетических или рабочих характеристик асинхронного двигателя (АД). Расчет параметров режимов работы АД. Расчет энергетических характеристик АД с учетом параметров питающей линии, ожидаемого годового экономического эффекта.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.05.2010 |
| Размер файла | 360,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство образования и науки Республики Татарстан
Альметьевский государственный нефтяной институт
Кафедра «Электроэнергетика»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Электрические сети и подстанции»
на тему:
«Расчет параметров и математическое моделирование режима напряжения и электропотребления короткозамкнутого асинхронного электродвигателя и ЛЭП»
Вариант № 19
Выполнил: студент гр. 55-51
Хайрулина Г.С.
Проверил: д.т.н., профессор
Нурбосынов Д.Н.
Альметьевск - 2010
Исходные данные
Параметры трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя.
Тип электродвигателя ВАО;
Номинальная мощность на валу, кВт P2н = 75;
Номинальное линейное напряжение, В U1н=380 В;
Схема соединения обмоток статора (В=0);
Номинальный коэффициент полезного действия, % н = 0,92;
Номинальная частота вращения ротора, об/мин nн = 590 об/мин;
Номинальный коэффициент мощности cosн=0,73;
Ток холостого хода в долях номинального kio = I1о/I1н=0,530;
Отношение пускового тока к номинальному k1п=I1п/I1н=5,0;
Отношение пускового момента к номинальному kмп=Мn/Мн=2,4;
Отношение максимального момента к номинальному kмм=Мм/Мн=2,2;
Наружный диаметр сердечника статора, мм D1н=450 мм;
Активное сопротивление обмотки статора при 15 0С, Ом R10=0,108 Ом;
Частота напряжения питающей сети, Гц 1=50;
Определение основных параметров АД
Индивидуальное задание.
Мощность, потребляемой электродвигателем из сети, P1н.
Линейный ток, I1н.
Фазный ток, I1фн.
Скольжение, Sн.
Частота тока в роторе, 2н.
Общие потери в АД в номинальном режиме, ?P.
Потери в обмотках статора, Pэ1.
Потери в обмотках ротора, Pэ2.
Потери в стали ротора, Pст.
Потери на трении, Pтр.
Добавочные потери, Pдоб.
Мощность потребляемую АД при холостом ходе, P10.
Коэффициент мощности при х.х., coso.
Пусковой ток АД, I1п.
Потери в обмотках статора при пуске, Pэ1п.
Моменты: номинальный Мн ;
пусковой Мп;
максимальный Мм.
Критическое скольжение, Sкр.
Параметры упрощенной Г-образной схемы замещения:
- Индуктивное сопротивление короткого замыкания (К.З.), Хк.
- Приведенное активное сопротивление обмотки ротора, .
- Активное индуктивное сопротивления контура намагничивания R0,Х0.
Используя схему замещения и задаваясь значениями скольжения S=(0,25…1,25) Sн с шагом 0,05 рассчитать и построить рабочие характеристики АД.
Математическое моделирование энергетических или рабочих характеристик АД
Расчет параметров режимов работы асинхронного двигателя
Расчет параметров режимов работы АД производится с использованием микрокалькуляторов.
1. Номинальный режим
Мощность, потребляемая двигателем из сети:
Р1н = Р2н /н=75 000/0,92=81 522 ,Вт.
Синхронная частота вращения:
n0= 60 f1 /р=6050/5=600, об/мин.
Номинальное скольжение:
sн = (п0-пн)/п0=(600-590)/600=0,017.
Номинальный момент двигателя:
Мн=Р 2н /н = 9,549 · Р2н 103/пн=9,54975 000/590 = 1 214 Нм,
где: н =2· ·пн/60=(2· ·1 /р) (1-sн), рад/с.
Линейный ток статора при номинальной нагрузке:
I1н = Р1н /(U1н cos1н)=81 522/(380 0,73)=170, А.
Фазный ток статора при номинальной нагрузке.
I1фн = I1н /()1-В= I1н= 98, А,
где В=0 (при схеме соединения обмоток треугольником).
Частота тока в роторе при номинальной частоте вращения:
f2н = sн f1=0,01750=0,83, Гц.
