Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут енергетики та систем керування
Факультет:
Систем управління
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2010
Тип роботи:
Методичні вказівки
Предмет:
Електромагнітні перехідні процеси
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
ІНСТИТУТ ЕНЕРГЕТИКИ ТА СИСТЕМ КЕРУВАННЯ
АНАЛІЗ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ НА ПЕРСОНАЛЬНОМУ КОМП'ЮТЕРІ
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт
з дисципліни «Електромагнітні перехідні процеси» для студентів базового напрямку 6.050701 «Електротехніка та електротехнології » спеціальностей 6.05070101 «Електричні станції», 6.05070102 «Електричні системи і мережі» та 6.05070107 «Системи управління виробництвом та розподілом електроенергії» всіх форм навчання
Затверджено
на засіданні кафедри
електричних систем та мереж
Протокол №2 від «09» вересня 2010 р.
Львів - 2010
Аналіз електромагнітних перехідних процесів на персональному комп'ютері. Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни "Електромагнітні перехідні процеси" для студентів базового напрямку 6.050701 «Електротехніка та електротехнології » спеціальностей 6.05070101 «Електричні станції», 6.05070102 «Електричні системи і мережі» та 6.05070107 «Системи управління виробництвом та розподілом електроенергії» всіх форм навчання
Укл. А.Я. Яцейко, Н.В.Букович, Г.Н. Міркевич, О.М. Равлик - Львів:
Вид-во Національного університету "Львівська політехніка" 2010 - 40 с.
Укладачі: А.Я. Яцейко, к.т.н., асистент.
Н.В. Букович, к.т.н.
Г.Н.Міркевич, ст. викладач.
О.М. Равлик, к.т.н., доцент.
Відповідальний за випуск: Г.М.Лисяк, к.т.н., доцент
Рецензент: А.В. Журахівський, докт. техн. наук, професор
1. ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ
Основне призначення навчально-лабораторного комплексу - допомогти студентам глибше зрозуміти фізичну картину процесу КЗ в колі, яке живиться від джерела напруги та від синхронного генератора (СГ).
Мета роботи - дослідити перехідний процес трифазного та несиметричного КЗ, при цьому:
а) навчитися аналізувати отримані під час роботи залежності та відповідно їх інтерпретувати;
б) визначати деякі кількісні характеристики координат перехідного процесу;
в) зі струму статора СГ виділяти його складові;
г) порівнювати відповідні залежності й оцінювати, як впливають на якісний характер перехідного процесу та на кількісні його характеристики автоматичний регулятор збудження (АРЗ), зовнішній реактанс, параметри схеми, початкові умови тощо.
Лабораторні роботи виконуємо на персональному комп'ютері в програмному комплексі RE, який розроблено на кафедрі ЕСМ НУ «Львівська політехніка».
У комплекс входять одинадцять робіт. Їх виконання зводиться до наступного:
1. Викликаємо потрібну для роботи схему.
2. Редагуємо параметри елементів схеми згідно з завданням.
3. Вводимо початкові умови: вид КЗ, час виникнення КЗ, час увімкнення та вимкнення АРЗ, тривалість розрахунку тощо.
4. Здійснюємо розрахунок режиму КЗ.
5. Результати розрахунку у вигляді залежностей i(t) та u(t) виводимо на дисплей.
6. Робимо відповідний аналіз, порівняння, виміри.
У кожному завданні вказано, на які питання слід відповісти, які зробити виміри чи побудови.
Усі графіки та векторні діаграми слід будувати в масштабі, по можливості, на міліметровому папері.
2. ПОРЯДОК РОБОТИ НА ПЕРСОНАЛЬНОМУ КОМП'ЮТЕРІ В СЕРЕДОВИЩІ ПРОГРАМНОГО КОМПЛЕКСУ RE
1. Зайти в директорію RE. Серед списку файлів знайти файл з назвою GO.EXE і натиснути клавішу "Enter".
2. Після активізації графічного редактора, якщо у його вікні відсутня потрібна схема, необхідно за допомогою лівої клавіші мишки і курсора активізувати:
меню "ФАЙЛИ";
підменю "ЗЧИТАТИ";
підменю "РОЗШИРЕННЯ _RE";
назву файлу вхідних даних;
натиснути праву клавішу мишки, після чого на екрані повинна з'явитися необхідна схема.
3. Редагування параметрів елементів схеми здійснюється в наступному порядку:
курсор мишки підводиться до необхідного елемента і натискається ліва клавіша мишки, що приводить до появи додаткового меню;
в меню курсором мишки і натисканням лівої клавіші активізувати режим "РЕДАГУВАТИ";
послідовно за допомогою клавіш з цифрами, внести відповідні зміни числового значення редагованої величини і натиснути клавішу "Enter". Або підвести курсор під "УВІД" і натиснути ліву клавішу на мишці.
