Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Рекомендовано Дальневосточным





СУДОВАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Часть 1

 

РАСЧЕТ АВТОМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ СУДОВЫХ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Рекомендовано Дальневосточным

учебно-методическим центром

в качестве учебного пособия для

студентов технических

специальностей вузов региона

 

 

Владивосток


УДК 629.12(075.8)

 

Кувшинов Г.Е. Судовая автоматизированная электростанция: Учеб. пособие. ч. 1.–Владивосток: Изд-во Дальневост. гос. техн. ун-та, 2001.-60 с.

 

 

Учебное пособие “Расчет автоматических регуляторов возбуждения судовых синхронных генераторов” предназначено для обеспечения курсового проектирования по дисциплине “Судовые электроэнергетические системы” для студентов специальности 1809 “Электрооборудование и автоматика судов”.

Оно может быть полезным для магистрантов, аспирантов и инженерно-технических работников этой специальности.

Пособие состоит из задания на курсовой проект, таблицы вариантов заданий, примеров расчетов систем прямого амплитудно-фазового компаундирования (ПАФК), сопровождаемых методическими указаниями, и необходимых справочных данных.

 

Рецензенты:

Д-р техн. наук, проф. В.Ф. Веревкин;

Канд. техн. наук, доц. В.Я. Молочков.

 

 

Печатается с оригинал-макета,

подготовленного автором

 

 

(с) Г.Е. Кувшинов, 2001

(с) Изд-во ДВГТУ, 2001

 

 
 

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

 

1. Задание на курсовой проект...........……....……..…...............................  
2. Общие методические указания...............................…...........................  
3. Номинальные данные и характеристики синхронного генератора ….  
4. Определение тока возбуждения и его компаундирующей составляющей при номинальном напряжении ……………………………….  
5. Определение тока возбуждения и его компаундирующей составляющей при расчетном напряжении …………………………………..  
6. Проверка обеспечения системой возбуждения требуемой перегрузки генератора...............……………………………………………………..  
7. Выбор выпрямителя, питающего обмотку возбуждения, и расчет его входного сопротивления ……………………………………………….  
8. Расчет основных параметров системы ПАФК и проверка обеспечения начального самовозбуждения ……………………………………..  
9. Расчет регулировочных характеристик генератора и системы ПАФК при номинальном коэффициенте мощности ………………………….  
10. Расчет параметров устройства коррекции напряжения.............……..  
11. Расчет реактора с воздушным зазором....................................……….  
12. Расчет компаундирующего трансформатора...................……………..  
13. Расчет регулировочных характеристик системы ПАФК при индуктивной нагрузке СГ …………………………………..…………..  
14. Расчет регулировочных характеристик генератора при индуктивной нагрузке ………………………………………………………………….  
15. Внешняя характеристика генератора с системой ПАФК …………….  
Приложения....................……………………………………………….  
Список литературы...........................................................................….. 59  

 


 


1. Задание на курсовой проект

“Судовая автоматизированная электростанция”

 

1.1. Требования к судовой автоматизированной электростанции

 

1.1.1. Поддержание напряжения на шинах электростанции с точностью ±2,5% от номинального при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной.

1.1.2. Система возбуждения синхронного генератора

(СГ) должна обеспечивать:

требуемое значение кратности установившегося тока глухого короткого замыкания;

время восстановления напряжения при набросе 60% номинального тока с коэффициентом мощности 0,4 или менее должно быть не более 1,5 с;

устойчивую параллельную работу в установившихся и переходных режимах с однотипными СГ, снабженными аналогичными системами возбуждения;

точность распределения реактивных нагрузок не хуже ±10% от номинального тока генератора;

надежное самовозбуждение СГ при холостом ходе.

1.1.3. Во всем неоговоренном система возбуждения

должна отвечать Правилам Морского Регистра РФ [1].

1.1.4 Устройства управления, защиты и сигнализации электростанции должны быть выполнены в соответствии с Правилами Морского Регистра РФ [1].

1.2. Объем проекта

1.2.1. Пояснительная записка включает в себя:

титульный лист;

оглавление;

требования к судовой автоматизированной электростанции;

исходные данные;

номер варианта, тип генератора, тип системы возбуждения, число генераторов;

параметры генератора;

расчет номинального тока возбуждения и компаундирующей составляющей его;

расчет регулировочных характеристик СГ при индуктивной нагрузке (cos j = 0) и при нагрузке с номинальным коэффициентом мощности (cos jн);

выбор выпрямителя обмотки возбуждения;

определение параметров системы возбуждения СГ;

расчет элементов системы возбуждения СГ;

расчет регулировочных характеристик системы возбуждения при cosj = 0;

расчет внешней характеристики СГ с системой ПАФК;

выбор токопроводов и аппаратов защиты СГ и асинхронного двигателя и их проверка по предельным токам короткого замыкания;

расчет изменения напряжения на шинах судовой электростанции при пуске короткозамкнутого асинхронного двигателя, соизмеримого по мощности с СГ;

заключение, в котором обобщаются и оцениваются основные результаты курсового проекта;

список литературы.