Потери в двигателе в номинальном режиме:
P1н = Р1н - P2н=81522 - 75000=6 522, Вт.
Потери на трение:
Pтр = k (п0/1000)2 (D1н/1000)3=3,44 (6Ґ103/103)2 (450/103)3=113, Вт,
где: k = 3+0,5·(D1н -100)/400=3,4375.
Добавочные потери в двигателе:
Pдоб = 0,005P1н=0,005 81 522=408, Вт.
Активное сопротивление обмотки статора при 75С:
R1 = kт R10=1,240,108=0,134, Ом.
где: kт = 1,24 - коэффициент, учитывающий изменение активного сопротивления обмотки статора при нагревании от 15С до 75С.
Потери в обмотках статора:
Pэ1н = 3·I21фн R1=320020,134=3 855, Вт.
Полная механическая мощность:
Рмех- = P2н + Pтр + Pдоб=75 000+133+407,61=75 520 , Вт.
Потери в обмотках ротора:
Pэ2н = sн /(1- sн) Рмех=0,017/(1-0,017) 75 520=1 280, Вт.
Потери в стали магнитопровода АД:
Pст = P1н -Pэ1н - Pэ2н - Pтр - Pдоб=3822 -3855- 1280 -113 - 408 =866 , Вт.
2. Режим холостого хода
Фазный ток статора:
I1ф0 = I1фн ·(I10/ I1н)= I1фн kio =200 0,53=52, А.
Линейный ток статора:
I10 = I1ф0 ()1-В=30, А.
Потери в обмотках статора:
Pэ10 = 3·I21ф0 R10=35220,108=873, Вт.
Мощность, потребляемая двигателем из сети:
P10 = Pэ10 +Pтр +Pдоб +Pст=873+113+408+866 = 2 260, Вт.
Коэффициент мощности:
cos10 = P10 / (U1нI10)=2260/(38030)=0,115.
3. Пусковой режим
Линейный ток статора:
I1п = kI п I1п=5200=848, A.
Фазный ток статора:
I1фп = I1п /()1-В=490, A.
Потери мощности в обмотках статора
Рэ1п = 3·I21фп R10=349020,108 = 77 728, Вт.
Пусковой момент двигателя (при s=1):
Мп = kмп Mн=1,4 1214=1 699, Нм.
Критическое скольжение:
sкр = sн ·(kмм + )=0,017(2,2+)=0,069.
Максимальный момент двигателя (при s=sкр):
Mм= kммMм=2,2 1214=2 670, Нм.
3.1 Расчетная схема цепи, включающей АД и питающую линию
На расчетной схеме АД (рис.1)представляется в виде Г-образной схемы замещения. Расчет параметров схемы замещения АД ведется для одной фазы.
Рис.1. Расчетная схема цепи
Индуктивное сопротивление короткого замыкания:
=0,265 Ом,
где U1фн = U1н /()B=219, В - номинальное фазное напряжение двигателя.
Приведенное активное сопротивление обмотки ротора:
R2 = sн ·k1+=0,027, Ом,
где: k1 = (3·p·U21фн /4· ·1 ·Mн) - R1=0,81.
Модуль полного сопротивление контура намагничивания:
Z0 = U1фн / I1ф0=219/16=4,226 Ом;
Активное и индуктивное сопротивление контура намагничивания:
R0=P10 / (3I21ф0)=2260/(3Ґ522)=0,279 Ом;
Х0=4,216, Ом;
0 = arctg (X0/R0)= arctg(4,216/0,279)=1,505.
На расчетной схеме питающая линию представляется в виде предвключенных активного Rл и индуктивного Xл сопротивлений. Расчетная схема одной фазы цепи представлена на рис.1.
3.2 Расчет энергетических характеристик АД с учетом параметров питающей линии
Для определения напряжения на зажимах двигателя в любом режиме его работы необходимо рассчитать полное сопротивление двигателя Zдв, полное сопротивление линии Zл и эквивалентное сопротивление Zэ = Zл + Zдв по схеме замещения на рис.1.
