Режимы узла нагрузки с электромашинами различных типов

По произведенным  расчетам видно, что двигатели с  мощностью 200 кВт ни одной из пять групп исполнения не подходят т.к. ни один из них не развивает достаточную мощность. Проверим двигатели мощностью 250 кВт всех пяти групп по формулам приведенным ранее.

 

Таблица 2.2 Складские  и расчетные параметры  АД (с мощностью 200 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	0.038	0.0368	0.0349	0.0329	0.0308
Развиваемая мощность Pp, кВт	202.098	205.808	208.478	210.956	213.221
Рабочий ток  статора I1p1 ОЕ	0.509	0.5193	0.5258	0.5325	0.5394
Номинальный кпд %	78.5	80.0	81.5	83.0	84.5
Рабочий кпд %	62.74	65.36	67.57	69.74	71.87
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	120.1082	120.1084	120.1086	120.1088	120.109
Суммарная мощность потерь О.Е	0.3391	0.3072	0.2806	0.2552	0.2313
Критерий оптимальности V О.Е	0.5711	0.5796	0.5845	0.5883	0.5910

По произведенным  расчетам видно, что двигатель с мощностью 250 кВт подходят все пять групп исполнения двигателя. По критерию оптимальности выбираем двигатель пятой группы исполнения.

 

4. Расчёт  и выбор синхронного двигателя

4.1. Предварительный  выбор синхронного двигателя

Исходными данными для выполнения этого раздела проекта является максимальная мощность на валу СД и необходимая реактивная мощность на зажимах статора, которая должна компенсировать реактивную мощность  АД.

В качестве привода механизма  предлагается выбрать один из 100 синхронных двигателей, имеющихся в наличии.

Паспортные данные двигателей равны  следующим величинам:

• номинальное фазное напряжение якоря равно 220 В.
• питание цепи возбуждения осуществляется от источника с напряжением 220 В.
• имеются двигатели со следующими номинальными мощностями (на валу):

55 , 75 , 90 , 110 , 132 , 160 , 200 , 250 , 315 , 400 кВт

• коэффициент приведения М.Д.С. якоря к масштабу М.Д.С. возбуждения по продольной оси  kad = 0.9, по поперечной  kaq = 0.6 .
• для любой разновидности двигателей имеется значение номинального коэффициента мощности:

разновидность 9500 — коэф. мощности 100%, к.п.д. 95%

разновидность 8100 — коэф. мощности 90%, к.п.д. 90%

• характеристика холостого хода для любого двигателя может представлена следующим образом: М.Д.С.  равна четвертой степени Э.Д.С.
• для каждой номинальной мощности и каждой разновидности имеются по пять двигателей одной стоимости, отличающихся внутренними параметрами:

Таблица 3. . Складские  данные  СД.

Варианты СД	1	2	3	4	5
% базисного тока возбуждения от Iн	3.25	3.50	3.75	4.00	4.2
Предельный ток возбуждения, ОЕ	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7
²Сопротивление² рассеяния якоря, %	9.5	9.0	8.5	8.0	7.5
Мощность потерь холостого  хода, %	3.8	3.6	3.4	3.2	3.0

 

2. Выбираем необходимую  мощность синхронного двигателя:

Из стандартного ряда возьмем СД с 

8100:

 

9500:

 

3. Выбираем СД с  большей ближайшей номинальной  мощностью из ряда двигателей  находящихся на складе: разновидности 9500 ( так как для него требуется меньший активный ток и, следовательно, меньше нагрузка на СТ).

4. Находим базисные величины:

   

где m – отношение базисов токов.