1.2.2. Графический материал представляет собой принципиальную схему судовой автоматизированной электростанции, выполненную на формате А1.

1.3. Исходные данные

1.3.1. Универсальная характеристика холостого хода приведена в относительных единицах в табл.1.

Таблица 1

Универсальная характеристика холостого хода СГ

0,03 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2
  0,06 0,14 0,23 0,31 0,4 0,49 0,6 0,72 0,84 1,0 1,29 1,71

 

В табл.1 приняты следующие обозначения:

Е - ЭДС генератора при номинальной частоте;

Uн - номинальное напряжение СГ;

Iвх - ток возбуждения холостого хода СГ;

Iвхн - ток возбуждения холостого хода СГ при номинальном напряжении и номинальной частоте.

 

1.3.2. Сердечники компаундирующих трансформаторов и реакторов выполняются из электротехнической стали 3411 толщиной dж=0,35 мм. Зависимость напряженности магнитного поля Н от индукции В для этой стали приведена в табл.2.

Таблица 2

Зависимость действующего значения напряженности магнитного поля Н

от амплитуды индукции В для стали 3411 (для трехфазного стержневого сердечника)

В, Тл 0,5 0,7 1,0 1,2 1,4 1,6 1,7 1,8 1,9 1,95 2,0 2,05
Н, А/см 0,2 0,4 0,8 1,6 3,0 6,2 8,0 10,7 22,0 35,0 58,0 120,0

При индукциях меньших 0,5 Тл напряженность магнитного поля определяется формулой Н=0,4 В.

1.3.3. Расчетные данные двигателя, при пуске которого рассчитывается изменение напряжения СГ:

мощность двигателя Pд = 0,2 Pг,

номинальный коэффициент мощности сosjн = 0,8,

номинальный к.п.д. hн = 0,84,

пусковой коэффициент мощности сosjп = 0,4,

кратность пускового тока кп = 5.

Двигатель работает в режиме продолжительной нагрузки с номинальной мощностью. Двигатель подключен к главному распределительному щиту (ГРЩ) кабелем длиной 100 м.

1.3.4. Расчет токов короткого замыкания производится для трех точек: на выводах выключателя СГ, на клеммах СГ и в кабеле, питающем указанный выше асинхронный двигатель, на расстоянии 10 м от ГРЩ. Длина кабеля, соединяющего СГ с ГРЩ, принимается равной 10 м.

1.3.5. Варианты заданий приведены в табл. 3, а параметры СГ в приложении 1.

 

Таблица 3

Варианты заданий на курсовое проектирование

№№ варианта Тип генератора K Тип системы возбуждения Число генераторов
1.19 2.20 3.21 4.22 5.23 6.24 МС 115-4   А А Б Б В В  
7.25 8.26 9.27 10.28 11.29 12.30   МС 128-4   А А Б Б В В  
13.31 14.32 15.33 16.34 17.35 18.36   МС 375-1000   А А Б Б В В  

Примечания: 1. Номинальное напряжение генератора в вариантах 1-18 равно 230 В, а в вариантах 19-36 – 400 в.

2. В таблице приняты следующие обозначения:

К - кратность установившегося тока короткого замыкания;

А - система без трансформации напряжения;

Б - система с трехобмоточным трансформатором;

В - резонансная система.

 

 

2. Общие методические указания.

 

В пособии даются примеры расчета систем прямого амплитудно-фазового компаундирования (ПАФК) для генератора МС 99-8/8, рассматривается расчет трех разновидностей управляемых систем ПАФК. Две из них относятся к системам с индуктивными компаундирующими сопротивлениями: система ПАФК без трансформации напряжения (рис. 1) и система ПАФК с трехобмоточным трансформатором (рис. 2). В третьей системе имеются и реакторы и конденсаторы - это резонансная система ПАФК (рис.3). Во всех трех случаях в неуправляемую часть системы ПАФК входят компаундирующий элемент (реактор, выполненный на трехфазном сердечнике с воздушным зазором), компаундирующий трансформатор ТК и выпрямитель В, питающий обмотку возбуждения СГ. ТК содержит токовую обмотку W3 и выходную обмотку W2, на рис.2 и 3 у ТК имеется также обмотка напряжения W1, а в последнем случае и обмотка W4, к которой подключены батареи конденсаторов С, обеспечивающих безотказное самовозбуждение СГ. В тех случаях, когда в двух других вариантах системы ПАФК расчет показывает отсутствие начального самовозбуждения СГ, оно выполняется с помощью генератора начального возбуждения ГНВ, подключаемого к обмотке возбуждения через выпрямитель ВНВ.

Регулирование тока возбуждения СГ по отклонению его напряжения осуществляется корректором напряжения КН, который изменяет угол управления aу двух тиристоров Т1 и Т2. Этот угол тем меньше, чем больше разность между действительным и заданным значениями напряжения СГ. При уменьшении aу увеличиваются токи тиристоров и уменьшается принужденная составляющая тока возбуждения СГ.

