Файл: Кривозуб Д.С. Агрегаты бесперебойного питания (лекция).pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 06.04.2024

Просмотров: 35

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

 

 

II

 

 

/

-

момзнт инерций вращающихся частей двзедя(вада и шатунов),

 

 

в который включен также и член, эквивалентный инерции

 

 

поршней;

 

 

is

-

моиевт инерции всех электрических машин агрегата;

 

Wc ~ энергия, потерянная в сцеплении при разгоне

дизеля

от

 

 

нулевой скорости до скорости, при которой дизель уже

 

 

начинает ускорять маховик со скорости и>к

до ООо

, кГм.

-энергия, потерянная на трение вращающихся и скользящих частей дизеля, кГм.

Момент инерции роторов электрических машин, сидящих на одном валу с маховиком, целесообразно учитывать тогда, когда он превышает несколько процентов от предполагаемого момента инерции маховика.

Равенство тогда будет выглядеть так:

Момент инерции маховика

7 _ 200P ii

+-2(Wc *-W,9) *- сооГХЧ + ( ± г- р 1 э ] к Г м с е к ^ Ъ)

J

" ujoS / / - Л * )

Определение

величины L делается по методу, изложенному в

литературе, посвященной динамике двигателей внутреннего сгорания.

Потери на трение

W<j даются в паспорте двигателя.

Наибольшую труд­

ность представляет растет потерь на

трение в муфте

Wc

. Однако

для выбранной муфты дается значение

ее момента в зависимости от

скольжения в

ней. Принимая, что последнее изменяется по закону

прямой линии

при

возрастании угловой

скорости от

CJ0

до LJк ,

можно найти момент для каждого значения времени запуска и найти сред­

нюю

величину момента, которая и будет средней энергией

потерь W c .

Это

не

особенно

повлияет

на

результат

при определении

<7

Выше говорилось

о потере

в маховике

Р м х .

Наибольшее значение

здесь

имеют аэродинамические

потери

Р&

или потери

на трение о

воздух

(вентиляционные).

Их

можно определить по формуле

Р в ~ f f V 3J ) * ( / + S j ) f O ' 6 ас 1

 

 

 

- 12 -

 

 

где:

f -

весовая плотность

воз дуга,

кг/м5 ;

 

-

окружная

скорость

, и /сек ;

 

£

и-3)

ширина и

диаметр маховика.

■;

 

/0е сек'

 

 

J a

/S O 2

М

 

 

В последней

выражении у

ееть ускорение

силы земного

тяготения, С - аэродинамический коэффициент трения, который в

больнинстве случаев определяется

экспериментально.

Он зависит от

тщательности обработки поверхности маховика, его формы, наличия защитных кожухов, величины зазоров между кожухом я маховиком, а

также от числа Рейнольдса

где у

-

 

 

 

И е

у

'

2

 

коэффициент кинематической

вязкости воздуха в ы /с е к .

Его можно принять приблизительно постоянным и равным 14,5.10""^

 

ы2/с е к . Таким образом,

коэффициент f t

делается зависимым

от

 

числа

Рейнольдса, особенно, если оно меньие 7 0 .I0 5 .

Например,

для

маховика в

виде

плоского цилиндра имели

следующие значения

J!r

:

 

Н е

=

20. Ю5

 

70 Л О3

120 Л 0Э

 

 

 

 

J*

*

3,35

 

 

2,1

1,45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При снижении скорости вращения маховика его вентиляционные

потери

уменьшаются.

 

 

 

 

 

 

 

Можно коэффициент

 

£

записать

так:

 

 

 

 

 

 

Ж /О

Cj.

X V o D

X X D

 

 

 

 

 

 

/so у

~-1

Y

Ся

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

где

Ж /0 *

Ся - Cj

Тогда получим мощность вентиляционных потерь в виде функции величины Jt_

A = ( 1 + 5 j j ) C R у

1Го*1 0 -в1 * Л с. .

13 -

Величина, стоячая

перед

УХ «

представляет

вентиляционные

потери

Р во

при номинальной

окружной

скорости врацения

М 0 .

Тогда

Р в ^ Р в о Х 1*.

 

 

 

 

 

Так как

Я

изменяется

от I до

Х± ,

то

средняя

мощность

вентиляционных потерь составит:

 

 

 

 

 

^

= ТЭГ, -I'M -

 

""

•

 

«

Например, при

X

= 0 ,7

величина

Рср

будет

равна 0 ,5 5 /По­

следовательно, в первом приближении можно принять для подстановки

В формулу ( I )

Р м х в а m P cf> ^ ^

'

 

 

Получив по формуле (3 )

момент инерции маховика, следует вы­

брать рационально

его

размеры

D и s.

Если

увеличить

2)

при малом & \

то

получим

меньший в ес .

Но зато

возрастут

венти­

ляционные потери, которые могут составить несколько десятков про­

центов

от мощности нагрузки. Наиболее общий прием состоит в следую-

щем. На

графике (р и с.4 ) ,

задаваясь

отношением

S

наносят

со­

j r f ,

ответствующие вентиляционные потери

Рс/> , вес

маховика &

и

диаметр маховика ‘О . Область, соответствующая

рациональному

отно—

шенив

, заштрихована. В ней пересекаются

все три

кривые.

Оптимальным значением

в пеРв°** приближении можно

считать

то,

при которой пересекаются

кривые I и 2 .

 

 

 

Основными недостатками наховичных агрегатов являются наличие постоянно вращающейся большой массы я неизбежное падение частоты генератора в аварийных режимах.

