Расчет режима работы механизма собственных нужд

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра электрических станций

Расчётно-графическая работа

Расчет режима работы механизма собственных нужд

Факультет: ФЭН

Группа: ЭН1-61

Студент: Злодеев В.В.

Преподаватель: Ветров В.И.

Новосибирск 2010

Содержание.

1.  Задание………….…………………………………….... 3

2.  Исходные данные………………………………………3

3.  Построение моментных характеристик двигателя….. 3

4.  Построение моментной характеристики механизма…4

5.  Расчёт выбега двигателя с механизмом……………….5

6.  Расчёт самозапуска электродвигателей……………….5

7.  Расчёт времени самозапуска электродвигателей……..7

8.  Расчёт нагрева обмоток двигателя при самозапуске…9

1.  Задание

Определить время самозапуска механизма:

1.  Построить моментную характеристику по католожным данным (M=f(s)).

2.  Построить моментную характеристику ведущего механизма заданного типа.

3.  Провести расчёт выбега двигателя с механизмом.

4.  Провести расчёт самозапуска двигателя собственных нужд.

5.  Определение времени самозапуска двигателя.

2.  Исходные данные:

Тип собственных нужд: питательный электронасос

Тип двигателя:                              4АЗМ-8000/6000УХЛ4

Номинальное напряжение:          U_ном=6кВ

Номинальная мощность:              P_ном=8000кВт

КПД:                                               η_ном=97.6%

Синхронная скорость:                  n_синхр=3000об/мин

Номинальное скольжение:          s_ном=0,005

Номинальный косинус φ:            cos(φ _ном)=0,9

Максимальный момент:              М_макс=2,3

Пусковой момент:                        М_пуск=0,95

Пусковой ток:                               I_пуск=6

Момент инерции двигателя:      J_дв=148 кг·м²

Допустимый момент

инерции механизма:                    J_мех=400 кг·м²

Коэффициент загрузки:               К_з=1

Показатель степени,

характеризующий тип

механизма:                                     р=3

время перерыва питания

секции:                                            t=3с

3.  Построение моментной характеристики заданного двигателя

                                                                      (1)

- критическое скольжение при М= М_макс

М_вр=1.1· М_пуск                                                                                     (2)

М_вр=1.1 ·0.95=1.045

М_вр- вращающий момент при s=0.5

4.  Построение моментной характеристики механизма заданного типа

М_с= К_з·(1-s)^p                                                                                           (3)

М_с- момент сопротивления

Таблица 1

s	1	0.5	0.4	0.3	0.2	0.1	0.08	0.06	0.03	0.022	0.005	0
Мвр	0.95	1.045	1.1	1.21	1.35	1.66	1.84	2	2.2	2.3	1	0
Мс	0	0.125	0.216	0.343	0.512	0.729	0.779	0.831	0.913	0.94	0.99	1

Рисунок 1 Зависмости момента вращения и момента сопротивления от скольжения

5.  Расчёт выбега двигателя с механизмом

Выбег – зависимость числа оборотов от времени при перерыве питания

                                                                            (4)

J=J_дв+J_мех                                                                                                  (5)

J=148+400=548 кг·м²

                                                                                            (6)

       

- механическая постоянная агрегата

Принимаем t в интервале от 0 до 6 с.

Рисунок 2 Характеристика выбега механизма

6.  Расчёт самозапуска электродвигателей.

Определение напряжения на шинах при самозапуске определяется по суммарной пусковой мощности (S_пускΣ)

                                                                                       (7)

Тип трансформатора СН:                     ТРДНС-25000/35

Номинаоьная мощность

трансформатора:                                   S_ном.т=25 МВА

напряжение короткого замыкания:    U_к=10.5%

Индуктивное сопротивление

 трансформатора:                                   x_т=0.105

S_нагр=0.9·0.5S_ном.т                                                                                      (8)

S_нагр=0.9·0.5·25=11.25 МВА

Напряжение питающей сети, приведённое к U_ном, обычно принимается U_нс=1.05. Принимаем, что средний пусковой ток всех самозапускающихся двигателей равен пусковому току ведущего двигателя, тогда:

S_пускΣ= S_нагр I_пуск                                                                                            (9)

S_пускΣ=11.25·6=67.5 МВА

  при этом s=1

Принимаем для практических расчётов, что при достижении s_кр, пусковой ток уменьшается в  раз.

 при s= s_кр

Зная напряжение самозапуска в начале моментной характеристики (при s=1) и при критическом скольжении, можно построить моментную характеристику двигателя с учётом изменения напряжения используя формулу:

М_Uсзап=М_Uн·(U_сзап)²                                                                                    (10)

М_Uсзап=М_пуск·(U_сзап)²      М_Uсзап=0.95·0.818²=0.636    s=1

М_U’сзап=М_макс·(U’_сзап)²    М_U’сзап=2.3·0.875²=1.76       s= s_кр

По заданному времени перерыва питания из кривой выбега определяем скольжение ведущего двигателя в начале самозапуска. И рассчитываем напряжение, которое будет на шинах:

,                                                                                           (11)

где М_Sсзап=М_вр с учётом понижения напряжения в начале самозапуска,

       М_Uн.сзап=М_вр при номинальном напряжении

Таблица 2

s	1	0.5	0.4	0.3	0.2	0.1	0.08	0.06	0.03	0.022	0.005
Mc	0	0.125	0.216	0.343	0.512	0.729	0.779	0.831	0.913	0.94	0.99
Mвр	0.95	1.045	1.1	1.21	1.35	1.66	1.84	2	2.2	2.3	1
Mвр2	0.636	0.75	0.84	0.94	1.12	1.41	1.47	1.57	1.73	1.76	0.99

Рисунок 3 Моментные характеристики двигателя без и с учётом изменения напряжения

По кривой выбега определяем S_cзап, при времени перерыва питания t=5 с.

s_cзап=0.245

Находим моменты М_Sсзап и М_Uн.сзап по графикам при s= s_cзап

М_Sсзап=1.15

М_Uн.сзап=1.34

Тогда:

Так как напряжение самозапуска получилось выше, чем 0.6, то разворот двигателей обеспечен.

7.  Расчёт времени самозапуска электродвигателей.

Для этого построим зависимость динамического момента двигателя от скольжения

М_дин=М_вр2-М_с    

                                                                                        (12)

Таблица 3

Мвр2	0.64	0.75	0.84	0.94	1.12	1.41	1.47	1.64	1.73	1.76	0.9
Мс	0	0.125	0.216	0.343	0.512	0.729	0.779	0.831	0.913	0.94	0.985
Мдин	0.64	0.625	0.624	0.597	0.608	0.681	0.691	0.809	0.817	0.82	-0.085

Кривую динамического момента разбиваем на интервалы ΔS, начиная с величины скольжения соответствующего началу самозапуска до номинального скольжения. Полагая, что динамический момент остаётся неизменным на интервале разбиения ΔS, определяем время самозапуска по формуле:

                                                                                         (13)

Рисунок 4 Зависимость динамического момента двигателя от скольжения

Разобьём на 6 интервалов по ΔS=0.04 от 0.005 до 0.245

ΔМ_дин1=-0.085/2=-0.43

ΔМ_дин2=-0.085+0.83/2=-0.373

ΔМ_дин3=-0.83+0.69/2=-0.76

ΔМ_дин4=-0.69+0.66/2=-0.675

ΔМ_дин5=-0.66+0.63/2=-0.645

ΔМ_дин6=-0.63+0.6/2=-0.615

ΔМ_дин7=-0.6+0.6/2=-0.6

с.      

В результате расчёта определено, что самозапуск в момент включения после 5 секундной паузы возможен, так как момент вращения превышает тормозной момент, а напряжение на шинах не опускается ниже 0.6.

8.  Расчёт нагрева обмоток двигателя при самозапуске.

Температуру перегрева обмоток статора можно определить по формуле:

                                                                                    (14)

где I_псз=I_пускU_сз – кратность пускового тока при напряжении начала самозапуска; j_H – номинальная плотность тока в обмотках статора (принимается 5-6 А/мм²).

⁰С

I_псз=6·0.926=5.558

                                                                                          (15)

⁰С 

⁰С

Температура перегрева стержней ротора

                                                                                   (16)

где М_дин.ср- среднее значение динамического момента при самозапуске;

G₀- масса стержней ротора (на единицу мощности)

G₀=0.08кГ/кВт; k_p=0.75

⁰С

                                                                                                   (17)

⁰С

Условия по нагреву обмоток (15) и (17) выполняются.