 

Рис. 1. Схема принципиальная электрическая управляемой

системы ПАФК без трансформации напряжения

Рис. 2. Схема принципиальная электрическая управляемой системы

ПАФК с трансформацией напряжения

Рис. 3. Схема принципиальная электрическая управляемой резонансной системы ПАФК

Трансформатор тока ТТ и трансформатор параллельной работы ТПР вместе с резисторами R 1 и R 2 включены во входную цепь КН и служат для равномерного распределения реактивных токов между параллельно работающими СГ. Резистор УН предназначен для изменения заданного напряжения СГ. КН получает питание от трансформатора ТПК и выпрямителя ВПК.

На рис.1 тиристоры отбора Т 1 и Т 2 включены по схеме “фаза1 - фаза2 и фаза3 - фаза2”, которую условно обозначим Ф1-Ф2/Ф3-Ф2. На рис. 2 и 3 тиристоры включены между полюсами выпрямителя В и его входной фазой (фазами). Условные обозначения включения тиристоров при этом имеют вид: П1-Ф1/Ф1-П2 (рис. 2) и П1-Ф1/Ф2-П2 (рис. 3), где П1 - анод (положительный вывод) выпрямителя В, а П2 - его катод.

К каждому из вариантов системы ПАФК может быть применен любой из этих вариантов подключения тиристоров отбора, причем в качестве фаз Ф1 и Ф2 могут использоваться любые фазы выпрямителя В.

Выпрямитель обмотки возбуждения составлен из кремниевых лавинных диодов. Лавинная характеристика на обратной ветви вольт-амперной характеристики таких диодов, как у стабилитронов, позволяет применять их в качестве элементов защиты цепей от импульсных перенапряжений, которые в рассматриваемом случае возникают во время переходных процессов в системе ПАФК. Такие диоды надежно работают без применения дополнительных мер их защиты от перенапряжения. Номинальные данные лавинных диодов даны в приложении 2.

В качестве тиристоров отбора используются лавинные тиристоры, обладающие повышенной устойчивостью к перенапряжениям. номинальные данные лавинных тиристоров даны в приложении 3.

Выбор конденсаторов, предназначенных для резонансной системы ПАФК, производится на основании данных приложения 4.

В примере расчета и в курсовом проекте опускается расчет источника питания корректора напряжения.

При расчете реакторов и трансформаторов систем ПАФК определяются размеры сердечников, сечения обмоточных проводов и числа витков обмоток. Температуры нагрева обмоток для разных классов изоляции приведены в приложении 5. Размеры круглых и прямоугольных проводов и шин даны в приложении 6. Проверка размещения обмоток в окне сердечника и тепловой расчет не проводятся.

Порядок и объем расчетов должен соответствовать примерам, приведенным в пособии.

Благодаря наличию выпрямителя системы ПАФК нелинейны. В пособии выполняется расчет элементов систем ПАФК по формулам, учитывающим только первые гармоники токов и напряжений (с достаточной для инженерных расчетов точностью). При этом выпрямитель с обмоткой возбуждения заменяется эквивалентной звездой активных сопротивлений.

Вывод формул, по которым производится расчет, в пособии не показан. Большинство из них рассматривается в лекционном курсе “Судовые электроэнергетические системы”.

Полностью в необходимом для курсового проекта объеме показан расчет системы с трехобмоточным трансформатором и индуктивными компаундирующими сопротивлениями. Для других случаев даются примеры лишь той части расчетов, которая выполняется по формулам, отличным от формул для этого варианта системы ПАФК.

 

 

3. Номинальные данные и характеристики

синхронного генератора МС 99-8/8

 

Номинальная мощность Рн = 560 кВт;

номинальное напряжение Uн = 400 В;

номинальный ток Iн = 1015 А;

номинальный коэффициент мощности cosjн = 0.8;

номинальная частота fн = 50 Гц;

фиктивное индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора в

относительных единицах Xр = 0,062;

активное сопротивление фазы обмотки статора при 15°С

rа 15° = 0,00179 Ом;

сопротивление обмотки возбуждения при 15°С

rв 15° = 0,289 Ом;

ток возбуждения холостого хода при номинальном напряжении и номинальной частоте Iвхн = 78 А;

отношение короткого замыкания ОКЗ = 1,03.

 

Номинальное сопротивление генератора

Ом. (1)

Активное сопротивление фазы обмотки статора при 75°С в относительных единицах

. (2)

 

 

Ток возбуждения короткого замыкания при номинальном токе статора

А. (3)

Характеристика холостого хода рассчитывается на основании универсальной характеристики, приведенной в задании. Результаты расчета сводятся в табл. 4. Здесь и ниже расчетные значения и составляющие тока возбуждения округляются до целого числа.

Таблица 4

Характеристика холостого хода генератора МС 99-8/8

E Uн 0,03 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
  0,06 0,14 0,23 0,31 0,4 0,49
Iвх              
E Uн 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3
0,6 0,72 0,84 1,0 1,29 1,71 2,2
Iвх              

 

Характеристика холостого хода генератора МС 99–8/8 строится на рис. 4

Рис. 4. Характеристика холостого хода генератора МС 99-8/8

 

4. Определение тока возбуждения и его компаундирующей составляющей при номинальном напряжении генератора

 

 
 

Расчет токов возбуждения выполняется с помощью метода AIEE, который поясняется на рис. 4 и рис. 5.