Диаметр махо&ика D. м

Рис. 4. Зависимость веса, вентиляционных потерь и диаметра маховика от отнолеку.' его ширины к диаметру

в

7»

А*

15

Если первый недостаток обусловлен видом накопителя энергии и

принциииально не может быть устранен или ограничен, то второй явля­ ется следствием нескольких причин: недостаточного веса маховика,

больших потерь энергии маховика при его врацении и значительной продолжительности переходного периода.

Из практики разработок и создания иаховичных агрегатов модно

выделить несколько путей ограничения падения частоты в аварийных режимах. Это: а) увеличение удельного веса маховика (в кг/квт);

б) сокращение потерь энергии маховика при его вращении; в) уменьше­ ние времени запуска двигателя внутреннего сгорания и приема им нагрузки; г) применение устройств для стабилизации скорости враще­ ния генератора в аварийном режиме.

Очевидно, что стабилизация частоты не может быть обеспечена

лишь увеличением веса маховика. Здесь должно соблюдаться определеннее оптимальное соотношение таких параметров, как мощность генератора,

вес маховика и продолжительность аварийного режима.

Второй путь(применение специальных мер для сокращения вентиля­

ционных потерь маховика - устройство и герметизация кожуха или использование специальной среды, в которой вращался бы маховик, и

пр.) также не дает должного эффекта.

Ускорение запуска двигателя внутреннего сгорания можно осуществить:

-применением подогревательных устройств для создания необходимого температурного режима двигателя;

-применением комбинированных способов пуска (эдектростартерный и сжатым воздухом и т .п .);

-использование!энергии основного маховика;

-применением специального маховика для запуска дизеля.

16

В последнее время проводятся работы по созданию агрегатов со

стабильной скоростью вращения генератора или частотой.

Они основаны на использовании устройств, обеспечивающих плав­

ное изменение передаточного отношения, я эдектромаиинных преобразова­ телей. В качестве первых применяются электрические передачи (электро­

магнитные индукционные муфты скольжения), механические передачи

(дифференциальные механизмы и вариаторы скорости) и гидравлические передачи (гидротрансформаторы и п р .).

Применение электромагнитных муфт основано на регулировании

скольжения при снижении скорости вращения ведущего вала. Изменяя возбуждение муфты, получают стабильную скорость вращения выходного

вала. Однако наличие в муфте больших потерь, пропорциональных сколь­

жению, не позволяет аироко внедрить этот способ получения стабильной частоты.

Серьезные недостатки имеет и схема АБП с механическим дифферен­

циалом, изображенная на р ис.5 . Основные из них: сложность механиче­

ской передачи, неудобство компоновки агрегата и трудность получения нужной механической характеристики динамического торможения двигате­ ля 7 .

Механический вариатор включается между маховиком и электриче­

скими мавинами (р и с .6 ). В норнальном режиме асинхронный двигатель ,

подключенный к сети,вращает генератор и через вариатор скорости махо­

вик. При этом вариатор может иметь такое передаточное

число In

, что

скорость вращения маховика 0J3 будет значительно

выше скорости

вра­

щения асинхронного двигателя и генератора cjs .

Более

высокая ско­

рость маховика, как и в случаях применения электромагнитной муфты и механического дифференциала, создает возможности уменьшить его габа­ риты и вес при сохранении момента инерции. В аварийном режиме, плавно регулируя передаточное число Ln , сохраняют скорость вращения генера­ тора постоянной

OJ г- = .— —nacsrr •

t-n

- 17 -

Рис. 5. Агрегат бесперебойного питания с механическим диф­ ференциалом: I - дизель; 2 - соединительная муфта; 3 и 7 - асинхронные двигатели; 4 - генератор; 5 - маховик; 6 -меха­ нический дифференциал; 8 - сеть; 9 - потребителн

Рис. 6. Агрегат бесперебойного питания с механическим вариатором

скорости: I - дизель; 2 -

соединительная

муфта;

3 -

маховик;

k -

механический вариатор

скорости; 5 -

асинхронный

двигатель;

6

- синхронный генератор; 7 - потребители; о -

сеть

/03 69

■ЧН ■

18

Регулирование скорости вращения маховика может быть осуществле­

но и но схеме с двумя приводными электрическими двигателями (рис.7).

Оба нормально подключены к внешнему вводу.Асинхронный двигатель 2

имеет скорость

на одну-две

ступени ваше, чем синхронный двига­

 

тель 4 t вращающий генератор 3 (к

нему постоянно присоединены ответ­

 

ственные потребители 10).

Асинхронный двигатель через включенную

 

муфту сцепления

разгоняет

маховик

до скорости вращения,близкой к

.

Остальные электромагнитные муфты включены. При потере напряжения на вводе быстро отключаются оба двигателя и дается импульс на включение муфтн 8 и отключение муфты 7. Скорость маховика снижается, но при этом меняется скольжение в муфте 8 и скорость вращения генератора

может остаться

неизменной

или близкой та ft i

. В нужный момент дает­

ся

управляющий импульс на муфту 9 а тот же маховик запускает дизель

5.

Когда дизель

примет на

себя всю нагрузку

и будет использована

почти полностью кинетическая энергия маховика, муфта 8 может быть выключена. Но рациональнее поддерживать маховик во вращающемся состоя*

нии со скоростью .

Тогда при появлении напряжения на вводе разгон его до скорости при помощи асинхронного двигателя будет облегчен. Заметим, что

возможен первоначальный разгон и по ветви 12-4-3-8.

Несмотря на некоторую сложность, схема эффективна. Маховик получается с пониженными весом и размерами. Муфта скольжения работает только в переходном режиме и потери в ней на общемк. подстановки не отражаются. Если же отказаться от синхронного двигателя и в нормаль­ ной режиме вращать от асинхронного двигателя через муфту скольжения маховик и генератор, токо.д.установки снизился бы вследствие больших потерь в этой муфте.

Смотрите также файлы