К генераторам переменного тока предъявляются требования по обеспечению поддержания напряжения при сбросе и набросе нагрузки и особенно при пуске мощных короткозамкнутых асинхронных двигателей (АД).
Вот некоторые положения из требований Регистра, определяющих допустимый провал напряжения (XI, 10.6)
Любое внезапное изменение симметричной нагрузки генератора, работающего при номинальной частоте вращения и при номинальном напряжении, при имеющихся токе и коэффициенте мощности, не должно вызывать снижения номинального напряжения ниже 85% и повышения выше 120%. После этого напряжение генератора должно в течение не более 1,5 с восстанавливаться в пределах ±3% номинального напряжения. Для аварийных агрегатов эти значения могут быть увеличены по времени до 5с и по напряжению до ±4% номинального.
Максимальный провал напряжения на зажимах синхронного генератора при пуске короткозамкнутого АД зависит от
• пускового тока двигателя во время пуска,
• значений переходного и синхронного индуктивных сопротив-
лений генератора,
• постоянной времени обмотки возбуждения
• свойств регулятора напряжения.
Чем выше значения указанных величин, тем больший максимальный провал напряжения может иметь место.
Следует также отметить, что по сравнению с пуском двигателя при холостом ходе пуск нагруженных двигателей вызывает больший провал напряжения генератора. Это объясняется тем, что инерционность у двигателя под нагрузкой значительно больше, чем на холостом ходу.
Коэффициент мощности набрасываемой нагрузки в пределах от 0 до 0,5 не оказывает существенного влияния на значение провала напряжения. При коэффициентах мощности более 0,5 значение провала напряжения резко уменьшается. Значение максимального провала напряжения у предварительно нагруженного генератора обычно на 2-3 % меньше, чем у генератора, работающего на холостом ходу, так как нагруженный генератор является как бы более подготовленным к приему последующей нагрузки. Предварительная нагрузка в виде асинхронных двигателей при больших провалах напряжения обеспечивает некоторую стабилизацию напряжения, так как они сами переходят в генераторный режим работы.
При определении провалов напряжения в случае пуска электродвигателя от нескольких близких по мощности параллельно работающих генераторов (с одинаковой системой возбуждения) необходимо привести исходные данные к общим базисным условиям. Для однотипных генераторов данную методику расчета применяют без каких-либо дополнений, принимая мощность расчетного генератора равной сумме мощности генераторов электростанции.
Для предварительной оценки значения провала напряжения генератора можно принять, что максимальный провал напряжения равен начальному (в первый момент пуска при t =0), тогда согласно упрощенной схемы питания электродвигателя (рис2.15):
∆U г = х /d / (х /d + х д ) (2.14.1)
где х /d - переходное индуктивное сопротивление генератора; х д – пусковое индуктивное сопротивление асинхронного двигателя, приведенное к баз исной мощности генератора.
Рис. 2.15 Схема замещения цепи питания электродвигателя
Максимальные провалы напряжения ожидаются при прямом пуске самого мощного АД, когда в работе находится один генератор. Для определения величины провала напряжения применяют следующие методы:
- аналитический метод,
- графический метод расчета провалов напряжения,
- численный метод совместного решения уравнений синхронного генератора и АД с помощью ЭВМ,
- графоаналитический метод с использованием расчетных кривых токов к.з.
Аналитический метод расчета провалов напряжения, рекомендованный отраслевым стандартом, достаточно сложен и трудоемок.
Графический метод расчета максимального провала напряжения на шинах ГРЩ прост и достаточно точен. Основан на использовании графиков ∆U г =f (y, cos φ), где у – полная проводимость подключаемой нагрузки (уо.е. = 1/ Z к), cos φ – коэффициент мощности двигателя в момент его подключения (рис.2.16). При использовании этого метода необходимо наличие графиков для каждого типа генератора. Для некоторых типов генераторов МСК и МСС эти графики имеются в Справочнике судового электротехника т.1.
| |||||||||||
| 0,7 | 0,8 | ||||||||||
0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 У о.е
Рис. 2.16 Зависимости максимальных провалов напряжения от полной проводимости нагрузки для генераторов МСК 92-4, МСС 92-4
Графоаналитический метод с использованием расчетных кривых токов к.з. наиболее универсален и рекомендуется для расчета провала напряжения в данном проекте. Данным методом рассчитывается провал напряжения для каждого последующего момента времени с момента пуска АД. Точность расчета соблюдается в пределах с момента пуска t = 0 до t =0,5 с. Для последующих моментов времени пуска существенно изменится величина скольжения АД и соответственно его полное сопротивление.