 

Рис. 5. Применение метода AIEE

 

Ненасыщенное значение тока возбуждения холостого хода (рис.4)

вхн = 64 А.

Наклон начального участка характеристики холостого хода

Ом, (4)

где: bi = 1.3 – коэффициент выпрямления;

Uнф = = 230 В – номинальное фазное напряжение;

E – фазная ЭДС от остаточного намагничивания.

Определение внутренней ЭДС генератора в общем случае поясняется рис. 5,а и выполняется по формуле

. (5)

Внутренняя ЭДС генератора при индуктивной нагрузке номинальным током в относительных единицах в соответствии с (5)

. (6)

Составляющая тока возбуждения, учитывающая насыщение генератора при Ed ин, находится по рис. 4.

Iвsин =23 А.

Определение тока возбуждения в общем случае поясняется рис.5,б и выполняется по формуле

. (7)

Ток возбуждения при индуктивной нагрузке номинальным током в соответствии с (7)

A. (8)

Определение компаундирующей составляющей тока возбуждения в общем случае поясняется рис. 5,в и производится по формуле

. (9)

Компаундирующая составляющая тока возбуждения при индуктивной нагрузке номинальным током в соответствии с (9)

A. (10)

Внутренняя ЭДС генератора при активной нагрузке номинальным током в относительных единицах на основании (5)

. (11)

Составляющая тока возбуждения, учитывающая насыщение генератора при Еdан, находится по рис. 4

A.

Ток возбуждения при активной нагрузке номинальным током на основании (7)

A. (12)

Компаундирующая составляющая тока возбуждения при активной нагрузке номинальным током на основании (9)

A. (13)

 

Расчетная компаундирующая составляющая тока возбуждения при номинальном напряжении и номинальном токе

A. (14)

Определение тока возбуждения по известной компаундирующей составляющей и току возбуждения холостого хода в общем случае поясняется рис. 5,в и производится по формуле

(15)

Номинальный ток возбуждения в соответствии с (15)

А. (16)

Ток Iвн можно также находить с помощью метода AIEE по формулам (5) и (7).

 

 

5. Определение тока возбуждения и его

компаундирующей составляющей при

расчетном напряжении

 

Системы ПАФК рассматриваемого типа, имеющие отбор тока возбуждения с помощью тиристоров отбора, при отключенном корректоре напряжения должны создавать токи возбуждения большие, чем необходимые для поддержания номинального напряжения СГ при изменении нагрузки от нуля до номинальной и частоты в пределах ±5%. С учетом возможного разброса токов возбуждения холостого хода относительно каталожных значений в пределах ±10% это требование выполняется тем, что системы ПАФК проектируются на поддержание при отключенном корректоре постоянства расчетного напряжения Uр СГ. Последнее принимается равным 1,1 номинального

Uр =1,1Uн. (17)

 

Определение тока возбуждения при расчетном напряжении и его компаундирующей составляющей производится так же, как показано выше при номинальном напряжении СГ.

Ток возбуждения холостого хода (табл. 4)

Iвхр= 101 А.

Ненасыщенное значение тока возбуждения холостого хода (рис. 4)

= 70А.

Внутренняя ЭДС генератора при индуктивной нагрузке номинальным током в относительных единицах

Составляющая тока возбуждения, учитывающая насыщение СГ при Еdир (рис. 4),

Iвsир =44 А.

Ток возбуждения при индуктивной нагрузке номинальным током

А. (19)

Компаундирующая составляющая тока возбуждения при индуктивной нагрузке номинальным током

А. (20)

Внутренняя ЭДС генератора при активной нагрузке номинальным током в относительных единицах

. (21)

Составляющая тока возбуждения, учитывающая насыщение СГ при Еdар (рис. 4),

Iвsар =32 А.

Ток возбуждения при активной нагрузке номинальным током

A. (22)

Компаундирующая составляющая тока возбуждения при активной нагрузке номинальным током

A. (23)

Расчетная компаундирующая составляющая тока возбуждения при номинальном токе и расчетном напряжении

A. (24)

 

 

6. Проверка обеспечения системой возбуждения

требуемой перегрузки генератора

 

Заданная величина кратности установившегося тока глухого короткого замыкания Кзад=3,0.

Предельный ток возбуждения, соответствующий нагрузке генератора I =1,5 Iн при U=Uн, cosjпр = 0,6, на основании (15)

 

(25)

Необходимая для обеспечения Iвпр кратность установившегося тока глухого короткого замыкания

(26)

Принимаем

К =3,2.

При этом выполняются условия обеспечения системой ПАФК требуемой перегрузки СГ:

K і Kзад, K і Kн.

 

 

7. Выбор выпрямителя, питающего обмотку возбуждения СГ, и расчет его входного сопротивления

 

Сопротивление обмотки возбуждения в нагретом состоянии при температуре 75°С

Ом. (28)

Номинальное напряжение возбуждения

В, (29)

где Uщ – падение напряжения под щетками, принимаемое равным 2В [3].