Якщо вибраний відповідний елемент, то редактор автоматично дозволяє редагувати характерні для нього параметри.
Для зміни параметрів синхронної чи асинхронної машин, необхідно підвести курсор в область двох кіл, які схематично зображують їх і натиснути ліву клавішу.
Час увімкнення синхронних чи асинхронних машин (параметр "Час увімкнення") повинен бути не менший ніж 0,04 с. Для того, щоб їх моделювання не здійснювалося, значення часу потрібно задавати значно більшим (наприклад 10,04 с). Це ж стосується і регулятора збудження синхронної машини.
4. Розрахунок машини здійснюється після натискання клавіші "R", або підвівши курсор на панель з зображенням синусоїди у лівому нижньому куті редактора і натиснувши ліву клавішу мишки. Результати розрахунку, в залежності від встановлених вимірних пристроїв, виводяться на екран у процесі розрахунку. Процес розрахунку можна призупинити, натиснувши клавішу "Esc". Після цього, натискаючи цю ж клавішу, продовжити до встановленого часу кінця розрахунку.
Повна зупинка кінця розрахунку і перехід до графічного редактора схеми здійснюється натисканням клавіші "Enter".
5. Після розрахунку (виконання п. 4) і візуальної оцінки процесу, кількісні оцінки отриманих координат здійснюються за допомогою графічного редактора вказаних вимірними пристроями координат. Для цього необхідно натиснути клавішу "V" і після появи на екрані монітора графіків координат, активізувати за допомогою курсора і натискання лівої клавіші мишки необхідний графік (активізація приводить до зміни у зелений колір нижньої панелі відповідного графіка).
Кількісна оцінка координат на активізованому графіку здійснюється за допомогою переміщення курсора, при постійно натисненій клавіші мишки. При цьому замість курсора з'являється штрихова вертикальна лінія, а у верхньому правому кутку панель з відповідними до розміщення вертикальної лінії часом і значенням усіх координат, що відповідають цьому часу.
З графіка можна "вирізати" окремий фрагмент для більш детальної оцінки. Для цього необхідно підвести курсор мишки на початок потрібного фрагменту та, натиснувши і утримуючи ліву клавішу мишки, пересувати саму мишку до кінця вибраного фрагмента (виділеним вважається фрагмент, який знаходиться в середині білого квадрата).
Після цього відпускаємо ліву клавішу мишки. Тепер вибраний фрагмент займе ціле вікно графіка і на ньому можна провести кількісну оцінку, як описано вище.
Для переходу до повного зображення графіка необхідно перевести курсор на панель із зображення "" і натиснути ліву клавішу мишки.
Для тимчасового зняття з графіка окремих координат, необхідно за допомогою курсора і лівої клавіші мишки активізувати справа панель із зображенням трьох кривих і в меню, що з'явиться, підвівши курсор і натиснувши ліву клавішу мишки, зняти "галочки" з непотрібних координат. Після цього активізувати клавішу "ТАК". Відновлення необхідних координат проводиться в тому ж порядку, при встановленні знятих поміток.
Вихід з графічного редактора графіки у графічний редактор редагування схеми здійснюється за допомогою клавіші "Esc" або активізацією за допомогою мишки панелі, на якій зображено двері. 3. ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ
ЗАВДАННЯ 1
Дослідити перехідний процес трифазного КЗ в R колі, яке живиться від джерела змінної синусоїдної напруги:
e=5135sin(t++), [B], де =A, B, C; =0, -2/3, +2/3; =/2.
Варіанти вихідних даних
№ варіанта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
R, Ом
2
3
4
5
6
7
3,5
4,5
5,5
6,5
R1, Ом
10
12
14
16
18
20
11
13
15
17
Порядок виконання роботи:
1. Змоделювати на ЕОМ трифазне КЗ у вузлі К схеми (рис. 1).
2. Виконати трифазне КЗ.
3. Вивести на екран дисплея струми віток схеми та напругу в місці КЗ. Прослідкувати за характером їх зміни (рис.1).
4. Проаналізувати, як змінюються струми в момент часу t=0. Дати фізичну інтерпретацію.
5. Зняти залежність в часі струмів фази А віток схеми.
6. З осцилограми визначити амплітудне та початкове значення струму КЗ.
7. Для фази А виконати відповідні аналітичні розрахунки. Результати порівняти з отриманими під час виконання п. 6.
8. Побудувати векторну діаграму струмів КЗ та ЕРС джерела живлення.
9. Повторити пп. 1-4, 6 при .
10. Відповісти на такі питання:
а) Як в часі змінюється струм при КЗ в R-колі, яке живиться від джерела змінної напруги?
б) Як змінюються струми віток схеми в момент часу t=0?