Записываются следующие данные генератора и двигателя:
- полная мощность генератора S г,
- номинальное напряжение генератора U г
- мощность двигателя на валу P дв,
- пусковой коэффициент К пуск,
- коэффициент мощности двигателя при пуске cos j пуск ,
- коэффициент мощности двигателя номинальный cos j ном,
- длина кабеля от шин ГРЩ до двигателя и его сечение L каб. и S каб.
Порядок расчета:
1. Определяется полная номинальная мощность двигателя
S дв = P дв / cos j ном,
2. Находится полное сопротивление двигателя в относительных единицах к моменту запуска:
Z *дв = 1 / Кпуск,
Пусковой коэффициент в пределах 5 – 7 уточняется по каталожным данным двигателя.
3. Находится активное и индуктивное сопротивление АД в относительных единицах: r1* дв = Z *дв * cos j пуск,
х1*дв = Z *дв * sin j пуск
Далее эти сопротивления выражают в относительных единицах системы
r * дв = r1* дв * S г / S дв
х*дв = х1*дв * S г/ S дв
4.Полное расчетное сопротивление включает в себя сопротивления от генератора до шин ГРЩ (рассчитанные в разделе 6 - r * и х*), сопротивления участка от шин ГРЩ до АД (r *у , х*у), сопротивления самого АД в момент пуска (r * дв, х*дв):
Z *пол. расч. = Ö (r * + r *у + r * дв) 2 + (х* + х*у + х*дв) 2 (2.14.2)
5. С помощью расчетных кривых токов к.з. для генератора находят действующее значение периодической составляющей тока I*пер для рассчитанного значения Z *пол. расч в разные моменты времени от t = 0 до t = 0,5 с
6. Определяют полное сопротивление участка от шин ГРЩ до АД, включая сопротивление АД:
Z *дв. рас. = Ö (r *у + r * дв) 2 + (х*у + х*дв) 2 (2.14.3)
7. Напряжение на шинах в относительных единицах определяют как произведение U*ш = I*пер * Z *дв. рас для выбранных ранее моментов времени.
Вычисленные значения сводят в таблицу.
Таблица№ 9
| Параметры в относит. ед. | Время t с | |||||||
| 0,01 | 0,05 | 0,1 | 0,15 | и т. д. | ||||
| I*пер | ||||||||
| U*ш |
На основе рассчитанных значений U*ш строится кривая переходного процесса провала напряжения U*ш = f (t) и определяется его максимальное значение.
При расчете провала напряжения данным методом удобно использовать пакет Microsoft Excel.
Для предварительной оценки значения провала напряжения генератора можно принять, что максимальный провал напряжения равен начальному в первый момент пуска при t =0, тогда согласно упрощенной схемы питания электродвигателя (рис 2.15) провал напряжения равен:
∆U г = х /d / (х /d + х д.)
где: х /d - переходное индуктивное сопротивление генератора;
х д – пусковое индуктивное сопротивление асинхронного двигателя, приведенное к базисной мощности генератора
Записываются следующие данные генератора и двигателя:
- полная мощность генератора S г,
- номинальное напряжение генератора U г
- мощность двигателя на валу P дв,
- пусковой коэффициент К пуск,
- коэффициент мощности двигателя при пуске cos j пуск ,
- коэффициент мощности двигателя номинальный cos j ном,
Порядок расчета:
3. Определяется полная номинальная мощность двигателя
S дв = P дв / cos j ном,
4. Находится полное сопротивление двигателя в относительных единицах к моменту запуска:
Z *дв = 1 / Кпуск,
Пусковой коэффициент в пределах 5 – 7 уточняется по каталожным данным двигателя.
3. Находится активное и индуктивное сопротивление АД в относительных единицах: r1* д = Z *дв * cos j пуск,
х1*д = Z *дв * sin j пуск
Далее эти сопротивления выражают в относительных единицах системы
r * д = r1* д * S г / S дв
х*д = х1*д * S г/ S дв
Переходное индуктивное сопротивление генератора х /d определяется из таблицы технических данных генератора (см. Приложение).
Далее рассчитывается провал в % и сравнивается с допустимым.
