Файл: Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 5В071800 Электроэнергетика.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.03.2024
Просмотров: 38
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
приведет к дальнейшему снижению напряжения, при котором наступит опрокидывание асинхронных двигателей в узле нагрузок и отключение питающей линии за счет возросших токов двигателей, рост которых обусловлен увеличением их скольжения.
В современной промышленной нагрузке обычно преобладают асинхронные двигатели, и поэтому с некоторым приближением комплексную нагрузку или узел нагрузок можно заменить некоторым “эквивалентным” двигателем, статические характеристики которого полностью соответствуют реальным для данного узла нагрузок. На рисунке 4.2 приведены статические характеристики АД, которые строятся по показаниям вольтметров и ваттметров активной и реактивной мощностей.
Задаваясь различными значениями напряжения на зажимах электродвигателя в пределах от 1,1UН до 0,5-0,6UН, определяют соответствующую величину активной и реактивной мощностей
Р* = (UН) и Q = (U)
где Р* = Р/ РН, Q = Q/ QН – относительные активные и реактивные мощности;
РН, QН – активная и реактивная мощность при номинальном напряжении сети;
Q, Р – активная и реактивная мощность при данном напряжении.
Минимум характеристики реактивной мощности дает значение критических напряжений, при которых происходит опрокидывание асинхронных двигателей.
В нормальном установившемся режиме работы агрегата “двигатель-механизм” имеет место равенство вращающего момента двигателя и момента сопротивления механизма, т.е.
, чем и обеспечивается постоянство скорости вращения вала агрегата (рисунок 4.3).
При нарушении этого равенства в результате изменения нагрузки или напряжения скорость вращения агрегата изменяется.
Известно, что вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения, т.е.
.
Если, например, снижается напряжение сети на 20 %, то вращающий момент двигателя равен
, и при дальнейшем снижении напряжения вращающий момент станет ниже момента сопротивления механизма (т.3, рисунок 4.3), двигатель опрокинется. Момент сопротивления механизмов конвейеров поршневых компрессоров, металлорежущих станков постоянен и не зависит от скорости вращения механизма (прямая 1, рисунок 4.3), а для механизмов вентиляторов, центробежных компрессоров момент сопротивления зависит от оборотов (кривая 2, рисунок 4.3). Механизмы с постоянным моментом тяжелее пускаются и быстрее выпадают из синхронизма и опрокидываются.
В современных энергосистемах глубокие снижения напряжения могут возникнуть в послеаварийных режимах при коротких замыканиях, отключении отдельных генераторов, электростанций.
Учет статических характеристик нагрузок необходим при расчетах устойчивости электрической системы, выборе средств компенсации реактивной мощности узла и определении отклонения и колебания напряжения сети.
Так как асинхронные двигатели на промышленных предприятиях являются основными потребителями реактивной мощности, то в первую очередь, необходимо упорядочить режим их работы.
Рисунок 4.2 – Статические характеристики АД
Рисунок 4.3 – Механические характеристики АД
Величина потребления реактивной мощности асинхронными двигателями зависит от коэффициента загрузки и номинального коэффициента мощности двигателей.
Реактивная мощность двигателя при номинальной нагрузке равна
, квар
где н – номинальный к.п.д. двигателя;
tg н – тангенс угла сдвига фаз, соответствующий номинальному коэффициенту мощности (cos н).
Реактивная мощность двигателя при данной его нагрузке равна
где Q0 – реактивная мощность эл. двигателя на холостом ходу, квар;
– прирост потребления реактивной мощности при номинальной нагрузке двигателя, квар;
– коэффициент загрузки двигателя;
Р – мощность нагрузки на валу двигателя, кВт;
Рн – номинальная мощность двигателя, кВт.
Основную роль в балансе реактивной мощности асинхронного двигателя играет реактивная мощность холостого хода, зависящая от объема магнитной цепи, т.е. от конструкции двигателя.
Чем выше номинальный коэффициент мощности, тем относительно меньше реактивная мощность холостого хода двигателя.