в) Чи система струмів фаз А, В, С симетрична та зрівноважена? Відповідь обґрунтувати.
г) Чи струм КЗ містить вільну складову?
д) Як впливають кут та значення R1 на величину струму КЗ?
Рис. 1. Осцилограми струмів та напруг перехідного процесу трифазного КЗ в R колі
Примітка:
1. Слід відрізняти такі поняття, як струм у місці КЗ та струм КЗ певної вітки, наприклад, джерела живлення чи вітки навантаження.
2. Надалі струм в місці КЗ будемо називати струмом КЗ.
ЗАВДАННЯ 2
Дослідити перехідний процес трифазного КЗ в колі R, L при R<<L, яке живиться від джерела змінної синусоїдної напруги:
e=5135sin(t++), [B], де =A, B, C; =0, -2/3, +2/3; =0.
Варіанти вихідних даних
№ варіанта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
R, Ом
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
R1, Ом
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
L, Ом
2
3
4
5
6
7
3,5
4,5
5,5
6,5
L1, Ом
10
12
14
16
18
20
11
13
15
17
Порядок виконання роботи:
1. Змоделювати на ЕОМ трифазне КЗ у вузлі К схеми (рис. 2).
2. Виконати трифазне КЗ.
3. Вивести на екран дисплея струми віток схеми. Прослідкувати за характером їх зміни (рис. 2).
4. Проаналізувати, як змінюються струми в момент часу t=0. Дати фізичну інтерпретацію.
5. Зняти залежність в часі струмів віток фази А схеми.
6. Отримані залежності порівняти з відповідними залежностями, знятими при виконанні п. 5 завдання 1 і зображеними на рис. 1. Що в них подібного й чим вони відрізняються?
7. З осцилограми визначити максимальне миттєве та початкове значення струму КЗ.
Із залежності в часі струму КЗ фази А виділити вимушену та вільну складові (п. 4.4). Визначити їх початкові значення, а також діюче значення струму КЗ. Побудувати ці складові окремо.
Рис. 2. Осцилограми струмів та напруг перехідного процесу трифазного КЗ в колі R-L (R<<L)
9. Аналітично визначити початкові значення вимушеної та вільної складових струму КЗ. Результати порівняти з отриманими під час виконання п. 8.
10. Побудувати векторну діаграму струмів КЗ та ЕРС джерел електричної енергії.
11. Відповісти на такі питання:
а) Як змінюється струм в колі R, L, яке живиться від джерела напруги, якщо R<<L? Дати фізичну інтерпретацію.
б) Як змінюється струм в момент часу t=0?
в) Чи система струмів фаз А, В, С симетрична та зрівноважена? Відповідь обґрунтувати.
г) Опишіть вільну складову струму КЗ.
д) Як впливає кут на величину струму КЗ?
е) Як з перехідного струму виділити аперіодичну та періодичну складові?
ЗАВДАННЯ 3
Дослідити перехідний процес трифазного КЗ в колі R, L, яке живиться від джерела змінної синусоїдної напруги:
e=5135sin(t++), [B], де =A, B, C; =0, -2/3, +2/3; =0.
Варіанти вихідних даних
№ варіанта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
R, Ом
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
R1, Ом
12
10
16
14
20
18
13
11
17
15
L, Ом
2
3
4
5
6
7
3,5
4,5
5,5
6,5
L1, Ом
10
12
14
16
18
20
11
13
15
17
Порядок виконання роботи:
1. Змоделювати на ЕОМ трифазне КЗ у вузлі К схеми (рис.3).
2. Виконати трифазне КЗ.
3. Вивести на екран дисплея струми віток схеми та їх проаналізувати (рис. 3).
Зняти залежності в часі струмів віток фази А схеми.
Рис. 3. Осцилограми струмів та напруг перехідного процесу трифазного КЗ в колі R-L
5. Отримані залежності порівняти з кривими, знятими при виконанні п. 5 завдання 2 і зображеними на рис. 2. Що в них спільного та що відмінного?
6. З осцилограми визначити максимальне миттєве, амплітудне та діюче значення струму КЗ фази А, усталеного режиму, а також початкове значення вільної аперіодичної складової струму КЗ та сталу часу її згасання. Побудувати періодичну (гармонічну) та аперіодичну складові струму КЗ фази А (п. 4.4).
7. Виконати відповідні аналітичні розрахунки, результати яких порівняти з отриманими під час виконання п. 6. Побудувати відповідну векторну діаграму струмів КЗ та ЕРС джерела електричної енергії.
8. Відповісти на такі питання:
а) Як змінюється струм КЗ в колі R, L, яке живиться від джерела напруги? Дати фізичну інтерпретацію.
б) Як визначити сталу часу згасання вільної аперіодичної складової струму КЗ?