 

Номинальный ток диода

А. (30)

 

Максимальное значение среднего напряжения возбуждения

В. (31)

7.1 Выпрямитель для систем ПАФК с индуктивными

компаундирующими сопротивлениями.

 

Импульсное обратное напряжение диода

В. (32)

(Напряжение возбуждения имеет вид треугольных импульсов, амплитудное значение которых примерно в четыре раза превышает среднее значение.Для достижения необходимой надежности работы выпрямителя номинальное обратное напряжение вентилей должно превосходить в два раза максимальную амплитуду напряжения возбуждения).

Выбираем кремниевые лавинные диоды ВЛ–200–7 (Приложение 2) с постоянным прямым током диода с радиатором при естественном охлаждении (без обдува) Iпр =50 А, импульсным обратным напряжением Uобр =700 В и постоянным прямым напряжением Uпр =1,35 В.

Эквивалентное фазное динамическое сопротивление обмотки возбуждения

Ом. (33)

(динамическим сопротивлением кремниевых вентилей пренебрегаем).

Фиктивная противо–ЭДС выпрямителя и щеточного контакта

В. (34)

Эквивалентное входное сопротивление выпрямителя и обмотки возбуждения при токе возбуждения холостого хода

Ом, (35)

где = 1,3 – коэффициент выпрямления по току.

Коэффициент аппроксимации начального участка входной характеристики выпрямителя квадратичной параболой

Ом·В. (36)

 

7.2 Выпрямитель для резонансной системы ПАФК

 

Импульсное обратное напряжение

В. (37)

(напряжение возбуждения значительно сглажено, принимается лишь двойной запас по условиям повышения надежности работы вентилей).

Выбираем лавинные диоды ДЛ 161–200–4 (приложение 2) с постоянным прямым током диода с радиатором при естественном охлаждении Iпр =50 А, импульсным обратным напряжением Uобр =400 В (лавинные диоды имеют класс не ниже четвертого) и постоянным прямым напряжением Uпр =1,45 В.

Эквивалентное фазное динамическое сопротивление обмотки возбуждения

Ом. (38)

Фиктивная противо–ЭДС выпрямителя и щеточного контакта подсчитывается, как и в предыдущем случае, по формуле (34), e =2,45 B.

Эквивалентное фазное входное сопротивление выпрямителя и обмотки возбуждения при токе возбуждения холостого хода

Ом. (39)

 

 

8.Расчет основных параметров системы ПАФК и

проверка обеспечения начального самовозбуждения

 

8.1 Расчет параметров системы ПАФК с трехобмоточным

трансформатором

 

Граничные значения диапазона изменения основного параметра, в котором мощность компаундирующего сопротивления постоянна,

, (40)

, (41)

где kв =1,3 – отношение индукции реактора с воздушным зазором (компаундирующего сопротивления) при глухом коротком замыкании генератора с системой ПАФК к его индукции при холостом ходе СГ и номинальном напряжении.

Основной расчетный параметр системы ПАФК

(42)

Принимаем m = 3,1.

Коэффициенты трансформации компаундирующего трансформатора:

по напряжению

(43)

где Uрф =1,1·230 – расчетное фазное напряжение СГ;

по току

(44)

Сопротивление реактора с воздушным зазором (компаундирующего элемента), приведенное к выходной обмотке W2 компаундирующего трансформатора,

Ом. (45)

Сопротивление реактора с воздушным зазором

Ом. (46)

Отношение сопротивления намагничивающего контура компаундирующего трансформатора к входному сопротивлению выпрямителя и обмотки возбуждения в режиме установившегося глухого короткого замыкания СГ с системой ПАФК

(47)

где отношение расчетной компаундирующей составляющей тока возбуждения к току возбуждения короткого замыкания определяется соотношением

(48)

 

Частота самовозбуждения СГ с системой ПАФК

(49)

где Е = 0,03·230 В – фазное остаточное напряжение СГ;

mэс – коэффициент, учитывающий влияние сдвига по фазе между первыми гармониками тока и напряжения на входе выпрямителя, для всех систем ПАФК принимается равным 5.

Условие обеспечения самовозбуждения

ac Ј 0,8 (50)

не выполняется. При этом необходимо применение специальных устройств, обеспечивающих начальное возбуждение. Система ПАФК снабжается генератором начального возбуждения.

 

8.2 Расчет параметров системы ПАФК без трансформации

напряжения

 

Основной расчетный параметр системы ПАФК

. (51)

Коэффициент трансформации трансформатора тока

. (52)

Сопротивление реактора с воздушным зазором

Ом. (53)

Остальные параметры: mm и aс – определяются так же, как и для системы с трехобмоточным трансформатором.

 


8.3. Расчет параметров резонансной системы ПАФК. Выбор

конденсаторов, используемых для обеспечения безотказного

самовозбуждения

 

Основной расчетный параметр системы ПАФК определяется по условию минимума суммарной расчетной мощности элементов системы ПАФК:

(54)

Принимаем m = 3,5.

