Реферат за темою випускної роботиЗміст
ВступКонтактна зварка широко використовується в промисловості, і її доля продовжує зростати. Режим роботи машин контактної зварки (МКЗ) характеризуєтся малим значенням коефіцієнта ввімкнення та великими піковими струмами. На якість зварювальних виробів великий вплив мають втрати напруги, які виникають в мережі живлення. Для забезпечення якісних зварних з’єднань, які виконуються на МКЗ, потрібно забезпечити необхідний рівень напруги в мережі їх електропостачання. Діючі вказівки по розрахунку пікових струмів і втрат напруги в мережах, що живлять групу МКЗ [6, 7] завищують розрахункові значення і для забезпечення потрібного рівня напруги для найбільш віддалених від джерела живлення зварювальних машин (відхил напруги повинен не перевищувати 10%) необхідно застосовувати трансформатори більшої потужності, шинопроводи большого перетину. Це значно удорожчує схему електропостачання. Крім того, для вибору захисту та перевірки елементів мережі на динамічну стійкість необхідно знати пікові струми, що виникають в мережі при одночасному включенні декількох МКЗ. Для точного визначення пікових струмів і втрат напруги з потрібною для цієї задачі граничною ймовірністю необхідно знайти їх функції розподілу, а при великій кількості машин ця задача невиконуєма через великий обсяг розрахункН.Н.ів. Тому разроблюються приблизні методи [1-8]. Метою роботи є обосноване зниженння затрат на мережу, що живить групу МКЗ при гарантованому рівні напруги в мережі, що буде забезпечено шляхом підвищення точності розрахунку пікових струмів і втрат напруги. 1. Тимчасові керівні Вказівки 1974 г. по розрахунку пікових струмів і втрат напруги в мережах електропостачання машин контактної зваркиВ якості вихідних даних в [1, 2] використовуются технологічні графіки навантаження зварювальних машин або ж потужності, що споживаються ними та коефіцієнти ввімкнення. Якщо ж ці дані відсутні, то в якості вихідних приймаются паспортні дані зварювальних машин і средньостатистичні розрахункові коефіцієнти завантаження та ввімкнення, які отримані за даними обстежень діючих установок. Також необхідно знати планування цеху, перелік сблокованих зварювальних машин і їх режим роботи. В [1, 2] запропонований наступний розрахунок: 1. Визначається орієнтовна ефективна потужність S (кВА) МКЗ: де і – відповідні величини для груп трифазних і однофазних машин; – коефіцієнт ввімкнення (в. о.), що відображає тривалість ввімкнення машини в повному циклі зварювання. При цьому двофазні машини зі схемою з'єднання відкритий трикутник приводяться до трьохфазних за допомогою коефіцієнта приведення – 1,2, а при незначному числі двофазних машин – 1,5. 2. Обирається число і потужність зварювальних трансформаторів, проводиться розміщення цехових підстанцій, намічається схема внутрицехового розподілу електроенергії та вирішується питання про граничну компенсацію реактивної потужності. 3. Зварювальні машини розподіляються рівномірно по фазах, враховуючи: а) при , що значно відрізняються, розподіл проводиться за ефективною середньоквадратичною споживаною потужністю (кВ А) машини ; б) при , що незначно відрізняються – по средней потребляемой мощности машины , де –встановлена потужність зварювальних трансформаторів машин (кВ•А) при номінальній паспортній тривалості ввімкнення, яка вказується в паспорті машини; – коефіцієнт завантаження даної машини, в. о.; в) при відсутності даних за фактичними потужностями зварювальних трансформаторів в плечах двофазних і трифазних машин допускається приймати рівномірний розподіл за фазами загальної встановленої потужності трансформаторів двофазної або трифазної машини; г) нерівномірність завантаження не повинна перевищувати 15%.нерівномірність завантаження не повинна перевищувати 15%. 4. Визначаються індивідуальні пікові струми (А) кожної зварювальної машини, враховуючи: а) якщо в якості вихідних даних прийняті встановлені потужності зварювальних трансформаторів і середньостатистичні значення , розрахунки проводяться за формулами: для однофазних машин для двофазних машин, ввімкнених за схемою відкритого трикутника – для загальної фази; – для решти фаз; б) якщо в якості вихідних даних використовуються графіки навантаження машин або розрахункові технологічні дані, розрахунки проводяться за наступними формулами: для однофазних машин для двофазних машин, ввімкнених за схемою відкритий трикутник – для загальної фази; – для решти фаз; для трифазних машин де — пікова потужність машини, кВ•А. Дво- та трифазні багатоточкові машини, плечі яких, приєднанні до різних фаз, що вмикаються різночасно, слід розглядати як групи однофазних зварювальних машин відповідної потужності. 