в) Від чого залежить початкове значення вільних аперіодичних складових струму КЗ? Для фаз А, В, С вони різні чи однакові?
г) Чому для схеми рис. 1 струм в момент часу t=0 змінюється стрибком, а для схеми рис. 2 і 3 ні?
д) До якого значення згасає вільна складова струму КЗ?
ЗАВДАННЯ 4
Дослідити перехідний процес трифазного КЗ в колі R, L, С, яке живиться від джерела змінної синусоїдної напруги:
e=5135sin(t++), [B], де =A, B, C; =0, -2/3, +2/3; =0.
Варіанти вихідних даних
№ варіанта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
R, Ом
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
R1, Ом
12
10
16
14
20
18
13
11
17
15
L, Ом
2
3
4
5
6
7
3,5
4,5
5,5
6,5
L1, Ом
1
2
3
4
5
2
3
4
3
3
1/(С1), Ом
10
12
10
12
14
8
10
12
10
8
Порядок виконання роботи:
1. Прийняти L1=0 та змоделювати на ЕОМ трифазне КЗ у вузлі К схеми (рис.4).
2. Виконати трифазне КЗ.
3. Вивести на екран дисплея струми віток схеми та проаналізувати їх (рис.4). Струм якої вітки називається струмом КЗ?
Рис. 4. Осцилограми струмів та напруг перехідного процесу трифазного КЗ в
колі R-L-С
4. Для t=0,01 с виміряти миттєві значення струмів усіх віток схеми, результати показати на графі схеми. Використовуючи перший закон Кірхгофа, переконатися, що заміри правильні.
5. Визначити початкові значення періодичних та аперіодичних складових струмів фаз, які протікають з боку джерела. Побудувати ці складові для фази А.
6. Зняти залежність в часі струму фази А, який протікає у вітці навантаження (вітка L1, R1, C1).
7. Прийняти значення L1 згідно з завданням. Виконати пп. 1, 2, 5.
8. Порівняти струми, які протікають у вітці навантаження для двох випадків: при L1=0 та при L1, установлене згідно з завданням.
9. Дослідити аналітично характер перехідного процесу в закороченій вітці навантаження L1, R1, C1.
10. Відповісти на такі питання:
а) За яких параметрів вітки навантаження в колі виникає аперіодичний, і за яких коливний перехідний процес?
б) Чому характер перехідного процесу при трифазному КЗ у вітці джерела та у вітці навантаження може бути різний?
в) Як впливає ємнісне навантаження на струм КЗ та його складові?
г) Чи система струмів А, В, С з боку навантаження симетрична, чи зрівноважена?
д) Чому струм у вітці навантаження згасає до нуля, а у вітці джерела до усталеного значення.
ЗАВДАННЯ 5
Дослідити залежність від початкових умов максимального миттєвого значення струму КЗ.
Варіанти вихідних даних
№ варіанта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
R, Ом
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
L, Ом
2
3
4
5
6
7
3,5
4,5
5,5
6,5
Порядок виконання роботи:
1. Змоделювати на ЕОМ трифазне КЗ у вузлі К схеми (рис. 4), яка живиться від джерела змінної синусоїдної напруги
e=5135sin(t++), [B], де =A, B, C; =0, -2/3, +2/3; =0.
2. Почергово задавати такі параметри схеми рис. 4:
а) R1=0,0001 Ом; L1=0; 1/(C1)=15 Ом;
б) R1=0,0001 Ом; L1=22 Ом; 1/(C1)=0;
в) R1=1000 Ом; L1=0; 1/(C1)=0;
г) R1=0,3 Ом; L1=0; 1/(C1)=30 Ом.
3. Для кожного з заданих варіантів параметрів схеми виявити умову виникнення максимального значення аперіодичної складової струму у вітці джерела напруги та змоделювати її, тобто знайти відповідний кут .
4. Виконати трифазне КЗ.
5. Вивести на екран дисплея струми віток схеми та їх проаналізувати.
6. Визначити максимальне миттєве та усталене значення струму в місці КЗ та у вітці джерела напруги. Зробити висновки.
7. Відповісти на такі питання:
а) Чи впливають початкові умови на максимальне миттєве значення струму КЗ?
б) Чи впливають початкові умови на усталений струм КЗ?
в) За яких початкових умов струм КЗ вітки джерела найбільший?
г) Як впливає ємнісне навантаження на струм в місці КЗ та на струм з боку джерела?
ЗАВДАННЯ 6
Дати якісну характеристику перехідного процесу трифазного КЗ синхронного генератора.
Порядок виконання роботи:
Змоделювати на ЕОМ трифазне КЗ на виводах СГ без АРЗ, який попередньо працював в неробочому ході з номінальною напругою на виводах (рис. 5). Прийняти, що в момент КЗ напруга однієї з фаз, наприклад, фази А, проходить через нуль.