     

5.Определим значение  напряжения и номинальной мощности на валу в относительных единицах:

6. Находим активное  сопротивление обмотки СД:

 

7. Находим активную составляющую тока якоря:

Решая данное квадратное уравнение, получим активную составляющую тока якоря:

8. Полный ток якоря равен:

4.2. Расчет рабочего  режима СД

1. Находим угол между напряжением и током якоря:
2. Вычисляем величину результирующей Э.Д.С.:

она равна 

3. Находим фазу результирующей Э.Д.С.:
4. Определим угол сдвига векторов сетевого напряжения и результирующей Э.Д.С.:

5. Определяем результирующую М.Д.С.:

6. Для сравнения рассчитаем  угол выбега ротора по формуле:

7. В соответствии с  векторной диаграммой находим  угол пси — между вектором  тока якоря и Э.Д.С. возбуждения: 

8.  Находим продольную и поперечную составляющую тока якоря:

  

9.  Определяем продольное  и поперечное значение  М.Д.С.  якоря:

  

10. Находим ток и М.Д.С. возбуждения:

Так как необходимый  ток возбуждения при расчете  оказался больше предельно допустимого  для данного варианта, то расчет первого варианта СТ прекращаем и  по уже известным формулам пересчитываем  все до значения токов возбуждения  по 2, 3, 4, 5 вариантам двигателей:

 

по проведенным расчетам видно что, только двигатели 5-го варианта исполнения, мощностью  разновидности 9500 подходят по условию.

 

Продолжаем расчет по 5 варианту СД.

11. Находим величину  потерь на возбуждение: 

12. Определяем  потери в меди в рабочем  режиме:

13. Суммарные потери  двигателя равны:

14. Активная мощность, потребляемая двигателем из сети равна:

   

15. Находим к.п.д. синхронного  двигателя: 

Результаты  заношу в таблицу 4:

Таблица 4. Расчетные  параметры СД.

Вариант исполнения СД		9500 –  5
Номинальное фазное напряжение, В		220
Мощность потерь холостого хода, %		3.0
Коэффициенты  приведения МДС якоря	Продольная  ось	0.9
	Поперечная  ось	0.6
Номинальный коэффициент  мощности cos(j), %		100
Номинальная мощность на валу, кВт		315
% базисного тока возбуждения от статорного		4.2
Рабочий ток  якоря, О.Е.		0.8692
Угол между  напряжением и током якоря j , град.		-46.58
Угол сдвига вектор. Uсет и результирующей Э.Д.С. g, град.		3.7956
Результирующая  М.Д.С. , О.Е.		0.9405
Угол выбега ротора q , град.		14.5646
Угол пси y , град.		-63.0321
Составляющие  тока якоря , О.Е.	Продольная  ось	-0.7747
	Поперечная  ось	0.3942
Значения М.Д.С. якоря , О.Е.	Продольная  ось	-0.6972
	Поперечная  ось	0.2365
Рабочий ток  возбуждения Iв, О.Е		1.6075
Максимальный  ток возбуждения, О.Е		1.7
Потери на возбуждение, ОЕ		0.0231
Мощность потерь в меди, О.Е		0.0151
Суммарные потери двигателя, кВт		22.4196
Рабочий К.П.Д., О.Е		0.9222

 

5. Расчёт  и выбор силовых трансформаторов.

Исходными данными для  выбора двух СТ, снабжающих энергией асинхронный и синхронный двигатели, являются значения сетевых этих двигателей. Существует три возможных режимов работы:

• работают АД и СД, последний в режиме максимальной мощности на валу;
• работает только АД;
• работает только СД - в режиме максимальной мощности на валу.

Таблица 5. . Складские  данные  СT.

Варианты исполнения СТ	A	B	C	D	E	F	G	H
Номинальная мощность при  схеме звезда-звезда Sn,  кВА	100	100	180	180	320	320	560	560
Входное фазное напряжение при холостом ходе Ufxx1, В	100	100	100	100	100	100	100	100
Выходное фазное напряжение при холостом ходе Ufxx2, В	1571	1572	1574	1576	1568	1573	1575	1576
Мощность потерь в  стали при номинальном напряжении DPst, кВт	0.63	0.63	1.0	1.1	1.8	1.6	2.5	2.4
Номинальное напряжение опыта короткого замыкания Ufnkz, В	180	181	187	208	173	191	201	191
Мощность потерь в  меди при номинальном токе DPm, кВт	2.2	2.0	4.2	4.0	6.0	6.2	10.0	10.3
Номинальное фазное напряжение низковольтной обмотки Ufnn, В	220
Номинальное фазное напряжение высоковольтной обмотки Ufnv, В	3470