5. Визначаються середні навантаження живильних ліній як арифметична сума середніх струмів всіх машин, підключених до цієї фазі за формулою: где – середнє навантаження окремої зварювальної машини; – струм, споживаний цією машиною за час зварювання. Для багатоточкової зварювальної машини середнє навантаження: де – середнє навантаження, що створюється сходинкою кожного піку навантажувальної діаграми за один цикл зварки; – струм однієї сходинки; – відносна тривалість зварювання однієї сходинки; – тривалість зварювання однієї сходинки; – тривалість одного циклу зварювання багатоточкової машини. 6. Уточнюється ефективне навантаження по групах зварювальних машин за середнім навантаженням, визначеним за п. 5: де – середнє навантаження фази; – дисперсія навантаження фази. 7. Визначається максимальний пік струму за сумарним навантаженням машин, що співпали за часом у роботі (з певною ймовірністю). Якщо в групі є зблоковані машини, то число машин, що приймають участь в створенні піку струму, відповідно скорочується. Визначення проводиться за методикою, яка заснована на застосуванні двоступеневої моделі впорядкованої діаграми (ВД) навантажень, представленої на рис. 1. Сходинки ВД розташовані в порядку зменшення, починаючи з найбільшого струму та закінчуючи найменшим . За двоступеневою моделлю визначається приведене число зварювальних машин, що беруть участь в утворенні максимального піку струму. При виконанні окремих розрахунків побудови двоступеневої моделі ВД не потрібно. Порядок розрахунку: а) визначається усереднене значення коефіцієнта ввімкнення всіх пзварювальних машин, які входять у групу за формулою , де – коефіцієнти ввімкнення окремих машин, причому для багатоточкової зварювальної машини приймається сума всех ступеней сварки; б) визначається площа F ВД навантажень даної групи машин; в) визначається умовне число машин з максимальним піком: Значення визначається без урахування машин, для яких відповідна їм частка площі не перевищує 5%. Значення округлюється до найближчого цілого числа; г) розраховується усереднене значення коефіцієнта ввімкнення для найбільших машин даної групи: д) за кривими рис.2 визначаються: • ймовірне максимальне число одночасно ввімкнених машин m з загального числа п, приєднаних до даної живильної линії в функції ; • число одночасно ввімкнених машин з максимальним навантаженням в функції ; е) визначається розрахунковий пік струму: де 0,94 – поправочний коефицієнт, який враховує зниження сумарного струму в момент збігу роботи машин за часом, ввімкнених на разні фази. 8. Проводиться визначення максимальної втрати напруги: а) визначається повний опір живильної мережі: де і – відповідно активний і індуктивний опори цехового трансформатора; і – відповідно активний і індуктивний опори живильної магістралі на одиницю довжини; розрахункова величина коефіцієнта потужності для всіх зварювальних машин приймається рівною 0,6; б) визначається значення втрати напруги , що визивається кожною машиною: де а – коефіцієнт, що враховує взаємне положення втрат напруги в різних живильних лініях від навантажень різних фаз машин (табл.1). Сумарна втрата напруги в кожен момент часу пропорційна числу машин, що співпали за часом у роботі, і їх фіктивним навантаженням. Тому визначення усереднених втрат напруги проводиться аналогічно до розрахунку максимального навантаження за наступними формулами: - в лінії до окремої машини: - в лінії, яка живить групу машин: Середнє значення фіктивних навантажень може бути прийнято однаковим для всіх міжфазних напруг, так як воно визначається для всього числа машин, що входять до групи, незалежно від розподілу їх по фазам і потужностям, тобто: Максимально допустима величина втрати може бути прийнята до 10%. 2. Розрахунок піков навантаження електрозварювальних машин (1979 г.)