Коэффициенты трансформации компаундирующего трансформатора:

по напряжению

, (55)

по току (находится по формуле (52))

Сопротивления компаундирующего элемента (реактора) Х¢k и емкостного элемента Х¢ с, приведенные ко вторичной обмотке компаундирующего трансформатора,

Ом. (56)

Сопротивление реактора, включенного последовательно с обмоткой напряжения W1 компаундирующего трансформатора, находится по формуле (46)

Ом.

Фазное напряжение на входе выпрямителя обмотки возбуждения в режиме установившегося глухого короткого замыкания СГ с системой ПАФК (действующее значение первой гармоники)

В. (57)

Емкостной элемент выполняется из батареи конденсаторов типа МБГЧ–1 с номинальным напряжением Uс.ном.=250 В, подключаемых треугольником к обмотке W4 .

Предварительное значение коэффициента трансформации емкостной обмотки

(58)

где Кз = 1,2 – коэффициент запаса, учитывающий наличие высших гармоник в напряжении на входе выпрямителя и возможные кратковременные перенапряжения в переходных режимах.

Расчетная фазная емкость батареи конденсаторов

мкФ. (59)

Принимается С =170 мкФ (округляется до кратного десяти числа в большую сторону).

Выбираются конденсаторы МБГЧ–1–250В–10мкФ±10% в количестве 3·17 = 51 штука. Масса одного конденсатора 0,27 кг (приложение 4). Общая масса конденсаторов емкостного элемента

Мс = 51·0,27 = 13,8 кг.

Уточненное значение коэффициента трансформации емкостной обмотки

(60)

Отношение сопротивления намагничивающего контура компаундирующего трансформатора к входному сопротивлению выпрямителя и обмотки возбуждения в режиме установившегося глухого короткого замыкания СГ с системой ПАФК

(61)

 


9. Расчет регулировочных характеристик генератора и системы ПАФК при номинальном коэффициенте мощности, Определение тока отбора

 

Регулировочная характеристика СГ при номинальном напряжении статора и номинальном коэффициенте мощности нагрузки рассчитывается по формуле (15)

 

Результаты расчета по этой формуле для следующих относительных значений тока нагрузки: 0; 0,25; 0,5; 0,75 и 1,0 сводятся в табл. 5.

 

Таблица 5

Регулировочные характеристики генератора и системы ПАФК,

зависимость тока отбора от нагрузки генератора

Iв(г) Iв(с) I0
    А А А
         
0,25 0,0625      
0,5 0,25      
0,75 0,5625      
1,0 1,0      

 

Регулировочная характеристика системы ПАФК рассчитывается аналогично регулировочной характеристике СГ

(62)

Результаты расчета по формуле (62) для тех же, что и в предыдущем случае, относительных значений тока нагрузки СГ сводятся также в табл. 5.

Ток отбора (ток, который нужно отобрать от обмотки возбуждения СГ для снижения напряжения СГ с Uр до Uн) определяется нижеследующим выражением

. (63)

Результаты расчета зависимости тока отбора от нагрузки СГ с системой ПАФК приводятся в табл. 5. В качестве расчетного значения тока отбора принимается максимальный ток отбора, соответствующий номинальному току нагрузки

I0 = 17 А.

 

 

10. Расчет параметров устройства коррекции напряжения

 

В устройство коррекции напряжения входят тиристоры отбора и корректор напряжения с блоком питания и входными цепями, обеспечивающими измерение напряжения СГ и равномерное распределение реактивных нагрузок между генераторами при их параллельной работе.

В качестве тиристоров отбора используются лавинные тиристоры (приложение 3).

Средний ток тиристора отбора в открытом состоянии находится по формуле

, (64)

где коэффициент запаса 1,5 учитывает возможное отклонение параметров СГ от средних значений, приведенных в приложении 1, а также возможность кратковременной работы СГ при коэффициенте мощности нагрузки ниже номинального,

K0 – коэффициент отбора, зависящий от схемы подключения тиристоров отбора.

Значения коэффициента K0 приведены в табл. 6.

 

Таблица 6

Значения коэффициента отбора

Формула подключения тиристоров отбора Рисунок, на котором показано подключение тиристоров отбора K0
Ф1–Ф2/Ф3–Ф2 рис. 1
П1–Ф1/Ф1–П2 рис. 2
П1–Ф1/Ф2–П2 рис. 3

(Напоминаем, что любой из вариантов подключения тиристоров отбора может быть применен к любому варианту системы ПАФК.)

Для варианта Ф1–Ф2/Ф3–Ф2 К0 = . По формуле (64) находится средний ток тиристора в открытом состоянии

А.

Повторяющееся импульсное обратное напряжение тиристора Uобр находится, как и импульсное обратное напряжение диода выпрямителя обмотки возбуждения.

Для системы ПАФК с индуктивными компаундирующими сопротивлениями (формула (32))

Uобр і 712 В,

а для резонансной системы ПАФК (формула (37))

Uобр і 178 В.

Для системы ПАФК с индуктивными компаундирующими сопротивлениями на основании приложения 3 выбираем лавинные тиристоры ТЛ2 160–8 с максимальным значением среднего тока в открытом состоянии тиристора с радиатором при естественном охлаждении Iос = 40 А и повторяющимся импульсным обратным напряжением Uобр = 800 В.

