Режимы узла нагрузки с электромашинами различных типов

Национальная  металлургическая Академия Украины

Криворожский металлургический факультет

Кафедра КСАУЭП

Задание на курсовой проект

 

Учебная дисциплина:      Электрические машины

 

Специальность:7.092203                     Семестр   6      Группа:АП-05 д.           Вариант 7-19

 

 Студент:                  Остапенко Р.В.                                                № З/К: N050198

               

 

Выдал:               (Корнилов Г.И)                                     Дата генерации: 29.01.08

 

Отчет по курсовой работе

Тема: Режимы узла нагрузки с электромашинами различных типов

1. Исходные данные

Для узла нагрузки, включающего  два СТ (6 кВ / 380 В) и работающие от одних шин(6 кВ) питающий асинхронный и синхронный двигатели(от общих шин 380В), необходимо:

                                                                        ВЫБРАТЬ

• Два СТминимальной стоимости.
• АД, способный развивать мощность не менее 158 кВт, приводя в действие механизм, необходимый момент, для пуска которого составляет 14 кГсМ при пуске и возрастает пол мере разгона на 0.13 кГсМ на каждый оборот в минуту.
• СД, мощность на валу которого меняется случайно от 0 до 225 кВт.

                                                              ОБОСНОВАТЬ

  выбор машин, обеспечивая при этом:

1. минимальную стоимость каждой из 4 машин, - цена для СТ и СД предполагается пропорциональной их номинальным мощностям, а для АД – произведению номинальной мощности на число пар полюсов;

2. мощность на валу АД – не ниже указанной;

3. устойчивость работы СД во всём указанном диапазоне мощностей на его валу;

4. отсутствие перегрузок по токам у всех машин во всех режимах, - в том числе при отключенном одном из двигателей;

5. чисто активный характер нагрузки на шинах 380 вольт.

При равенстве стоимости  вариантов – конкурентов, - принимать тот, который обеспечивает минимум среднего значения суммарных потерь энергии.

 

2.Оценка защиты проекта

Дата защиты________Оценка_________Подпись  преподавателя______________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Задание на курсовую работу.

2. Введение.
3. Расчет АД.

3.1. Предварительный выбор  АД.

3.2. Расчет параметров  схемы замещения.

3.3. Расчет рабочего  режима АД.

4. Расчет СД.

4.1. Предварительный выбор  синхронного двигателя.

4.2. Расчет рабочего  режима СД.

5. Расчет СТ.

5.1. Предварительная оценка суммарной установленной мощности.

5.2. Выбор пары силовых  трансформаторов 

5.3. Расчет рабочего  режима трансформаторов.

6. Результаты расчетов.
7. Список литературы.

 

2. Введение

Рис. 1. Расчетная схема.

Назначением курсовой работы является закрепление знаний в области свойств и возможностей взаимодействия основных типов электромашин.

В расчетную схему  входят:

два силовых трансформатора (СТ), обеспечивающих передачу энергии  от сети с линейным напряжением 6000 В к общим шинам 380 В;

асинхронный двигатель (АД), имеющий нагрузку с моментом сопротивления вращению:

где n — скорость вращения была [об/мин]; M_п и k — константы; причем мощность на валу АД  должна быть более P_min [кВт];

синхронный двигатель (СД), мощность на валу которого меняется случайно от нуля (холостой ход) до P_min [кВт].

По условиям выполнения курсовой работы предполагается наличие  «склада» электрических машин (СТ, АД, СД) с определенными значениями номинальных  мощностей и синхронных скоростей.

Считается, что стоимость машины определяется ее номинальной мощностью (для АД и СД, кроме того, — числом полюсов).

Предполагая также, что  на складе имеется по несколько вариантов  СТ, АД, СД одной и той же номинальной  мощности. Эти варианты отличаются значениями параметров, то есть поведением в нагрузочных режимах, но имеют равную стоимость.

 

 

Требуется произвести основной выбор типов и вариантов каждой из четырех электромашин, обеспечив  при этом:

• Мощность на валу АД — не ниже указанной в индивидуальном задании;
• Устойчивость работы СД при случайном изменении мощности на валу в указанных пределах;
• Отсутствие реактивной мощности в шинах 380 В при одновременной работе АД и СД;
• Отсутствие перегрузок по току всех машин во всех режимах — в том числе при отключении одного из двигателей;
• Минимум стоимости каждой из четырех машин;
• Минимум среднего значения мощности суммарных потерь энергии в расчетной схеме при одновременной работе АД и СД.

 

Расчет курсовой работы

3. Расчёт и выбор асинхронного двигателя.

3.1. Предварительный выбор АД

Исходные данные для  расчета АД: М_п = 14 кГс·м (постоянный момент на валу двигателя), k = 0.13 - коэффициент, определяющие характер изменения момента нагрузки на валу, и P_min = 158 (кВт) — значение минимальной мощности на валу АД.

Для нахождения установившейся скорости АД необходимо решить уравнение равенства момента на валу двигателя и момента сопротивления:

Отсюда  n = 1512.6 об/мин.