Пікові навантаження електрозварювальних машин раніш розраховувались згідно тимчасовим керівним Вказівкам на основі двоступеневої впорядкованої діаграми. Для комплексної оцінки впливу коливань струму на елементи мережі в [8] визначається залежність піку навантаження групи електрозварювальних машин від його тривалості. Тому в статті [8] приведений метод розрахунку, який дозволяє побудувати функцію . Цей метод застосовується до індивідуальних графіків електрозварювальних машин, що мають періодичні або циклічні графіки. Сумарний графік групи зварювальних машин являє собою чередування одно- (ввідповідає одній зварювальній машині або одній групі зварювальних трансформаторів) і багатоступеневих (утворюється при накладанні декількох індивідуальних імпульсів) імпульсів. Тривалість групових ступеней імпульсів дорівнює 0,2 – 0,4 с. Зварювальні машини вмикаються незалежно одна від одної. Для визначення в статті [8] пропонується наступна формула: де – середній струм групи зварювальних машин; – середній струм i-ої зварювальної машини; п – число машин; – дісперсія групового піку, яка визначається за виразом: де – інтервал кореляції; і – кореляційна функція и дісперсія індивідуального графіку. Тому, щоб знайти дісперсію групового графіку, необхідно побудувати графіки індивідуальних дісперсій. Щоб скоротити час розрахунків, в статті [8] пропонуються наступні формули для визначення огибаючих залежностей стандартів індивідуальних графіків у відносних одиницях: де – фактична тривалість ввімкнення машини; – відносна тривалість пікового струму i-ої зварювальної машини. де – фактична середня тривалість ввімкнення машини; – середня тривалість пікового струму, яка визначається за формулою: де – тривалість пікового струму; – час циклу зварки. Формули (3), (4) застосовуються в тому випадку, коли необхідно розрахувати піки струму великого числа точкових, рельєфних і ролікових зварювальних машин, коли при проектуванні немає повних даних і графіків навантаження окремих машин. За кривою, що приведена на рис.3, можна знайти коефіцієнт . Результати прикладів, приведених в [8], показали, що за допомогою формули (1) з використанням кривої рис.3 можна робити розрахунок максимальних піков з большою точністю і за менший час, ніж за двоступеневою впорядкованою діаграмою. Приведемо порядок розрахунку за методом, який запропонований в статті [8]: Вихідні дані: тип, число, потужність зварювальних машин і середньостатистичні показники режимів їх роботи. Розподіл зварювальних машин за фазами прозводиться за равенством паспортних потужностей або за принципом равенства середнього струму. Залежності стандартів індивідуальних графіків і будують за формулами (3) і (4). При використанні формули (3) знаходять залежності , а при використанні формули (4) будують один графік для машини з середнім часом зварки. При цьому . Будують залежності дісперсій струму від за формулою: Визначають залежність сумарної дісперсії від для розрахункової фази, наприклад для фази А: Знаходять залежність групових піковіх струмів від для розрахункової фази із вираження: 3. Розрахунок пікових струмів і втрат напруги відповідно діючих Керівних вказівокМетод [6, 7] може бути застосований для любих електричних навантажень, які характеризуються великою частотою і малою тривалістю ввімкнення. Вихідними даними для розрахунку є: паспортні дані зварювальних машин; паспортні дані зварювальних машин; перелік зблокованих зварювальних машин; режим роботи зварювальних машин. При відсутності розрахункових технологічних даних або графіків навантаження машин за цикл зварювання розрахунок навантажень виконується за допомогою середньостатистичних коефіцієнтів завантаження і ввімкнення. Використовувані в розрахунках середньостатистичні коефіцієнти завантаження і ввімкнення визначені за результатами обстеження зварювальних установок значного числа діючих виробництв. Коефіцієнт потужності зварювальних машин на основі результатів експериментальних обстежень машинобудівельних підприємств приймається рівним 0,6. 