2. Виконати трифазне КЗ у вузлі К схеми.
3. Вивести на дисплей залежності iA(t), iВ(t), iС(t), i1D(t), i1Q(t), if(t), uf(t) (рис. 5) та проаналізувати їх. Визначити максимальні та усталені значення струмів статора та ротора.
4. Спостерігаючи за виведеними на дисплей залежностями порівняти між собою:
а) струми обмоток статора;
б) струми обмоток ротора.
5. Зняти залежності iA(t), if(t), uf(t), i1D(t), i1Q(t).
6. Зі струму iA(t) виділити аперіодичну складову та обвідну амплітуд гармонічної складової.
7. Визначити початкове значення аперіодичної складової струму КЗ (п. 4.5).
8. Визначити початкове значення гармонічної складової струму КЗ (п. 4.6).
9. Побудувати залежність у часі діючого значення гармонічної складової струму КЗ.
10. Визначити початкові значення вільних перехідної та надперехідної складових струму КЗ (п. 4.7, 4.8). Показати ці складові і навести отримані результати. Виконати відповідні побудови.
11. Дати фізичну інтерпретацію процесу.
12. Відповісти на такі питання:
а) Що спільного та відмінного в струмах iA(t), iВ(t), iС(t)?
б) Що спільного та відмінного в струмах if(t), i1D(t), i1Q(t)?
в) Чому під час перехідного процесу струми обмоток статора несиметричні відносно осі часу?
г) Як переконатися чи система перехідних струмів iA(t), iВ(t), iС(t) зрівноважена?
д) Що вказує на відсутність в СГ АРЗ?
е) Чому струми демпферних контурів згасають до нуля, а струм обмотки збудження - до попереднього значення?
ж) Скільки вільних складових є в струмі КЗ?
з) Яка складова згасає найшвидше? Чому?
Рис. 5. Осцилограми струмів та напруг перехідного процесу трифазного КЗ синхронного генератора без АРЗ
ЗАВДАННЯ 7
Дослідити, як впливає АРЗ на характер перехідного процесу під час трифазного КЗ на виводах СГ
Вихідні дані такі ж, як у завданні 6.
Порядок виконання роботи:
1. Змоделювати на ЕОМ трифазне КЗ на виводах СГ з АРЗ, який попередньо працював в неробочому ході з номінальною напругою на виводах. Прийняти, що в момент КЗ напруга фази А дорівнює нулю.
2. Виконати трифазне КЗ на виводах СГ.
3. Вивести на екран дисплея струми та напруги обмоток СГ (рис. 6). Визначити максимальні та усталені значення струмів обмоток.
4. Порівняти виведені на екран залежності, з відповідними для СГ без АРЗ. Останні показані на рис. 5.
5. Зняти залежність іA(t). Виділити гармонічну складову та порівняти її з відповідною залежністю, отриманою в п. 9 завдання 6.
6. Визначити в скільки разів усталені значення струму та напруги обмотки збудження більші від доаварійних значень, тобто визначити If /If0, Uf /Uf0.
7. Для моменту часу 0,01, 0,02, 0,04, 0,08, 0,2, 0,4 с визначити відношення гармонічних складових струму фази А при КЗ на виводах СГ з АРЗ та без АРЗ.
8. Відповісти на такі питання:
а) Як впливає АРЗ на початковий, перехідний та усталений струм статора? Пояснити причину.
б) Як впливає АРЗ на струм обмотки збудження?
в) Як впливає АРЗ на струми демпферних обмоток? Пояснити причину такого впливу.
г) Що зміниться в кривих, показаних на екрані, якщо граничний струм збудження збільшити?
д) Як змінюються струми обмоток, якщо стала часу Тf0 зростає?
е) Що в струмах та напругах обмоток вказує на наявність у нього АРЗ?
є) Як впливає АРЗ на гармонічну та аперіодичну складові струмів обмоток статора?
Рис. 6. Осцилограми струмів та напруг перехідного процесу трифазного КЗ синхронного генератора з АРЗ
ЗАВДАННЯ 8
Дослідити, як впливає АРЗ на характер перехідного процесу під час КЗ за зовнішнім реактансом Х. Взяти три значення зовнішнього реактансу: Х<Xкр, Х=Xкр, Х>Xкр.
Вихідні дані такі ж, як у завданні 6.
Порядок виконання роботи:
1. Змоделювати на ЕОМ трифазне КЗ за зовнішнім реактансом СГ, обладнаного АРЗ, який попередньо працював в неробочому ході з номінальною напругою на виводах. В момент КЗ напруга фази А дорівнює нулю.
2. Виконати трифазне КЗ за зовнішнім реактансом.
3. Вивести на екран дисплея струми та напруги обмоток СГ. Проаналізувати їх. Визначити максимальні та усталені значення струмів обмоток машини.
