Автореферат Козирєва К. В. Аналіз перехідних процесів електродвигунів власних потреб теплоелектростанцій на основі дискретних математичних моделей

Козирєва Катерина Володимирівна

Факультет: електротехнічний (ЕТФ)

Кафедра: електричних станцій (ЕС)

Спеціальність: "Електричні cтанції"

Тема кваліфікаційної роботы магістра:

Аналіз перехідних процесів електродвигунів власних потреб теплоелектростанцій на основі дискретних математичних моделей

Метою роботи є розробка дискретних математичних моделей трансформаторів, асинхронних і синхронних двигунів для аналізу перехідних процесів в системах власних потреб 6 кВ ТЕС. Для досягнення цієї мети потрібно вирішення наступних завдань:

1. створення методу визначення параметрів багатоконтурнИХ схем заміщення трансформаторів, асинхронних і синхронних двигунів на основі заданих каталожних даних;

2. створення дискретних математичних моделей на основі повних диференціальних рівнянь для основних елементів системи власних потреб ТЕС. Для вирішення диференціальних рівнянь повинні бути застосовані неявні методи інтегрування з використанням програми MathCAD 14;

3. розробка математичних моделей багатомашинних систем електропостачання власних потреб ТЕС на основі дискретних математичних моделей схеми і з урахуванням їх взаємного зв'язку між собою;

4. математичне моделювання та аналіз перехідних процесів у системах власних потреб ТЕС (к. з., перерва живлення, груповий вибіг і самозапуск двигуна).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ Останнім часом у зв'язку з бурхливим розвитком обчислювальної техніки, а також у зв'язку з підвищенням вимог до точності моделювання при розробці та створенні високонадійних систем електропостачання АЕС, ТЕС та інших відповідальних установок з великими АТ і СД, значно зросла цікавість до моделей математичних методів систем електропостачання , заснованим на повних рівняннях Парку-Горєва як для машин, так і для всіх елементів живлення [3]. Актуальним є створення універсальних моделей, які дозволяють досліджувати як короткочасні (АПВ, АВР, короткі замикання), так і тривалі (пуск, самозапуск) перехідні процеси в групі машин з урахуванням їх взаємного впливу, з урахуванням залежностей параметрів від витіснення струмів і насичення магнітних кіл. Розглянемо розрахунок параметрів та моделювання пуску асинхронного двигуна. Гідність багатоконтурних схем заміщення машин змінного струму полягає в універсальності їх використання як для розрахунку перехідних, так і сталих режимів роботи. Крім того, інформація про їхні параметри досить зручна для зберігання в пам'яті і використанні при розрахунках на АОМ і ЦОМ [4].
Рисунок 1 - Схема заміщення глубокопазного асинхронного двигуна з двоконтурним ротором( рисунок анімований; кількість кадрів – 4; кількість повторень – безперервно; об`єм – 42,6кб)

Виконаємо розрахунок параметрів двоконтурної схеми заміщення АД інженерним методом. Розрахунок виконуємо в відносних одиницях у такій послідовності: Скорегуємо значення номінальних ККД і коефіцієнта потужності:

1) Визначаємо індуктивний опір розсіювання статора

2) Знаходимо струм холостого ходу, який приймаємо рівним току намагнічування
3) Знаходимо індуктивний опір гілки намагнічування
4) Визначаємо вхідні опіри двигуна в номінальному режимі при Sн
5) Визначаємо вхідні опіри двигуна в пусковому режимі при S=1
6) Знаходимо провідності ротора при номінальному ковзанні
7) Приймаються параметри першого контуру ротора рівними результуючий опір ротора в номінальному режимі
8) Знаходимо провідності ротора в пусковому режимі
9) Параметри другого контуру ротора знаходимо як різницю між результуючої провідністю ротора при S = 1 і провідністю першого контуру ротора при S=1
Параметри, отримані інженерним методом, уточнюємо шляхом рішення системи нелінійних алгебраїчних рівнянь (СНАУ). Для цього складаємо програми розрахунку параметрів схеми заміщення більш точним методом. Підпрограма розрахунку вхідного опору, струму статора, моменту АД:
Підпрограма розрахунку максимального моменту:
Підпрограма розрахунку втрат в АД:
Уточнимо параметри схеми заміщення шляхом вирішення СНАУ за допомогою блоку рішень Given - Minerr в пакеті MathCad. Рівняння складаються з умови збігу розрахункових і каталожних струмів статора, що обертають моментів при S = 1 і S_Н,а також втрат в номінальному режимі:
Перевіряємо тепер збіг розрахункових значень струмів, моментів і ККД з каталожними:

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Останнім часом у зв'язку з бурхливим розвитком обчислювальної техніки, а також у зв'язку з підвищенням вимог до точності моделювання при розробці та створенні високонадійних систем електропостачання АЕС, ТЕС та інших відповідальних установок з великими АТ і СД, значно зросла цікавість до моделей математичних методів систем електропостачання , заснованим на повних рівняннях Парку-Горєва як для машин, так і для всіх елементів живлення [3]. Актуальним є створення універсальних моделей, які дозволяють досліджувати як короткочасні (АПВ, АВР, короткі замикання), так і тривалі (пуск, самозапуск) перехідні процеси в групі машин з урахуванням їх взаємного впливу, з урахуванням залежностей параметрів від витіснення струмів і насичення магнітних кіл.

Розглянемо розрахунок параметрів та моделювання пуску асинхронного двигуна.

Гідність багатоконтурних схем заміщення машин змінного струму полягає в універсальності їх використання як для розрахунку перехідних, так і сталих режимів роботи. Крім того, інформація про їхні параметри досить зручна для зберігання в пам'яті і використанні при розрахунках на АОМ і ЦОМ [4].

Рисунок 1 – Схема заміщення глубокопазного асинхронного двигуна з двоконтурним ротором

Рисунок 1 - Схема заміщення глубокопазного асинхронного двигуна з двоконтурним ротором( рисунок анімований; кількість кадрів – 4; кількість повторень – безперервно; об`єм – 42,6кб)

Виконаємо розрахунок параметрів двоконтурної схеми заміщення АД інженерним методом. Розрахунок виконуємо в відносних одиницях у такій послідовності:

Скорегуємо значення номінальних ККД і коефіцієнта потужності:

1) Визначаємо індуктивний опір розсіювання статора

Індуктивний опір розсіювання статора

2) Знаходимо струм холостого ходу, який приймаємо рівним току намагнічування

Струм холостого ходу

3) Знаходимо індуктивний опір гілки намагнічування

Індуктивний опір гілки намагнічування

4) Визначаємо вхідні опіри двигуна в номінальному режимі при Sн

Вхідні опіри двигуна в номінальному режимі при Sн

5) Визначаємо вхідні опіри двигуна в пусковому режимі при S=1

Вхідні опору двигуна в пусковому режимі при S=1

6) Знаходимо провідності ротора при номінальному ковзанні

7) Приймаються параметри першого контуру ротора рівними результуючий опір ротора в номінальному режимі

Параметри першого контуру ротора

8) Знаходимо провідності ротора в пусковому режимі

Провідності ротора в пусковому режимі

9) Параметри другого контуру ротора знаходимо як різницю між результуючої провідністю ротора при S = 1 і провідністю першого контуру ротора при S=1

Параметри другого контуру ротора

Параметри, отримані інженерним методом, уточнюємо шляхом рішення системи нелінійних алгебраїчних рівнянь (СНАУ). Для цього складаємо програми розрахунку параметрів схеми заміщення більш точним методом.

Підпрограма розрахунку вхідного опору, струму статора, моменту АД:

Підпрограма розрахунку вхідного опору, струму статора, моменту АД

Підпрограма розрахунку максимального моменту:

Підпрограма розрахунку максимального моменту

Підпрограма розрахунку втрат в АД:

Підпрограма розрахунку втрат в АД

Уточнимо параметри схеми заміщення шляхом вирішення СНАУ за допомогою блоку рішень Given - Minerr в пакеті MathCad. Рівняння складаються з умови збігу розрахункових і каталожних струмів статора, що обертають моментів при S = 1 і S_Н,а також втрат в номінальному режимі:

Перевіряємо тепер збіг розрахункових значень струмів, моментів і ККД з каталожними:

Перевірка збіуг розрахункових значень струмів, моментів і ККД з каталожними

Рисунок 2 - Пускова характеристика двигуна
Розрахуємо допоміжні коефіцієнти для ДУ:
Складемо у формі Коші систему диференційних рівнянь АД:
Систему ДР будемо вирішувати спочатку відомими явними методами, наприклад, за допомогою методу Рунге-Кутта, а потім це рішення в подальшому будемо порівнювати з результатами, які одержали з допомогою неявних методів. Послідовність розрахунку зазначена в головній програмі AD_RK_1 в якій наведені також описані вище підпрограми. Час пуску задаємо, наприклад 6 сек. При кроці розрахунку 0,314 радіан і знаючи, що одна секунда дорівнює 314 радіан, час пуску складе 1884 радий і буде потрібно 6000 кроків.
У результаті розрахунку пуску АД отримали наступні графіки:
Рисунок 3 - Пускові характеристики за фазами
Рисунок 4 - Частота обертання АД в процесі пуску
Рисунок 5 - Електромагнітний пусковий момент
Рисунок 6 - Споживана потужність двигуна
ВИСНОВКИ У результаті магістерської роботи планується розробити універсальну математичну модель для аналізу перехідних процесів електродвигунів власних потреб теплоелектростанцій на основі дискретних математичних. За допомогою цієї програми можливо буде розгляд роботи електродвигунів в різних режимах.

Рисунок 2 – Пускова характеристика двигуна

Рисунок 2 - Пускова характеристика двигуна

Розрахуємо допоміжні коефіцієнти для ДУ:

Допоміжні коефіцієнти для ДУ

Складемо у формі Коші систему диференційних рівнянь АД:

Система диференційних рівнянь АД у формі Коші

Систему ДР будемо вирішувати спочатку відомими явними методами, наприклад, за допомогою методу Рунге-Кутта, а потім це рішення в подальшому будемо порівнювати з результатами, які одержали з допомогою неявних методів.

Послідовність розрахунку зазначена в головній програмі AD_RK_1 в якій наведені також описані вище підпрограми. Час пуску задаємо, наприклад 6 сек. При кроці розрахунку 0,314 радіан і знаючи, що одна секунда дорівнює 314 радіан, час пуску складе 1884 радий і буде потрібно 6000 кроків.

У результаті розрахунку пуску АД отримали наступні графіки:

Рисунок 3 - Пускові характеристики за фазами

Рисунок 3 - Пускові характеристики за фазами

Рисунок 4 - Частота обертання АД в процесі пуску

Рисунок 5 - Електромагнітний пусковий момент

Рисунок 6 - Споживана потужність двигуна

Рисунок 6 - Споживана потужність двигуна

ВИСНОВКИ

У результаті магістерської роботи планується розробити універсальну математичну модель для аналізу перехідних процесів електродвигунів власних потреб теплоелектростанцій на основі дискретних математичних. За допомогою цієї програми можливо буде розгляд роботи електродвигунів в різних режимах.