3.1. Определение и обозначение основных величинОднофазними вважвються зварювальні машини, ввімкнені на лінійну напругу. Двофазними вважаються машини, що мають два плеча, які підключені до трьох фаз за схемою відкритого трикутника, що включаються одночасно. Трифазними вважаються машини, що мають три плеча, які підключені до трьох фаз мережі, і що вмикаються одночасно. Двофазні і трифазні машини при рівномірному ввімкненні плеч розглядаються як групи однофазних машин. – установлена потужність зварювальних трансформаторів машини при номинальній паспортній тривалості ввімкнення, що вказується в паспорті машини; кВ·А; – коефіцієнт завантаження даної машини, що виражає відношення пікової споживаної потужності до встановленої, в. о.; – коефіцієнт ввімкнення, що відображає тривалість ввімкнення машини в повному циклі зварювання, в. о. При користуванні середньостатистичними коефіцієнтами завантаження і ввімкнення споживані середня , ефективна і пікова потужності визначаються відповідно за наступними формулами, кВ•А: При використанні в якості вихідних даних встановленої потужності зварювальних трансформаторів і середньостатистичних коефіцієнтів завантаження і ввімкнення індивідуальні пікові струми машин визначаються наступним чином, А: для однофазних машин для двофазних машин, включених за схемою відкритого трикутника: для загальної фази для інших фаз для трифазних машин 3.2. Порядок розрахункуРозрахунок виконується в два етапи. На першому етапі розрахунку всі зварювальні машини вважаються однофазними і рівномірно розподіленими за фазами. Для кажної зварювальної машини визначаються середня і квадрат ефективної потужності:
Далі визначається орієнтоване розрахункове зварювальне навантаження: за яким попередньо обираються цехові трансформатори і живильна мережа 380 В. Потім всі зварювальні машини необхідно розподілити за фазами таким чином, щоб забезпечити рівномірне завантаження всіх фаз живильної мережі. При цьому: - у випадку встановлення зварювальних машин з коефіцієнтами ввімкнення, що значно відрізняються, слід рівномірно за фазами розподіляти величини ; - при установці в цеху зварювальних машин з коефіцієнтами ввімкнення, що незначно відрізняються, допускається розподіляти за фазами за споживаною потужністю зварювальних машин ; - у разі відсутності даних за фактичними потужностям зварювальних трансформаторів плечей двофазних і трифазних машин допускається приймати рівномірний розподіл по фазах загальної встановленої потужності трансформаторів двофазної або трифазної машини. Нерівномірність завантаження фаз не повинна перевищувати 15%. Наступним шагом є визначення середнього, ефективного і пікового навантаження проводиться для однієї найбільш завантаженої фази. Середній струм живильної лінії отримується як арифметична сума середніх струмів всіх машин, підключених до цієї фази, А: де – середнє навантаження окремої зварочної машини. Для багатоточкової зварювальної машини середнє навантаження, А: де – середнє навантаження, що створюється сходинкою кожного піку навантажувальної діаграми за один цикл зварки. Ефективне навантаження групи зварювальних машин де – дісперсія навантаження фази, . Через малі значення коефіцієнта ввімкнення для окремих піків навантаження машини можна прийняти, що дісперсія струму окремого піку практично рівна квадрату його ефективного значення за цикл зварки. За цією ж причини дісперсія сумарного струму лінії з достатньою точністю може бути прийнята рівною сумі квадратів ефективних струмів окремих машин. Для групи зварювальних машин При Пікове навантаження групи зварювальних машин де – ймовірнісний коефіцієнт, що визначається за рис.3. Пікове навантаження визначається сумарним навантаженням співпавших в роботі зварювальних машин. Ймовірність перевищення розрахункового пікового навантаження приймається рівною 0,001. Для групи машин з однаковими піковими струмами кожної машини коефіцієнт визначається за рис.3 для фактичних значень . Для групи машин з різними індивідуальними піковими струмами коефіцієнт визначається за рис.3 для значень де – ефективне число машин з одинаковим індивідуальним піковим струмом , що створюють тіж самі значення середнього навантаження , ефективного навантаження і дісперсії , що і фактична кількість машин з різними індивідуальними піковими струмами. При розрахованих раніш значеннях і розрахунок спрощується: При де – усереднене значення коефіцієнта ввімкнення всіх зварювальних машин Визначення максимальної втрати напруги засновано на методі "фіктивних навантажень", відповідно з яким сумарна втрата напруги в мережі в будь-який момент часу обумовлюється числом