Сопротивление двигателя в комплексной форме:
Zдв = (R0+jХ0)(R11+jХk)/(R0+R11) j(Х0 + Хk)= Rдв +jXдв=1,302+j0,719 ,
где:
Rдв = (R20 R11 +R0 R211 +Х20R11 + Х2k R0) /(R0 +R11) 2+ (Х0 + Хk) 2=1,302, Ом;
Xдв = (X20Xk+ X2k X0 + R20Xk +R211Х0) /(R0 + R11)2+ (Х0 + Хk) 2=0,719;
R11 = R1+ R2/s=0,134+0,018/0,017=1,704.
Z11 ==1,725 Ом.
Тогда
Z'дв =Zдв е j дв=1,487Ґе j0,505
где:
Zдв ==1,487 Ом;
дв = arctg (Хдв/Rдв)=0,505.
Эквивалентное сопротивление:
Zэ = Zл + Zдв =Z'э е jэ=1,49Ґе j0,505=2,47,
где:
Z'э ===1,49
Rэ =Rл + Rдв=1,305
Хэ = Xл + Xдв=0,722
э = arctg (Хэ/Rэ)=0,505.
Ток, потребляемый двигателем из сети:
I1ф = Uсфн/ Z11 = 147, А,
где: Uсфн = U1фн /()1-В -- номинальное фазное напряжение в питающей сети.
Напряжение на зажимах двигателя:
U1ф = I1ф Zдв = 147Ґ1,487=218,8, В.
Потери напряжения в линии:
U1 = Uсфн,- U1ф = 219,39 -2 18,8=0,591 В.
Ток рабочей ветви:
I2ф= U1ф/ Z11 = 218,8/1,725=127, A,
Электромагнитная мощность:
Рэ = 3·I22ф (R2/ s) =3Ґ1272 Ґ(0,026/0,017) = 75 820, Вт.
Активная мощность на валу двигателя:
Р2 = Рэ (1- s)=75 820Ґ(1-0,017)=74 556, Вт.
Активная мощность, потребляемая двигателем из сети:
Р1= 3· U1ф I1ф cosдв =84 726 Вт.
Потеря активной мощности определяется:
Р = Р1 - Р2 = 84 726 - 75 556 = 9 170 Вт.
Реактивная мощность, потребляемая двигателем из сети:
Q1= 3· U1ф I1ф sinдв = 46 816 вар.
Полная мощность, потребляемая двигателем из сети:
96 831, кВА.
Активная мощность, потребляемая двигателем в компенсированной сети:
Р1с = Р1 / 1,008 = 84 089 кВА
Реактивная мощность, потребляемая двигателем в компенсированной сети:
Q1с= Q1 - 0,6ҐQ1= 18 727 вар.
Полная мощность, потребляемая двигателем в компенсированной сети:
86 149 , кВА.
Коэффициент полезного действия двигателя:
=Р2 /Р1 = 0,88
Частота вращения ротора:
п2 = п0 ·(1-s)=600Ґ(1-0,017)=590 , об/мин.
Момент двигателя:
М=9,549 ·Р2/п2=1 207 , Нм.
Математическое моделирование показателей рабочих и энергетических характеристик АД производится по известной математической модели и методике 1.
При математическом моделировании показателей рабочих и энергетических характеристик АД задаются скольжением s=(0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25)*sн и напряжением U1=(0.8; 0.85; 0.9; 1.0; 1.05; 1.1)*U1 и определяют cos; ; n2; M; I1ф; U1; Р1; Р2; Q1; S1; Q1c; S1c; Р; U (табл.2 и 3) Величина потери напряжения U не должна превышать (-0,05…+0,1)Uн [2].
По данным вычислений (таблица 5) строят: рабочие характеристики двигателя Р1; cos; ; M; I; n2; s =f(P2) и оценивают потерю напряжения в питающей линии.
Энергетические характеристики асинхронного электродвигателя и ЛЭП строятся по значениям, которые приведены в таблице 5: U1; Р1; Р2; Q1; S1; Q1c; S1c; Р; U; cos; = f(U1).