У асинхронных двигателей с номинальным коэффициентом мощности cos н = 0,910,93 реактивная мощность холостого хода составляет около 60% всей реактивной мощности при номинальной загрузке двигателя. Для двигателей с cos н = 0,770,79 она достигает 70 %.
Для повышения коэффициента мощности необходимо правильно выбрать мощность асинхронных двигателей с оптимальной их загрузкой Кз = 0,60,8, максимально ограничить работу на холостом ходу, т.е. провести мероприятия, снижающие потребление из сети реактивной мощности. Графики зависимостей активной, реактивной мощностей и cos асинхронных двигателей от величин коэффициента их загрузки называют рабочими характеристиками (рисунок 4.4).
Рисунок 4.4 – Рабочие характеристики АД
Снижение потребления реактивной мощности асинхронными двигателями.
Для достижения экономичной работы системы электроснабжения необходимо выполнение мероприятий, снижающих потребление реактивной мощности предприятиями от энергосистемы. Эти мероприятия разбиваются на мероприятия, не требующие специальных компенсирующих устройств и целесообразные во всех случаях, и на мероприятия, требующие специальных компенсирующих устройств для выработки реактивной мощности.
Так как АД являются основными потребителями реактивной мощности (60-65 % от общего потребления реактивной мощности), рассмотрим мероприятия, снижающие потребление реактивной мощности асинхронными двигателями:
1. Замена систематически недогруженных асинхронных двигателей со средним коэффициентом загрузки менее 45 % на двигатели меньшей мощности, если это выполнимо по конструктивным условиям.
2. Установка ограничителей холостого хода асинхронных двигателей.
3. Снижение напряжения питания асинхронных двигателей, загруженных не выше чем на 45 % путем переключения схемы обмоток с треугольника на звезду. При этом вращающий момент и активная мощность электродвигателя уменьшаются в 3 раза ( ), загрузка двигателя и его коэффициент мощности повышаются, а потребление реактивной мощности снижается.
4. Повышение качества ремонта асинхронных двигателей, т.е. при ремонте необходимо точно соблюдать номинальные данные двигателей.
Компенсация реактивной мощности в питающей сети.
К мероприятиям, связанным с применением компенсирующих устройств и улучшающим режим в питающей сети, относится установка батарей статических конденсаторов. При этом может быть применена групповая на шинах или индивидуальная компенсация реактивной мощности.
Установка БК позволяет разгрузить питающую сеть, включая генераторы электростанций, от передачи и выработки значительной величины реактивной мощности, что приводит большому экономическому эффекту.
Подготовка стенда к работе
Включить автомат QF и подать напряжение на потенциал-регулятор АТ. Ключом SA4 установить напряжение сети U=380-400 В, ключом SA5 соединить обмотку статора АД в звезду. С генератора снять возбуждение (ручку статора RR в цепи обмотки возбуждения повернуть влево до упора) и разомкнуть цепь нагрузки ключом SA6, т.е. подготовить включение двигателя на холостой ход.
1 Снять рабочие характеристики АД
Кнопкой ПУСК магнитного пускателя КМ включить асинхронный двигатель (без подключения конденсаторов) и нагрузить его от холостого хода до 1,1-1,2 РН. Снять показания приборов и результаты занести в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 – Рабочая характеристика АД
Построить графически зависимость потребления активной и реактивной мощностей и коэффициента мощности (cos ) от загрузки асинхронного двигателя.
2 Провести анализ эффективности компенсации реактивной мощности в питающей сети
В настоящей лабораторной работе исследуется режим индивидуальной компенсации реактивной мощности АД (рисунок 3.1). Установить на двигатель постоянную нагрузку близкую к РН, определить коэффициент мощности в сети, питающей АД. Включая конденсаторные батареи снять показания измерительных приборов, подсчитать коэффициенты мощности в трех режимах и результаты занести в таблицу 4.2.