спіпавших в роботі машин і величинами втрат напруги, які створюються роботою кожної з машин. Оскільки втрата напруги в мережі від роботи однієї машини пропорційна її струмового навантаження, її можна розглядати як "фіктивне навантаження" цієї машини. Це дозволяє вести розрахунок сумарної максимальної втрати напруги аналогічно розрахунку пікового струмового навантаження. Втрата напруги, що визивається кожною окремою машиною, В, де а – коефіцієнт, що враховує взаємне накладення втрат напруги в різних живильних лініях від навантажень різних фаз машин; його значення прийнимаються відповідно табл.1. – питома втрата напруги в живильній мережі, включаючи цеховий трансформатор, віднесена до 1 А струму навантаження даної машини, при довжині магістралі від машини до подстанції: Усереднена втрата напруги від окремої зварювальної машини, В: Усереднена втрата напруги в живильній мережі від групи машин, В: Середній коефіцієнт ввімкнення фіктивних навантажень рівен для всіх міжфазних напруг, оскільки він визначається для всіх машин групи незалежно від їх розподілу за фазами (а потужності): Усереднена дісперсія втрати напруги в живильній мережі від групи машин, : при Максимальна втрата напруги розраховується аналогічно піковому навантаженню: при Допустима короткочасна максимальна втрата напруги при співпадінні піків навантаження двох і більше машин – 10%. 4. Інші методи розрахунку пікових струмів і втрат напруги в мережі живлення машин контактної зваркиМетоди розрахунку, які покладені в основу діючих Керівних вказівок [1] і їх попередній редакції [2, 3], як показали результати розрахунків для прикладів з невеликою кількістю n зварювальних машин (до 16), завищують розрахункові значення пікових струмів і втрат напруги. Метод "Гранічних функцій розподілу" (ГФР)[4] дає тільки границі фактичних значень втрат напруги і пікових струмів, тому при проектуванні мережі електропостачання МКЗ його використовувати неможна. Перевірка методу "Випадкового вибору" (ВВ) [4] показує, що він при багатократному його використанні дає значний разкид функцій розподілу і розрахункових значень величин, що визначаються, а метод "Багатократного випадкового вибору" (БВВ) [4] в своєму алгоритмі має розрахунок декількох (близько 10) функцій розподілу і подальше їх осереднення, що призводить до відповідного збільшення обсягу і тривалость розрахунку. В методах ГФР, ВВ і БСВ для зменшення обсягу розрахунків використовується розподіл зварювальних машин на 7 груп в залежності від числа фаз зварювальних машин і від того, до яких фаз вони підключені. В результаті в одній групі можуть опинитись машини, потужність яких сильно відрізняється, а для машин однакової потужності за рахунок різної відстані від джерела живлення різними будуть втрати напруги, які створюються цими машинами. Кріе того, якщо в групі присутні, наприклад, тільки однофазні машини, всі машини будуть розподілені всього на 3 групи. Це має великий вплив на точність розрахунку. Для ліквідації указаних недоліків в "Комплексному диференційованому" (КД) методі функції розподілу пікового струму кожної фази і втрати кожної лінійної напруги розраховуються окремо. Першим, загальним етапом цього розрахунку є визначення струмів і падінь лінійних напруг, які виникають при підключенні кожної машини окремо. Розрахунок ведеться в комплексному вигляді за законами Ома і Кірхгофа. Для визначення функції розподілу пікового струму фази всі машини діляться на 7 груп: в одну групу входять машини, що не підключені до розглядаємої фази, далі машини діляться дві групи в залежності від фази їх пікового струму. Отримані групи далі діляться на групи в залежності від величини модуля пікового струму. Цей процес йде до тих пір, поки загальна кількість груп, на які розділені зварювальні машини, не опинеться рівним 7 або в кожній з груп пікові струми машин будуть однакові. Таким чином, в результаті такого розподілу машин на групи, в одній групі опиняються машини, вплив яких на величину, що визначається, відрізняються незначно і струм від кожної з машин може бути замінений середнім струмом машин в групі. Аналогічний розподіл машин по групах виконується і при розрахунку функцій розподілу втрат напруги. Функції розподілу розраховуються шляхом перебору всіх можливих комбінацій одночасного