Для резонансной системы ПАФК выбираем тиристоры ТЛ2 160–6, имеющие Iос = 40 А и Uобр = 600 В.

 

 

11. Расчет реактора с воздушным зазором

 

11.1 Расчет реактора системы ПАФК с трехобмоточным

трансформатором

 

Расчетный ток реактора соответствует режиму холостого хода СГ

А. (65)

Расчетное фазное напряжение реактора

В. (66)

Расчетная фазная мощность реактора

ВА. (67)

(Расчетные значения округляются с погрешностью до 1%.)

Сердечник реактора выполняется из электротехнической стали марки 3411 с толщиной листа dж = 0,35 мм. При этом расчетная магнитная индукция в стержне сердечника Вр = 1,25 Тл, а коэффициент заполнения стержня Kст = 0,96.

Для обмоток реактора принимается класс изоляции F, с допустимой температурой нагрева tдоп = 155° (см. приложение 5).

В соответствии с данными, приведенными в приложении 6, принимается обмоточный провод марки ПСД.

Температура нагретой поверхности обмоток реактора находится по формуле

C, (68)

а средняя температура нагрева обмоток реактора tср = 140° находится по данным приложения 5.

Удельная теплоотдача обмоток реактора [4]

, (69)

где k = 5,5 – коэффициент удельной теплоотдачи,

gв = 1,225 кг /м3 – плотность воздуха на уровне моря,

t0 = 45°С – температура окружающей среды.

 

Удельное сопротивление меди обмоток реактора, соответствующее средней температуре обмоток,

Ом·м, (70)

где rмx = 1,75·10-8 Ом*м при tх = 20°С.

Расчетная плотность тока в обмотках реактора определяется формулами [4]

, (71)

где ас – ширина стержня сердечника,

(72)

y = 0,3 – отношение толщины обмотки к ширине стержня,

км = 0,3 – коэффициент заполнения окна медью обмоток.

 

Сечение стержня принимается близким к квадратному (для снижения расхода провода), при этом

, (73)

где Sс – сечение стали стержня, которое связано с расчетной мощностью и электромагнитными нагрузками формулой

, (74)

где с = 0,42 – коэффициент для катушек прямоугольной формы,

b = 2 - отношение массы стали к массе меди для оптимальных по массе трансформаторов и реакторов,

- коэффициент заполнения сталью сечения сердечника, для выбранной стали = 0,96.

Из (71), (73) и (74) получается формула для расчета предварительного значения ширины стержня:

(75)

Сечение стали стержня

. (76)

Фактическое сечение стержня

. (77)

Округляя ас до ближайшего числа миллиметров, кратного пяти, получаем

ас = 65 мм = 6,5 см.

Принимаем ширину ярма ая равной ширине стержня ас.

Толщина стержня

(78)

 

 

Расчетная плотность тока в обмотках реактора находится по формуле (71)

.

Сечение обмоточного провода

. (79)

Диаметр проволоки

 

. (80)

Стандартное сечение q и диаметр d провода марки ПСД находится из приложения 6:

диаметр проволоки d = 3,28 мм,

диаметр изолированного провода dиз =3,65 мм,

сечение проволоки

,

(Может быть выбран провод и с прямоугольным сечением).

Уточненное значение плотности тока

. (81)

Так как плотность тока jр меньше расчетной, то максимальная температура нагрева обмотки не превысит допустимую для выбранного провода.

Число витков провода реактора на фазу

 

. (82)

Принимаем Wр = 205.

 

 

Полный воздушный зазор сердечника

 

(83)

Он состоит из верхнего и нижнего зазоров, имеющих примерно одинаковую толщину. Каждый зазор заполняется набором прокладок из изоляционного материала. Толщина нижнего нерегулируемого зазора принимается равной 3 мм. Верхний зазор регулируется с целью достижения расчетного сопротивления реактора.

Расчетная высота окна

 

(84)

 

где Kф = 3 – отношение высоты окна H0 к его ширине В0.

Округляя полученное значение, принимаем H0 = 19 см.

Ширина окна

(85)

Округляя в большую сторону, принимаем В0 = 6,5 см.

Длина ярма

cм. (86)

Проверка размещения обмоток в окне сердечника и тепловой расчет реактора не производится.

Масса сердечника

 

кг, (87)

 

где gст = 7650 кг/м3 – плотность холоднокатаной стали.

 

 

Масса обмоток

кг. (88)

Ориентировочная масса реактора

кг, (89)

где коэффициент 1,3 учитывает массу выводов обмоток и крепежных деталей.

 

11.2 Расчет реактора системы ПАФК без трансформации напряжения

 

Расчетный ток реактора

 

А. (90)

Дальнейший расчет выполняется в том же порядке и по тем же формулам, как в разделе 11.1.

Максимальное сечение круглого провода недостаточно для обеспечения расчетной плотности тока, поэтому обмотка реактора в этом случае выполняется из прямоугольного обмоточного провода.

 

11.3 Расчет реактора резонансной системы ПАФК

 

Расчетный ток реактора соответствует режиму индуктивной нагрузки СГ номинальным током при номинальном напряжении

 

(91)

 

Расчетное фазное напряжение реактора находится по формуле (67)

В.

