МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Мосиенко А.Б.

Методические указания к лабораторной работе по курсу

"Судовые автоматизированные электроэнергетические

системы" для студентов электромеханического факультета

Лабораторная работа №3

"Исследование переходных процессов в синхронном генераторе при подключении к его шинамАсинхронной нагрузки и определение величины провала напряжения"

НОВОСИБИРСК 2004

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ...............................................................................3

1. Основные положения ……………………………………………..4

2. Практический метод расчета провала напряжения……………8

3. Рекомендации по работе с имитационной моделью………….11

4. Порядок проведения лабораторной работы .........................17

Заключение ........................................................................19

Список литературы…………………………………………….... 20

Приложение 1. Математическая модель системы

синхронный генератор – асинхронная нагрузка.................. 21

Приложение 2. Mathcad-программа для расчета режима

подключение асинхронного двигателя к шинам генератора 26

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания предназначены для студентов электромеханического факультета специальностей 180400 "Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов" и 240600 "Электрооборудование и автоматика судов" и включают в себя следующие основные разделы: цель работы, основные положения, рекомендации по работе с имитационной моделью, порядок проведения лабораторной работы.

До начала выполнения лабораторной работы следует самостоятельно ознакомиться с целью работы и программой ее выполнения, проработать основные теоретические положения, используя методические указания, и сделать заготовку отчета.

В ходе лабораторной работы посредством компьютерной программы рассчитываются переходные процессы в синхронном генераторе при пуске асинхронного электродвигателя, вычисляются значения основных величин, характеризующих исследуемый режим, и делаются выводы.

Отчет выполняется индивидуально каждым студентом в объеме, предусмотренном настоящими методическими указаниями, с приложением необходимых осциллограмм и выводов по каждому разделу.

После оформления отчета и необходимой теоретической подготовки студент защищает выполненную лабораторную работу.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

"Исследование переходных процессов в синхронном генераторе при подключении к его шинам асинхронной нагрузки и определение величины провала напряжения"

1. Основные положения.

Одним из требований, предъявляемых к судовым электростанциям, является требование по обеспечению необходимого качества напряжения но шинах главного распределительного щита.

В связи с этим, к системе регулирования напряжения судовых генераторов переменного тока Российским Речным Регистром предъявляется следующее требование: внезапное изменение симметричной нагрузки генератора, работающего при номинальных частоте вращения и напряжении, не должно вызывать снижения номинального напряжения ниже 85 % и повышения выше 120 % [1]. После этого напряжение генератора должно в течении не более 1,5 с восстанавливаться до номинального с отклонением не более 3 %.

Максимальный провал напряжения зависит от величины и характера включаемой нагрузки и от параметров генератора, а характер восстановления напряжения определяется, в основном, параметрами регулятора напряжения.

Наиболее характерным примером внезапного наброса симметричной нагрузки для судовой электростанции является подключение к ее шинам асинхронного короткозамкнутого двигателя с мощностью, соизмеримой с мощностью генератора (или параллельно работающих генераторов):

Рассмотрим причины возникновения отклонений напряжения в судовой электростанции подробнее.

В целях упрощения будем считать, что генератор до пуска двигателя работал вхолостую, а пусковой ток электродвигателя чисто реактивный. Сопротивление статорной цепи генератора в режиме холостого хода можно считать равным бесконечности, и в генераторе существует только поток ротора. При подключении асинхронного двигателя, т.е. при резком уменьшении сопротивления статорной цепи генератора, в ней скачкообразно возникает ток, который создает продольно-размагничивающий поток реакции статора. В первый момент включения нагрузки изменение потоков в генераторе подчиняется закону постоянства потокосцеплений, согласно которому результирующий магнитный поток не может измениться скачкообразно. Следовательно, в обмотках генератора, связанных с этим общим потоком, наводится такой по величине и направлению ток, который создает дополнительный поток, препятствующий изменению основного потока контура. Поэтому в первый момент наброса нагрузки сверхпереходная э.д.с. (при наличии демпферной обмотки) генератора остается без изменений: , т.е. будет равна напряжению генератора на холостом ходе.

Напряжение на зажимах генератора с демпферными обмотками в начальный момент после включения электродвигателя

, (1.1)

где E^"_d –э.д.с. сверхпереходного режима;I_дв– пусковой ток электродвигателя;x"_d,– сверхпереходное индуктивное сопротивление генератора.

Согласно закону Ома, для замкнутой цепи

, (1.2)

где х_дв– индуктивное сопротивление включаемой нагрузки.

Решив совместно уравнения (1.1) и (1.2) получим:

. (1.3)

На рис. 1 представлена типичная кривая (огибающая) переходного процесса изменения напряжения синхронного генератора при включении индуктивной (или асинхронной) нагрузки.

U_нач1,U_нач2– напряжение генератора с демпферными обмотками и без них в начальный момент времени после подключения электродвигателя;U_нач – минимальное напряжение генератора с демпферными обмотками;t_в– время первого восстановления напряжения до номинальной величины.

Рис. 1. Изменение огибающей напряжения при включении индуктивной нагрузки.

При отсутствии демпферных обмоток напряжение генератора в первый момент времени после подключения электродвигателя (по аналогии с (1.3)) определяется как

, (1.4)

где x'_d– переходное индуктивное сопротивление генератора.

Отклонение напряжения у генератора с демпферными обмотками меньше, чем у генератора без демпферных обмоток. Однако, в переходном процессе, вызванном включением нагрузки, токи в демпферных контурах затухают обычно за время 0,05-0,1 с. За это же время внутреннее сопротивление генератора увеличивается от величины x''_dдоx'_d. Таким образом, можно представить, что переходный процесс изменения напряжения в первый момент времени складывается из двух составляющих: одной, соответствующей генератору с демпферными обмотками, и другой – без демпферных обмоток. Поэтому можно считать, что минимальное напряжение генератора в первый момент после подключения нагрузки

. (1.5)

Далее, после скачкообразного снижения напряжения, система автоматического регулирования напряжения практически мгновенно увеличивает напряжение на обмотке возбуждения. Однако характер переходного процесса, показанного на рис. 1, будет иметь место при мгновенном (после подключения нагрузки) увеличении тока в обмотке возбуждения. Только в этом случае возможно нарастание напряжения статора генератора сразу же после включения нагрузки.

В действительности же, ток в обмотке возбуждения из-за инерционности последней не может увеличиться мгновенно, поэтому напряжение какое-то время продолжает падать из-за размагничивающего действия реакции статора, и только по мере нарастания тока возбуждения вначале прекратит падение, а затем начнет восстанавливаться.