ввімкнення різного числа машин з груп. При цьому враховується, що коефіцієнти ввімкнення всіх зварювальних машин однакові і рівні середньому . Сходинка функції розподілу, що відповідає відключеному стану всіх зварювальних машин, має ймовірність . Загальна кількість ввімкнених машин зростає по одній і розрахунок припиняється при досягненні функції розподілу значення . Ймовірність кожної комбінації ввімкнення зварювальних машин розраховується за формулою: де i – порядковий номер групи; k – кількість груп; mi – кількість машин, віднесених до i-ої групи; qi – кількість ввімкнених машин в i-ій групі. Піковий струм для комбинації ввімкнених зварювальних машин, що розлядаються, розраховується як геометрична сума струмів ввімкнених зварювальних машин (струм зварювальної машини прийнимається рівним середньому струму машин в її групі). При побудові функції розподілу використовується модуль сумарного струму. Функція розподілу втрат напруги отримуємо по східному алгоритму за виключенням того, що для кожної комбінації одночасно ввімкнених машин розраховується сумарне падіння напруги шляхом геометричного сумування падінь напруги, які створюються кожною з ввімкнених МКЗ. Напруга в кінці шинопроводу дорівнює різниці напруги на джерелі живлення і падіння напруги в мережі. Втрата же напруги, необхідна для побудови функції розподілу, розраховується як різниця модулів напруги на початку і в кінці шинопроводу. Отримані значення ймовірностей ввімкнення зварювальних машин, пікових струмів і втрат напруги в цих режимах і є вихідними даними для побудови участків відповідних функцій розподілу до досягнення ними значення Заключним етапом розрахунку є знаходження максимального розрахункового значення відповідної величини, яка є абсцисою точки перетину функції розподілу і значення ймовірності 1- ех. Для знаходження максимальних розрахункових значень всіх необхідних струмів і втрат напруги цей підхід виконується шість раз. Для оцінки точності розробленого методу використовуємо теоретичні функції розподілу пікових струмів і втрат напруги, які отримані шляхом перебору всіх можливих комбінацій одночасного ввімкнення зварювальних машин з використанням алгоритму точного розрахунку струмів і напруги всіх вітвей кола при проізвольному наборі зврювальних машин [5]. Для групи 16 МКЗ потужністю від 16 до 495 кВА, що працюють з коефіцієнтом ввімкнення 0,05 при живленні їх від нерозгалуженого шинопроводу типа ШМА-4 з номінальним струмом 1250 А, підключеного до трансформатору типу ТМЗ-1000/10. На рис.4 і 5 представлені теоретичні функції розподілу (криві 1) пікового струму однієї з фаз і втрат однієї лінійнї напруги, їх розрахункові значення (точки 3, 4) і функції розподілу цих величин, отримані згідно КД методу (криві 2). На цьому ж рисунку показані розрахункові значення відповідного пікового струму і втрати напруги, розраховані відповідно до діючих Керівних вказівок (точка 5) і за їх попередній редакції (точка 6). Цей приклад і іншіе (всього було розглянуто 24 приклади, в яких точність методів оценивалась, що розглядаються, відносно рішення, отриманого за теоретичною функцією розподілу) говорить про достатньо високу точність КД методе, оскільки його похибка не вийшла за 10%, в той час, як похибка діючих Вказівок перевищила це значення. Завищення діючиими Вказівками результатів розрахунку втрат напруги призводить до необхідності збільшувати потужність трансформатору і перетин шинопроводу, оскільки для забезпечення якості зварювальних з’єднань втрата напруги не повинна перевищувати 10 %. Таким чином, використовування разробленого КД методу дозволяє обгрунтовано знизити затрати на мережі електропостачання МКЗ, забезпечуючи потрібний рівень напруги в них. ВисновкиЗагальним недоліком всіх выще приведених методів розрахунку піковіх струмів і втрат напруги в мережах електропостачання групи машин контактної зварки є те, що при розрахунках функцій розподілу використовується середній коефіцієнт ввімкнення замість коефіцієнтів ввімкнення кожної зварювальної машини. Це призводить, як показали результати розрахунків, до підвищення похибки до 40%. Тому в подальшому планується вдосконалити "Комплексний диференційваний метод", в якому в розрахунках будуть враховуватись коефіцієнти кожної зварювальної машини. Список посилань
|