Таблица 4.2 – Компенсация реактивной мощности в питающей сети АД
В современной промышленной нагрузке обычно преобладают асинхронные двигатели, и поэтому с некоторым приближением комплексную нагрузку или узел нагрузок можно заменить некоторым “эквивалентным” двигателем, статические характеристики которого полностью соответствуют реальным для данного узла нагрузок. На рисунке 4.2 приведены статические характеристики АД, которые строятся по показаниям вольтметров и ваттметров активной и реактивной мощностей.
Задаваясь различными значениями напряжения на зажимах электродвигателя в пределах от 1,1UН до 0,5-0,6UН, определяют соответствующую величину активной и реактивной мощностей
Р* = (UН) и Q = (U)
где Р* = Р/ РН, Q = Q/ QН – относительные активные и реактивные мощности;
РН, QН – активная и реактивная мощность при номинальном напряжении сети;
Q, Р – активная и реактивная мощность при данном напряжении.
Минимум характеристики реактивной мощности дает значение критических напряжений, при которых происходит опрокидывание асинхронных двигателей.
В нормальном установившемся режиме работы агрегата “двигатель-механизм” имеет место равенство вращающего момента двигателя и момента сопротивления механизма, т.е.
, чем и обеспечивается постоянство скорости вращения вала агрегата (рисунок 4.3).При нарушении этого равенства в результате изменения нагрузки или напряжения скорость вращения агрегата изменяется.
Известно, что вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения, т.е.
.Если, например, снижается напряжение сети на 20 %, то вращающий момент двигателя равен
, и при дальнейшем снижении напряжения вращающий момент станет ниже момента сопротивления механизма (т.3, рисунок 4.3), двигатель опрокинется. Момент сопротивления механизмов конвейеров поршневых компрессоров, металлорежущих станков постоянен и не зависит от скорости вращения механизма (прямая 1, рисунок 4.3), а для механизмов вентиляторов, центробежных компрессоров момент сопротивления зависит от оборотов (кривая 2, рисунок 4.3). Механизмы с постоянным моментом тяжелее пускаются и быстрее выпадают из синхронизма и опрокидываются.
В современных энергосистемах глубокие снижения напряжения могут возникнуть в послеаварийных режимах при коротких замыканиях, отключении отдельных генераторов, электростанций.
Учет статических характеристик нагрузок необходим при расчетах устойчивости электрической системы, выборе средств компенсации реактивной мощности узла и определении отклонения и колебания напряжения сети.
Рабочие характеристики асинхронных двигателей
Так как асинхронные двигатели на промышленных предприятиях являются основными потребителями реактивной мощности, то в первую очередь, необходимо упорядочить режим их работы.
Рисунок 4.2 – Статические характеристики АД
Рисунок 4.3 – Механические характеристики АД
Величина потребления реактивной мощности асинхронными двигателями зависит от коэффициента загрузки и номинального коэффициента мощности двигателей.
Реактивная мощность двигателя при номинальной нагрузке равна
, кваргде н – номинальный к.п.д. двигателя;
tg н – тангенс угла сдвига фаз, соответствующий номинальному коэффициенту мощности (cos н).
Реактивная мощность двигателя при данной его нагрузке равна
где Q0 – реактивная мощность эл. двигателя на холостом ходу, квар;
– прирост потребления реактивной мощности при номинальной нагрузке двигателя, квар; – коэффициент загрузки двигателя;Р – мощность нагрузки на валу двигателя, кВт;
Рн – номинальная мощность двигателя, кВт.
Основную роль в балансе реактивной мощности асинхронного двигателя играет реактивная мощность холостого хода, зависящая от объема магнитной цепи, т.е. от конструкции двигателя.
Чем выше номинальный коэффициент мощности, тем относительно меньше реактивная мощность холостого хода двигателя.
У асинхронных двигателей с номинальным коэффициентом мощности cos н = 0,910,93 реактивная мощность холостого хода составляет около 60% всей реактивной мощности при номинальной загрузке двигателя. Для двигателей с cos н = 0,770,79 она достигает 70 %.