Это напряжение больше фазного напряжения СГ на 15%.

Дальнейший расчет выполняется в том же порядке и по тем же формулам, как в разделе 11.1.

 

12. Расчет компаундирующего трансформатора

 

12.1 Расчет компаундирующего трансформатора системы с трехобмоточным трансформатором и индуктивным компаундирующим

сопротивлением

 

Расчетные токи трансформатора:

обмотки напряжения W 1

А, (92)

выходной обмотки W 2

(93)

где Iв(с)н определяется формулой (63) при I = Iн;

токовой обмотки W 3

I 3 = Iн =1015 А.

Расчетные напряжения обмоток трансформатора:

выходной обмотки W 2

, (94)

обмотки напряжения W 1

, (95)

токовой обмотки W 3

. (96)

Расчетные мощности обмоток:

обмотки напряжения W 1

BA, (97)

выходной обмотки W 2

BA, (98)

 

токовой обмотки W 3

BA. (99)

 

 

Расчетная мощность компаундирующего трансформатора

BA. (100)

Фазная мощность на выходе выпрямителя в режиме установившегося глухого короткого замыкания СГ с системой ПАФК

 

Вт. (101)

Обмотки трансформатора выполнены обмоточным проводом марки ПСД.

Сердечник трансформатора выполняется из электротехнической стали марки 3411 с толщиной листа dж = 0,35 мм.

Для обмоток трансформатора применяется класс изоляции F (см. приложение 5). Допустимая температура нагрева tдоп, температура нагретой поверхности обмотки t 1, средняя температура нагрева обмоток tср и температура окружающей среды t 0 такие же, как у обмотки реактора (см. раздел 11.1).

Ориентировочное значение индукции в стержне сердечника в режиме установившегося глухого короткого замыкания СГ с системой ПАФК

Тл.

Коэффициент заполнения окна медью kм принимается равным 0,25. Это значение меньше, чем у реактора, так как у трансформатора несколько обмоток, что ухудшает их размещение в окне.

Параметр, учитывающий процессы выделения и рассеивания тепла обмотки трансформатора, определяется по формуле (72)

 

где величины q 0 = 690 Вт/м, rм = 2,6·10- 8 Ом·м и у = 0,3 определены в разделе 11.1.

 

 

Ориентировочное значение ширины стержня сердечника

(102)

Выражение (102) аналогично выражению (75), входящие в него коэффициенты и параметры приведены в разделе 11.1.

 

Ориентировочное значение сечения стержня

(103)

Ориентировочное значение числа витков токовой обмотки

. (104)

Принимаем W 3 = 1 (округлять величину W 3 целесообразно в меньшую сторону, при этом увеличивается коэффициент b).

Числа витков остальных обмоток:

W 2= = = 13,9, принимаем W 2 =14; (105)

W 1= = = 52,2, принимаем W 1= 52. (106)

Уточненное значение ширины стержня

. (107)

Расчетное значение плотности тока в обмотках трансформатора

. (108)

 

Расчетный параметр индукции трансформатора

(109)

где Kk =6,9·10- 6 – конструктивный коэффициент.

Расчетная индукция в стержне сердечника определяется по формулам:

при ; (110)

при . (111)

 

 

В рассматриваемом случае принимается формула (111)

Тл.

Уточненное значение сечения стали стержня

(112)

Фактическое сечение стержня

. (113)

 

 

Ширина стержня

(114)

Округляя полученное значение до числа, кратного 5 мм, принимаем

ас = 9,5 см.

Толщина стержня находится по формуле (78)

bс = см.

Уточненное значение расчетной плотности тока в обмотках трансформатора определяется по формуле (108)

.

Так как значения j¢тр и jтр отличаются незначительно, повторный расчет индукции Вкз не производится.

Обмотки трансформатора наматываются на сердечник в порядке увеличения сечения обмоточного провода: W 1, W 2, W 3.

Плотность тока в обмотке W 2 принимается равной jтр, у внутренней обмотки W 1 плотность тока понижается на 10%, а у наружной W 3 на столько же повышается:

j¢ 1= 1,93 А/ мм2,

j¢ 2= 2,14 А/ мм2,

j¢ 3= 2,25 А/ мм2 .

Ориентировочные значения сечений обмоточных проводов

, (115)

, (116)

. (117)

 

Предварительное значение высоты окна

(118)

где коэффициент формы окна сердечника Kф = 3 принимается таким же, как и при расчете реактора.

 

Ориентировочное значение ширины шины, используемой для обмотки W 3,

cм, (119)

где e = 1,0 см – зазор между обмоткой и ярмом.

Выбираем шину с шириной bш = 80 мм и толщиной аш = 6 мм.

Сечение шины:

q 3 = bш аш = 80·6 = 480 мм2.

Расчетная плотность тока в шине

. (120)

Высота окна

(121)

Обмотки W 1 и W 2 выполняются из провода прямоугольного сечения. Ширина провода выбирается такой, чтобы каждый слой обмотки заполнял всю высоту окна, а число слоев

Date: 2015-10-19; view: 1198; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.007 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию