Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

Нестерович в.В.

Конспект лекций по дисциплине

"Электромеханические переходные процессы"

для студентов направления 0906 «Электротехника»

дневной и заочной форм обучения

Мариуполь 2007

Конспект лекций по дисциплине "Электромеханические переходные процессы" для студентов направления 0906 «Электротехника» дневной и заочной форм обучения / В. В._Нестерович. – Мариуполь: ПГТУ, 2007.

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

Составил:	В.В. Нестерович, к.т.н., доцент,
Ответственный за выпуск:	Ю.Л. Саенко, зам. зав. кафедрой ЭПП, доктор техн. наук, профессор
Рецензент:	Т.К. Бараненко, к.т.н., доцент

Утверждено на заседании кафедры электроснабжения промышленных предприятий. Протокол № 6от03.01.07г.

© Нестерович В.В., 2007

© Приазовский государственный технический университет, 2007

Содержание

Введение …………….………..……….……………………………….………	4
1. Основные понятия и определения ………………………………………...	5
1.1. Электрическая система и ее режимы ……………………………………	5
1.2. Классификация электромеханических переходных процессов и видов устойчивости …………………………………………………………………..	7
1.3. Предмет изучения и место дисциплины в системе подготовки специалистов-электроэнергетиков …………………………………………..	8
2. Расчет установившихся исходных и квазипереходных режимов ……….	8
2.1. Построение схем замещения …………………………………………….	8
2.1.1. Воздушные и кабельные линии ……………………………………….	9
2.1.2. Асинхронные двигатели ……………………………………………….	9
2.1.3. Трансформаторы …….………………………………………………….	10
2.1.4. Синхронные генераторы и двигатели …………………………………	11
2.2. Собственные и взаимные проводимости ……………………………….	13
2.3. Определение токов ……………………………………………………….	18
2.4. Определение мощности ………………………………………………….	19
2.5. Максимальные и предельные нагрузки …………………………………	21
3. Требования, предъявляемые к режимам и процессам …………………...	23
3.1. Требования, предъявляемые к режимам ………………………………..	23
3.2. Качество переходных процессов ………………………………………..	23
3.3. Осуществимость режима ………………………………………………...	25
4. Основные уравнения электромеханических переходных процессов …...	28
4.1. Система относительных единиц …………………………………………	28
4.2. Виды записи уравнений относительного движения ротора синхронного генератора ………………………………………………………	32
5. Простейшие методы оценки устойчивости ………………………….…...	33
5.1. Практические критерии статической устойчивости ……….…………..	33
5.2. Энергетическая трактовка практических критериев устойчивости …..	39
Рекомендуемая литература ……..……………….…………………………...	40

Введение

Данное пособие может быть использовано при изучении дисциплин «Электромеханические переходные процессы» и «Электромагнитные и электромеханические переходные процессы» студентами, обучающимися по направлению 6.090600 «Электротехника».

Дисциплина "Электромеханические переходные процессы" посвящена вопросам устойчивости электрических машин и отдельных узлов нагрузок при различных видах возмущений.

Целью изучения дисциплины является получение знаний, необходимых для понимания переходных процессов в электромеханическом оборудовании и его устойчивости к изменению режимов работы и отклонениям режима работы от нормального.

Изучение электромеханических переходных процессов основывается на знаниях, полученных в предыдущих общеобразовательных курсах: высшей математике, теоретической механике, ТОЭ и ряде специальных курсов: электрических машинах, электрических системах и сетях, математических задачах энергетики, электромагнитных переходных процессах, теории автоматического регулирования и других.

Данная дисциплина является основой таких специальных курсов как релейная защита и автоматика, электрическая часть станций и подстанций, электроснабжение промышленных предприятий и ряда других.

В результате изучения курса студент должен:

знать: физические основы и закономерности развития переходных процессов в синхронных и асинхронных электрических машинах, трансформаторах, статические и динамические характеристики и критерии устойчивости электромеханического оборудования в нормальном, динамическом, аварийном и послеаварийном режимах;

уметь: определять допустимость различных видов возмущений с точки зрения их воздействия на конкретные типы электрических машин и узлы нагрузок, как по условиям устойчивости, так и по допустимым уровням нагрузок; разрабатывать мероприятия и выбирать способы для обеспечения необходимого качества электромеханического переходного процесса, устойчивости и экономичной работы электромеханического оборудования.

Необходимо отметить, что в процессе обучения студент не должен ограничиваться данным конспектом лекций, а также обязательно прорабатывать соответствующие разделы учебников [1-3], использовать методические указания к практическим занятиям, программу и методические указания к самостоятельной работе по дисциплине, уделив особое внимание вопросам для самопроверки.

При написании конспекта лекций использовались материалы учебников [1-3,8]. Учитывая учебный характер данного конспекта, в его тексте подробные ссылки на указанные учебники не приводятся.

1. Основные понятия и определения

   1. Электрическая система и ее режимы

Вспомните значения известных Вам из курса «Электрические системы и сети» терминов: «энергетическая система», «электроэнергетическая система», «электрическая система»!

Параметры системы– это показатели, количественно определяющие физические свойства системы как некоторого материального сооружения: полные, активные и реактивные сопротивления и проводимости, коэффициенты трансформации, постоянные времени, коэффициенты усиления и т.д.

Состояние электрической системы называется ее режимом.

Параметры режима– это показатели, количественно определяющие режим системы: значения активной, реактивной и полной мощности, напряжения, силы тока, частоты, ЭДС и др.

Если некоторые из параметров системы зависят от режима, то такая система будет нелинейной. При рассмотрении нелинейных систем часто вводитсялинеаризация– упрощение реальной нелинейной системы, при котором имеющиеся в ней нелинейности не учитываются, а нелинейные параметры принимаются постоянными или представляются линейными зависимостями.

Параметры системы могут рассматриваться как:

1. не изменяющиеся в условиях исследуемого режима, их называют линейными;

2. зависящие от параметров режима, их называют нелинейными;

3. имеющие вероятностно-детерминированный характер, т.е. изменяющиеся в зависимости от времени или какого-либо параметра режима по определенному закону;

4. имеющие случайные изменения, не отвечающие какому-либо закону (параметры, заданные с разбросом, размытые, неопределенные).

В дальнейшем, как правило, мы будем рассматривать линейные системы.

Различают установившиеся и переходные, нормальные, аварийные, послеаварийные режимы электрической системы:

• нормальные установившиеся– длительные режимы, применительно к которым при проектировании электрической системы определяются ее основные технико-экономические характеристики, значения параметров изменяются в пределах, соответствующих нормальной работе потребителей;

• аварийные установившиеся и переходные – режимы, возникающие во время какой-либо аварии в системе;

• послеаварийные установившиеся– режимы, возникающие после ликвидации аварии и характеризующиеся изменением нормальной схемы системы (например, отключением какого-либо элемента в процессе ликвидации аварии);

• нормальные переходные– режимы, во время которых система переходит от одного рабочего состояния к другому, соответствуют обычным эксплуатационным изменениям в системе.

В установившихся режимах параметры режима являются неизменными или изменяются медленно в незначительных пределах, переходные режимы характеризуются быстрыми изменениями этих параметров.

Причины, вызывающие возникновение переходных режимов, называются возмущающими воздействиями. Они приводят к появлению начальных отклонений параметров режима –возмущений режима.(Например, в случае скачкообразного изменения активной нагрузки, это изменение будет являться возмущающим воздействием, а величина изменения активной мощности- возмущением режима).

При изучении режимов электрической системы необходимо рассматривать не только электромагнитные явления, но и механические явления в ее элементах (в первичных двигателях, генераторах, двигателях нагрузки), не только электрическое, но и механическое состояние системы, т.е. электромеханические режимы.

Каждый режим состоит из множества процессов. (Процесс– это последовательная смена каких-либо явлений). Например, переходный режим при включении двигателя состоит из ряда процессов: электромеханических, электромагнитных, тепловых, механических и т.п. В дальнейшем мы будем рассматриватьэлектромеханические процессы(т. е. последовательные изменения электромагнитных явлений в электрических цепях при одновременном изменении механических явлений во вращающихся машинах). Каждый процесс отражает изменение определенной группы параметров режима. Группа параметров режима, характеризующая данный процесс, называетсяпараметрами процесса.

Судить о поведении системы в переходном режиме нельзя, не зная ее предшествующего режима и режима, который установиться после окончания переходного режима. Из этого следует, что при анализе переходных режимов обычно приходиться выполнять также и расчеты установившихся режимов.

Все установившиеся и переходные режимы описываются системами алгебраических и дифференциальных уравнений.

Установившийся режим характеризуется системой алгебраических уравнений вида:

,

(1.1)

где – параметры процессов;

– параметры системы.

Переходные процессы описываются системой дифференциальных уравнений первого порядка:

.

(1.2)

Если не учитывать электромагнитные переходные процессы, то часть сети, не содержащая вращающихся элементов, будет характеризоваться только алгебраическими уравнениями вида (1.1). Часть сети, отражающей вращающиеся электрические машины (генераторы, двигатели), будет описываться дифференциальными уравнениями вида (1.2). Таким образом, исследуемая электрическая система разбивается на две подсистемы:

1. неподвижную – описываемую системой линейных алгебраических уравнений вида (1.1);

2. вращающуюся – описываемую системой дифференциальных уравнений первого порядка вида (1.2).

Для объединения уравнений, описывающих эти подсистемы, в общую систему необходимо выполнить преобразование уравнений (1.2) с использованием специальных математических соотношений (уравнений связи или матриц преобразования).