4. Порівняти виведені на екран криві з залежностями, отриманими при КЗ на виводах СГ з АРЗ і зображеними на рис. 7.
5. Зняти залежність іA(t). Виділити гармонічну складову.
6. Повторити дослід з іншими значеннями зовнішнього реактансу.
7. Порівняти отримані в пункті 5 залежності між собою та із залежністю, отриманою в п. 9 завдання 6.
8. Побудувати залежність в часі діючого значення гармонічної складової струму КЗ при різних значеннях зовнішнього реактансу. Проаналізувати їх.
9. Відповісти на такі питання:
а) Як впливає величина зовнішнього реактансу на характер зміни в часу гармонічної складової струму КЗ СГ з АРЗ і без АРЗ? Дати фізичну інтерпретацію.
Рис. 7. Осцилограми струмів та напруг перехідного процесу трифазного КЗ синхронного генератора з АРЗ за зовнішнім реактансом Х
ЗАВДАННЯ 9
Дослідити перехідний процес двофазного КЗ в колі R, L, яке живиться від джерела змінної синусоїдної напруги
e=5135sin(t++), [B], де =A, B, C; =0, -2/3, +2/3; =0.
Варіанти вихідних даних
№ варіанта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
, град.
30
60
90
120
150
180
210
240
270
0
R, Ом
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
R1, Ом
12
10
16
14
20
18
13
11
17
15
L, Ом
2
3
4
5
6
7
3,5
4,5
5,5
6,5
L1, Ом
5
10
15
20
22
24
16
18
20
26
М, Ом
0,5
1
1,5
2
2,5
3
1
2
2,5
3
М1, Ом
4
6
8
10
10
4
2
6
4
8
Порядок виконання роботи:
1. Змоделювати на ЕОМ двофазне КЗ у вузлі К схеми, зображеної на рис. 8.
2. Вивести на екран дисплея струми та напруги в місці КЗ, а також струми віток схеми (рис. 8).
3. Проаналізувати отримані залежності. Переконатися, що струми однойменних фаз, які протікають у місці КЗ та у вітці джерела відрізняються між собою.
4. Визначити максимальні миттєві та усталені значення струмів КЗ, а також струмів інших віток схеми.
5. Зобразити граф схеми (рис. 8) і нанести на нього діюче значення усталених струмів віток, вказавши їх напрямки.
6. Побудувати векторну діаграму струмів та напруг у місці КЗ.
7. Струми та напруги в місці КЗ розкласти на симетричні складові.
8. Виконати аналітичний розрахунок періодичної складової струму двофазного КЗ у точці К схеми. При цьому активними опорами кола знехтувати. Результати розрахунку порівняти з результати, отриманими на моделі.
9. Зняти залежності в часі струмів та напруг фаз у місці КЗ.
10. Відповісти на такі питання:
а) Чи результати дослідів підтвердили граничні умови, записані для місця КЗ?
б) Як змінюється в часі діюче значення періодичної складової струму КЗ?
в) Як змінюється струм КЗ та його складові, якщо замість джерела змінної синусоїдної напруги в коло ввести СГ?
г) Яка складова струму КЗ залежить від початкових умов?
д) Чи система струмів КЗ симетрична чи зрівноважена?
Рис. 8. Осцилограми струмів та напруг перехідного процесу двофазного КЗ в R-L колі
ЗАВДАННЯ 10
Дослідити перехідний процес однофазного КЗ на землю, в колі R, L, яке живиться від джерела змінної синусоїдної напруги
e=5135sin(t++), [B], де =A, B, C; =0, -2/3, +2/3; =0.
Вихідні дані такі ж, як у завданні 9.
Порядок роботи:
1. Змоделювати на ЕОМ однофазне КЗ на землю у вузлі К схеми рис. 9.
2. Вивести на екран дисплея струми та напруги в місці КЗ та струми інших віток схеми (рис. 9).
3. Проаналізувати виведені залежності. Переконатися, що струми фаз у місці КЗ та струми в вітці джерела напруги мають різні значення.
4. Визначити максимальні миттєві та усталені значення струмів віток схеми, а також струмів та напруг в місці КЗ.
5. Зобразити граф схеми рис. 9 і нанести на нього миттєві значення струмів віток схеми, показавши їхні напрямки.
6. Побудувати векторну діаграму струмів та напруг у місці КЗ.
7. Струми та напруги в місці КЗ розкласти на симетричні складові.
8. Виконати аналітичний розрахунок періодичної складової струму під час однофазного КЗ на землю у точці К схеми. Результати розрахунку порівняти з результатами, отриманими на ЕОМ з п. 4. Під час розрахунку активними опорами знехтувати.
9. Зняти залежність у часі струмів та напруг у місці КЗ.