Для повышения коэффициента мощности необходимо правильно выбрать мощность асинхронных двигателей с оптимальной их загрузкой Кз = 0,60,8, максимально ограничить работу на холостом ходу, т.е. провести мероприятия, снижающие потребление из сети реактивной мощности. Графики зависимостей активной, реактивной мощностей и cos асинхронных двигателей от величин коэффициента их загрузки называют рабочими характеристиками (рисунок 4.4).
Рисунок 4.4 – Рабочие характеристики АД
Снижение потребления реактивной мощности асинхронными двигателями.
Для достижения экономичной работы системы электроснабжения необходимо выполнение мероприятий, снижающих потребление реактивной мощности предприятиями от энергосистемы. Эти мероприятия разбиваются на мероприятия, не требующие специальных компенсирующих устройств и целесообразные во всех случаях, и на мероприятия, требующие специальных компенсирующих устройств для выработки реактивной мощности.
Так как АД являются основными потребителями реактивной мощности (60-65 % от общего потребления реактивной мощности), рассмотрим мероприятия, снижающие потребление реактивной мощности асинхронными двигателями:
1. Замена систематически недогруженных асинхронных двигателей со средним коэффициентом загрузки менее 45 % на двигатели меньшей мощности, если это выполнимо по конструктивным условиям.
2. Установка ограничителей холостого хода асинхронных двигателей.
3. Снижение напряжения питания асинхронных двигателей, загруженных не выше чем на 45 % путем переключения схемы обмоток с треугольника на звезду. При этом вращающий момент и активная мощность электродвигателя уменьшаются в 3 раза (
), загрузка двигателя и его коэффициент мощности повышаются, а потребление реактивной мощности снижается.4. Повышение качества ремонта асинхронных двигателей, т.е. при ремонте необходимо точно соблюдать номинальные данные двигателей.
Компенсация реактивной мощности в питающей сети.
К мероприятиям, связанным с применением компенсирующих устройств и улучшающим режим в питающей сети, относится установка батарей статических конденсаторов. При этом может быть применена групповая на шинах или индивидуальная компенсация реактивной мощности.
Установка БК позволяет разгрузить питающую сеть, включая генераторы электростанций, от передачи и выработки значительной величины реактивной мощности, что приводит большому экономическому эффекту.
Подготовка стенда к работе
Включить автомат QF и подать напряжение на потенциал-регулятор АТ. Ключом SA4 установить напряжение сети U=380-400 В, ключом SA5 соединить обмотку статора АД в звезду. С генератора снять возбуждение (ручку статора RR в цепи обмотки возбуждения повернуть влево до упора) и разомкнуть цепь нагрузки ключом SA6, т.е. подготовить включение двигателя на холостой ход.
1 Снять рабочие характеристики АД
Кнопкой ПУСК магнитного пускателя КМ включить асинхронный двигатель (без подключения конденсаторов) и нагрузить его от холостого хода до 1,1-1,2 РН. Снять показания приборов и результаты занести в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 – Рабочая характеристика АД
| | U, B | I, A | P, кВт | Q, квар | КЗ=Р/РН | cos | Примечания |
| 1 | | | | | | | |
| 2 | | | | | | | |
| ... | | | | | | | |
Построить графически зависимость потребления активной и реактивной мощностей и коэффициента мощности (cos ) от загрузки асинхронного двигателя.
2 Провести анализ эффективности компенсации реактивной мощности в питающей сети
В настоящей лабораторной работе исследуется режим индивидуальной компенсации реактивной мощности АД (рисунок 3.1). Установить на двигатель постоянную нагрузку близкую к РН, определить коэффициент мощности в сети, питающей АД. Включая конденсаторные батареи снять показания измерительных приборов, подсчитать коэффициенты мощности в трех режимах и результаты занести в таблицу 4.2.
Таблица 4.2 – Компенсация реактивной мощности в питающей сети АД
| | Р, кВт | Q, квар | S, кВА | cos | I, А |
| АД | | | | | |
| АД + СВ1 | | | | | |
| АД + СВ1 + СВ2 | | | | | |
| АД + СВ1 + СВ2 + СВ3 | | | | | |