Показатели режима работы АД в относительных единицах определяются из выражения:
Р1 =Р1/Sн=77419 / 102740=0,754
Q1 =Q1/Sн=77438 / 102740=0,754
S1 =S1/Sн=109501 / 102740=1,066
Р1с =Р1чс/Sн=76805 / 102740=0,748
Q1c =Q1чc/Sн=30975/102740=0,301
S1c =S1c/Sн=82816/102740=0,806
Р2 =Р2/Sн=73696/102740 = 0,717
Р*=Р/Sн=3723/102740=0,0362
М =М/Мн = 1193/1214=0,983
I1ф = I1ф/I1фн=183/200=0,915
U1 =U1 / Uн= … /380 =
U = U/U1фн=0,760/185,72=0,00097
4. Расчет ожидаемого годового экономического эффекта
Годовой ожидаемый экономический эффект рассчитывается по стоимости электроэнергии в неуправляемой и управляемой системе АД и ЛЭП, где определенны оптимальные и рациональные уровни напряжения, а также рациональный уровень напряжения стабилизирован в центре питания путем автоматического управления привода РПН (регулирование напряжения нагрузкой) силового трансформатора.
4. Расчет определяемого экономического эффекта.
Исходные данные
В качестве исходных данных используются результаты математического моделирования (таблица 2) по которым определены энергетические параметры системы АД и ЛЭП.
Расчет производится по методу сравнения вариантов:
а) исходные данные из таблицы 2: Р1=84,379 кВт; Q1=47,574 квар; S1=96,866 кВА существующего варианта I (свободный режим напряжения);
б) исходные данные из таблицы 2: Р1с=84,356 кВт; Q1c=18,500 квар; S1c=86,361 кВА предлагаемого варианта II (стабилизированный уровень напряжения при использовании индивидуальных УПЕК).
Ен = 0,15- нормативный коэффициент вычисления по отрасли;
ЕА = 0,1 - нормативный коэффициент отчисления по амортизации;
Ет.р.= 0,1 - нормативный коэффициент отчисления на ремонт;
m1 = 619,39 руб/кВт - ставка за мощность 2-х ставочного тарифа;
m2 = 0,8252 руб/кВт*ч - ставка за энергию 2-х ставочного тарифа;
0,008Ґm2 - оплата за потребление реактивной мощности руб/квар*ч;
Ожидаемый годовой экономический эффект
Эг = ЗI - ЗII = ЕКI + СI - ЕКII + СII
где: Е - суммарный коэффициент нормативного отчисления;
Е = Ен + ЕА + Ет.р.=0,15+0,1+0,1=0,35;
ЗI ; ЗII - суммарные приведенные затраты по вариантам;
КI; КII - капитальные затраты по вариантам;
СI; СII - текущие затраты.
Принятые организационные мероприятия по совершенствованию режима напряжения электропотребления не имеет капитальных затрат, поэтому КI и КII равны 0. Текущие затраты учитывают только стоимость электрической энергии. Поэтому в данном расчете приведенные затраты равны текущим и равны затратам на электроэнергию.
ЗI = СI = СэI ; ЗII = СII = СэII .
Следовательно, ожидаемый годовой экономический эффект определяется как разность затрат за электроэнергию.
Стоимость активной электроэнергии по существующему варианту осуществляется как:
WaI = KфTРэI - годовое потребление активной энергии, [кВтч
WрI = KфTQэI - потребление реактивной мощности, [кварч;
Kф - коэффициент, учитывающий число часов работ в год;
Kф = 0,955;
Т - число часов работы в год, Т = 8760;
Определяем ожидаемое годовое потребление активной и реактивной мощностей:
по существующему варианту I:
WaI = 0,955876084,379 = 705 898 , [кВтч;
WрI = 0,955876047,574 = 397 995, [кварч;
Ws1= 0,955876096,866 = 810 362, [кВА;
по предлагаемому варианту II:
WaII = 0,955876084,089 = 703 472, [кВтч;
WрII = 0,955876018,727 = 156 666, [кварч;
WsII = 0,955876086,361 =722 479, [кВА;
Определяем стоимость электроэнергии:
по существующему варианту I (табл.6):
СэI = 12m1РI + WsIm2 +WpI0,008m2 = 1 298 498, [руб.;
по предлагаемому варианту II (табл.6):
СэII = 12m1РIc + WsIIm2 +WpII0,008m2 = 1 224 203, [руб.;
Ожидаемый годовой эффект (табл.6):
Эг = СэI ? СэII = 1 298 498 - 1 224 203 = 74 295, руб.
Затраты на электрическую энергию по предлагаемому варианту меньше, чем по существующему, поэтому предлагаемый вариант является более эффективным в экономическом отношении.
С технической точки зрения стабилизация рационального уровня напряжения и индивидуальная компенсация реактивной мощности, и компенсация потерь напряжения в линии существенно улучшает режим работы всего электрооборудования и улучшает энергетические и экономические параметры, рассматриваемой системы АД и ЛЭП.
Литература
1. Абромович Б.Н., Коновалов Б.П., Махалов Ю.А. "Электротехника" Методические указания к курсовой работе для студентов специальности 0506. -Ленинград.:1984 г.
2. ГОСТ 13109-87 "Нормы качества электрической энергии у электроприемников общего назначения." М.:Госстандарт, 1987 г.
3. Электротехнический справочник. М.:Энергоатомиздат, 1986 г.
4. Нурбосынов Д.Н. «Основы электроснабжения».
5. Методические указания по выполнению курсовой работы на тему «Расчет параметров и математическое моделирование режима напряжения и электропотребления короткозамкнутого асинхронного электродвигателя и ЛЭП», Альметьевск, 2004 г.
Подобные документы
Выбор основных размеров асинхронного двигателя. Определение размеров зубцовой зоны статора. Расчет ротора, магнитной цепи, параметров рабочего режима, рабочих потерь. Вычисление и построение пусковых характеристик. Тепловой расчет асинхронного двигателя.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 27.09.2014Расчёт параметров электрической схемы замещения для трехфазного энергосберегающего асинхронного двигателя, моделирование его работы в программе Multisim. Построение графиков, отображающих зависимость различных механических характеристик двигателя.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 19.09.2013Расчет статора, ротора, магнитной цепи и потерь асинхронного двигателя. Определение параметров рабочего режима и пусковых характеристик. Тепловой, вентиляционный и механический расчет асинхронного двигателя. Испытание вала на жесткость и на прочность.
курсовая работа [4,8 M], добавлен 10.10.2012Расчет параметров схемы замещения асинхронного двигателя; мощности, потребляемой из сети. Построение механической и энергомеханической характеристик при номинальных напряжении и частоте. Графики переходных процессов при пуске асинхронного двигателя.
курсовая работа [997,1 K], добавлен 08.01.2014Изоляция обмотки статора и короткозамкнутого ротора. Активные и индуктивные сопротивления обмоток. Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными закрытыми пазами. Расчет параметров номинального режима работы асинхронного двигателя.
курсовая работа [4,3 M], добавлен 15.12.2011Расчет исходных данных двигателя. Расчет и построение естественных механических характеристик асинхронного двигателя по формулам Клосса и Клосса-Чекунова. Искусственные характеристики двигателя при понижении напряжения и частоты тока питающей сети.
курсовая работа [264,0 K], добавлен 30.04.2014Выбор вентилятора, расчет мощности и выбор электродвигателя. Механическая характеристика асинхронного двигателя. Выбор преобразователя частот. Компьютерное моделирование энергетических характеристик частотно-управляемых электроприводов в среде Matlab.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 26.05.2012Расчет конструкции асинхронного двигателя, выбор технических параметров рабочего режима. Расчет обмоток статора и ротора магнитной цепи. Определение пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния; тепловой расчет.
курсовая работа [580,0 K], добавлен 06.05.2014Расчет площади поперечного сечения провода обмотки статора, размера его зубцовой зоны, воздушного зазора, ротора, магнитной цепи, параметров рабочего режима, потерь, пусковых характеристик с целью проектирования трехфазного асинхронного двигателя.
курсовая работа [945,2 K], добавлен 04.09.2010Определение допустимых электромагнитных нагрузок и выбор главных размеров двигателя. Расчет тока холостого хода, параметров обмотки и зубцовой зоны статора. Расчет магнитной цепи. Определение параметров и характеристик при малых и больших скольжениях.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 11.12.2015