Відповісти на такі питання:
а) Чи ви переконалися, що граничні умови, записані для місця КЗ слушні?
б) Чи система струмів КЗ у вітці джерела симетрична чи зрівноважена?
в) Як виділити із струмів віток джерела нульову послідовність?
Рис. 9. Осцилограми струмів та напруг перехідного процесу однофазного КЗ на землю в R-L колі
ЗАВДАННЯ 11
Дослідити перехідний процес двофазного КЗ на землю в колі R, L, яке живиться від джерела змінної синусоїдної напруги
e=5135sin(t++), [B], де =A, B, C; =0, -2/3, +2/3; =0.
Вихідні дані такі ж, як у завданні 9.
Порядок виконання роботи:
1. Змоделювати на ЕОМ двофазне КЗ на землю у вузлі К схеми рис. 10.
2. Вивести на екран дисплея струми та напруги в місці КЗ, струми віток схеми та їх проаналізувати (рис. 10).
3. Визначити максимальні миттєві та усталені значення струмів віток схеми, а також струмів та напруг в місці КЗ.
4. Зобразити граф схеми рис. 10 і нанести на нього миттєві значення струмів, отриманих для моменту часу t=0,02 с.
5. Побудувати векторну діаграму струмів та напруг у місці КЗ.
6. Виділити струми нульової послідовності.
7. Виконати аналітичний розрахунок двофазного КЗ на землю, обчислити періодичну складову. Результати аналітичного розрахунку порівняти з результатами, отриманими на моделі ЕОМ.
8. Відповісти на такі питання:
а) Як змінюються струми у вітці джерела ЕРС, якщо R1=?
б) Який реактанс необхідно внести в нейтраль джерела ЕРС, щоб струм двофазного КЗ на землю дорівнював струму трифазного КЗ?
в) При якому виді КЗ струм в місці пошкодження найбільший?
г) Порівняти струми у місці двофазного КЗ і двофазного КЗ на землю. Яка між ними різниця?
д) За яких умов струм двофазного КЗ на землю буде збігатися зі струмом двофазного КЗ?
Рис. 10. Осцилограми струмів та напруг перехідного процесу двофазного КЗ на землю в R-L колі
4. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
1. Ударний струм визначаємо, як максимальне миттєве значення струму фази А, який настає через півперіода після виникнення КЗ.
2. Усталене значення струму КЗ визначаємо з кривих для моменту часу t>5Td.
3. Найбільше діюче значення струму КЗ - це діюче значення струму в перший період перехідного процесу. Його визначаємо наближено за виразом
де In - діюче значення періодичної складової струму КЗ, обчислене для t=0,01 с. Наближено воно співпадає з ординатою обвідної амплітуд гармонічної складової струму Imà(t) в момент t=0,01 с, поділеною на 1,41;
Ià - діюче значення аперіодичної складової струму іа(t), яке дорівнює миттєвому значенню аперіодичної складової для t=0,01 с.
4. Періодичну та аперіодичну складові струму КЗ виділяємо так:
а) Будуємо обвідну додатних та від'ємних амплітуд струму КЗ. Обвідну додатних амплітуд дістаємо, з'єднуючи максимальні миттєві значення додатних півхвиль. Це ж повторюємо для від'ємних півхвиль.
б) Будуємо аперіодичну складову струму КЗ. Для цього обчислюємо алгебричну півсуму ординат верхньої та нижньої обвідних амплітуд струму КЗ для різних моментів часу та з'єднуємо їх між собою.
в) Щоб побудувати зміну в часі додатньої обвідної амплітуд гармонічної складової струму КЗ (діюче значення струму КЗ, помноженого на 1,41), необхідно обчислити алгебричну піврізницю ординат верхньої та нижньої обвідних амплітуд струму КЗ. Нижню обвідну дістаємо як дзеркальне відображення верхньої обвідної відносно осі часу.
Гармонічна складова вписується між обвідними амплітуд.
5. Початкове значення аперіодичної складової Ià0 та сталу часу Та визначаємо, будуючи криву іа(t) в півлогарифмічному масштабі, де ця крива зображається прямою.
Робимо це так: по осі абсцис відкладаємо час в секундах, а по осі ординат lg іа. Дістанемо пряму, яка по осі абсцис відтинає час t0 , а по осі ординат lg іа0.
Сталу часу визначаємо, як
6. Визначаємо початкове значення періодичної іn0 складової струму КЗ. Оскільки до КЗ СГ працював в неробочому ході, то згідно з законом комутації,
іn0=-іа0.
7. Визначаємо початкове значення вільної періодичної складової струму КЗ іn0
іn=іап-Imn,
де Imn - амплітудне значення усталеного струму КЗ.