Для выбора P_вn — номинальной мощности на валу АД, из 14 групп АД имеющихся на складе с номинальной мощностью:15, 22, 30, 45, 55, 75, 90, 110, 132, 160, 200, 250, 315, 400 кВт. Требуется чтобы P_vn > P_min (М_с < М_в). Из ряда предлагаемых двигателей выберем двигатель с P_вn = 160(кВт), n = 1500 ^об/_мин  (р = 2):

;  .

что требовалось  для данных условий.

Для любого двигателя  любой подгруппы имеются 5 вариантов  исполнения - одинаковой цены, но с различными параметрами (чтобы найти s_кр, воспользуемся формулой Клосса)

 тогда 

Таблица 1. Складские  данные 5 вариантов исполнения АД.

Вариант исполнения АД	1	2	3	4	5
Номинальное КПД, %	78,5	80,0	81,5	83,0	84,5
Номинальный коэф. Мощности, %	90,0	88,0	86,0	84,0	82,0
Номинальное скольжение, %	4,15	3,90	3,65	3,40	3,15
Пусковой момент, ОЕ	1,05	0,86	0,71	0,58	0,48
Максимальный  момент, ОЕ	2,6	2,3	2,1	2,0	1,8
Активное сопротивление  статора, %	4,75	4,50	4,25	4,00	3,75
Критическое скольжение, %	20.750	17.048	14.405	12.689	10.384

 

3.2. Расчет  параметров схемы замещения АД.

Для расчета рабочего режима двигателя допускается использовать уравнения, соответствующие упрощенной схеме замещения.

Рис. 2. Упрощенная схема  замещения АД.

В этой схеме все величины и параметры выражены в относительных  единицах, и представляют собой

U₁ — напряжение питающей цепи;

I₁ — ток статора;

I_о — намагничивающий ток;

I₂ — ток ротора;

G₀ — эквивалент потерь мощности в стали;

B₀ — эквивалент действия основного поля;

R_k — эквивалент потерь мощности в обмотках;

X_k — эквивалент действия полей рассеивания статора и ротора;

R₂ — эквивалент потерь ротора;

s — скольжение.

 Расчетаем  параметры схемы замещения по  первому варианту исполнения  АД:

1. Определим  базисные значения мощности, тока, момента и сопротивления:

 

 

2. Определяю  номинальный момент на валу:

3.Найдем значения  коэффициентов нагрузки (в ОЕ):

; .

4. Находим относительные  значения сопротивлений статора и ротора:

;  ; ; .

 

5. Находим сопротивление  контура ротора при номинальном  скольжении:

 

6. Определяем составляющие тока ротора в номинальном режиме (в ОЕ):

7. Вычислим составляющие  тока статора в номинальном  режиме (в ОЕ):

8. Находим параметры  контура намагничивания:

9. Найдём суммарные потери мощности в номинальном режиме и эквивалент потерь на трение:

 

3.4. Расчет  рабочего режима АД:

1. Определяем  значение скольжения асинхронного  двигателя в рабочем режиме:

Рабочее скольжение будет равно скольжению, при котором момент сопротивления будет равен моменту на валу двигателя рассчитывая уравнение

,

находим:

Делаем проверку для 2, 3, 4 и 5 групп АД и проверяем  не перегружены ли они, и в результате расчетов убеждаемся, что все двигатели не будут перегружены

2. Рабочий момент  на валу асинхронного двигателя  равен:

;

3.Рассчитываем относительное сопротивление ротора при рабочем скольжении:

4. Определяем  активный и реактивный ток  ротора в рабочем режиме:

5. Вычислим составляющие  тока статора через параметры  контура намагничивания:

6. Определим  коэффициент мощности в рабочем  режиме:

7. Определяю  суммарные потери АД в рабочем  режиме:

8. Находим КПД  двигателя в рабочем режиме, а  также критерий оптимальности  (выбираем тот двигатель, у которого наибольшее значение V):

Проделываю  те же расчёты для 2, 3, 4, 5 групп исполнения двигателя. Результаты заношу в таблицу 2.1:

 

Таблица 2.1 Складские  и расчетные параметры  АД (с  мощностью 160 кВт).

Варианты исполнения АД	1	2	3	4	5
Номинальное фазное напряжение Uн	220
Номинальное скольжение S	0.0415	0.039	0.0365	0.0340	0.0315
Рабочее скольжение Sp	0.031	0.0299	0.0286	0.0266	0.0248
Развиваемая мощность Pp, кВт	169.943	172.924	174.876	176.545	177.927
Рабочий ток статора I1p1 ОЕ	0.3599	0.3654	0.3689	0.3728	0.377
Номинальный кпд %	78.5	80.0	81.5	83.0	84.5
Рабочий кпд %	64.62	67.21	69.35	71.35	73.48
Номинальный коэф. мощности cosj	0.9	0.88	0.86	0.84	0.82
Максимальный  момент Mmax О.Е	2.6	2.3	2.1	2.0	1.8
Развиваемый момент Mc Н.м	120.109	120.1091	120.1093	120.1095	120.1097
Суммарная мощность потерь О.Е	0.3287	0.297	0.271	0.246	0.2223
Критерий оптимальности V О.Е	0.6003	0.6087	0.6129	0.6154	0.6164