8. Визначаємо початкове значення вільних перехідної та надперехідної складових, які в сумі дають початкове значення вільної періодичної складової іn. Для цього від додатньої обвідної амплітуд періодичної складової струму КЗ, віднімаємо амплітуду усталеного струму. Отриману залежність будуємо в півлогарифмічних координатах.
Побудована залежність, за винятком початкової ділянки, - це пряма лінія, яка відповідає експоненті.
Проводимо цю пряму, екстраполюємо її на вісь ординат і в результаті дістанемо вільну перехідну складову . Ця пряма відтинає на осі ординат початкове значення вільної перехідної складової .
Початкове значення вільної надперехідної складової струму КЗ визначаємо, як
9. Характер перехідного процесу в простому колі R, L, C визначаємо так:
а) В колі з одним реактивним елементом вільна складова струму змінюється за експоненціальним законом, про що свідчать корені характеристичних рівнянь:
p=-R/L чи p=-1/RС.
Відповідні сталі часу:
чи .
б) Стала часу за результатами експерименту визначається так: виділяємо аперіодичну (вільну) складову, яка змінюється за законом: . Маючи значення іа для двох моментів часу t1 і t2, запишемо
Звідки
в) Коливний перехідний процес можливий у колі з двома реактивними елементами різного характеру (L та C).
При послідовному сполученні елементів R, L, C операторний опір дорівнює
.
Прирівнюючи його до нуля, одержимо характеристичне рівняння:
Його корені:
Якщо , то корені p1 та p2 дійсно різні й, відповідно, вільний перехідний струм шукаємо як суму експоненціальних функцій часу
При маємо граничний аперіодичний процес
де
Перехідний процес має коливний характер, якщо .
Тоді
де - сталі інтегрування.
Змінні та 0 визначаємо з виразу
де визначає швидкість згасання вільної складової, а 0 - частоту вільних коливань.
Якщо , , то частота вільних коливань збігається з резонансною частотою контуру.
10. Постійні інтегрування визначаємо, виходячи з початкових умов. Для цього прирівнюємо між собою струми вітки нескомутованого та скомутованого кіл, обчислені для t=0. Якщо виявиться, що початкових умов не вистачає, то їх можна отримати диференціюючи вирази відповідних струмів нескомутованого та скомутованого кіл з наступним підставленням у ці вирази t=0.
Так, наприклад, при одному корені характеристичного рівняння наявна одна постійна інтегрування, для визначення якої використовуємо початкову умову і(0-)=і(0+). При двох коренях характеристичного рівняння маємо дві постійні інтегрування. Тут потрібні дві початкові умови. Їх можна записати так: і(0-)=і(0+); .
11. Максимальне значення струму КЗ в колі R, L -функція двох змінних: часу t та кута увімкнення .
Кут , при якому в колі виникає найбільше значення аперіодичної складової струму КЗ, можна визначити таким чином. На комплексній площині побудувати векторну діаграму струмів доаварійного режиму та струмів КЗ. Якщо вектори струмів орієнтувати відносно осі дійсних, то проекція їх різниці на вісь уявних відповідає початковому значенню аперіодичної складової. Аперіодична складова найбільша, якщо різниця цих векторів паралельна до осі уявних.
Кут , при якому проекція різниці векторів струмів доаварійного режиму та режиму КЗ на вісь уявних найбільша, в першому наближенні можна прийняти кут, при якому в колі виникає максимальний струм КЗ.
СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Букович Н.В. Розрахунок струмів короткого замикання в електроенергетичних системах. Львів, 1988.
2. Методичні вказівки до виконання розрахункової роботи №1 з дисципліни "Електромагнітні перехідні процеси" студентами базового напрямку 6.0906 "Електротехніка". / Уклад. Міркевич Г.Н., Букович Н.В., Яцейко А.Я. – Львів: НУ «ЛП», 2009. – 32 с.
3. Методичні вказівки до виконання розрахункової роботи №2 з дисципліни "Електромагнітні перехідні процеси" студентами базового напрямку 6.0906 "Електротехніка". / Уклад. Міркевич Г.Н., Букович Н.В., Яцейко А.Я. – Львів: НУ «ЛП», 2009. – 25 с.
НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ
АНАЛІЗ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ НА ПЕРСОНАЛЬНОМУ КОМП'ЮТЕРІ
Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни "Електромагнітні перехідні процеси" для студентів базового напрямку 6.050701 «Електротехніка та електротехнології » спеціальностей 6.05070101 «Електричні станції», 6.05070102 «Електричні системи і мережі» та 6.05070107 «Системи управління виробництвом та розподілом електроенергії» всіх форм навчання
Укладачі: А.Я. Яцейко
Н.В. Букович
Г.Н. Міркевич
О.М. Равлик
Редактор
Комп’ютерне складання
02.04.2012 20:04-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора