Współpraca maszyn i urządzeń z systemem energetycznym.

Temat:

Zamodelować system elektroenergetyczny z transformatorem 3-uzwojeniowym obciążonym silnikiem synchronicznym i odbiornikiem statycznym niesymetrycznym.

Dane silnika synchronicznego:

Pn=800 kW

Un=6 kV Y

In=90,7 A

cosϕ_n=0,9

η_n=0,96

n_n=375 obr/min

I_WN=165 A

U_WN=75 V

Parametry

R_S=0,728 Ω L_d=0,1666 H GD²=2,42 Tm²

R'_F=0,1184 Ω L_rs=0,0146 H

R'_kd=1,4208 Ω L_q=0,0955 H

R_kq=1,5660 Ω L_F'=0,1898 H

L_kd'=0,1625 H

L_kq=0,0887 H

Parametry transformatora

GN: S=10 MVA U=110 kV Y

SN: S=6,3 MVA U=33 kV Y Yy0- do stony 110 kV

DN: S=6,3 MVA U=6,6 kV Δ Yd11- do strony 110 kV

Prąd biegu jałowego Io=1,2%, straty jałowe Po=18 kW

Napięcie zwarcia przeliczone na prąd odpowiadający mocy znamionowej trnasformatora dla par uzwojeń :

G-D 35500 W

G-S 35000 W

S-D 35500 W

Schemat układu.

Do opisu maszyny elektrycznej i transformatorów przechodzimy z równań ich opisujących w przestrzeni naturalnego układu wspórzędnych do przestrzeni uogólnionej Parka. Uogólnienie to dokonywane jest poprzez zastąpienie kata ϕ, właściwego każdej rozpatrywanej maszynie, kontem α, wspólnym dla wszystkich maszyn.

Poniżej przedstawiony jest wpływu zmiany obciążenia na dynamikę silnika synchronicznego oraz oddziaływanie zmian w nim zachodzących na pozostałe elementy systemu.

Rozruch silnika przeprowadzany jest metoda asynchroniczną. Rozruch taki odbywa się podobnie jak w silniku asynchronicznym poprzez wykorzystanie klatki rozruchowej. W początkowej fazie rozruchu zwieramy uzwojenie wzbudzenia silnika poprzez rezystancje R o wartości ok. 10 krotnie większej od rezystancji własnej uzwojenia wzbudzenia.. Kiedy silnik osiągnie podczas rozruchu prędkość zbliżoną do prędkości synchronicznej wtedy rozwieramy obwód wzbudzenia, a następnie włączamy prąd wzbudzenia co powoduje, że silnik wchodzi w synchronizm.

Wyprowadzenie wzoru na zmienny moment obciążenia.

T_obc=-(a₀+a₁ω²)

a₀=1%T_N

a₁⇐ ω=ω_n→T_obc=T_N

T_N=2,037*10⁴

T_obc=(T_N⋅0,01+0,20866⋅ω²)

1. Rozruch przeprowadzony bez obciążenia maszyny. Obciążenie (kompresor) dołączony jest po osiągnięciu przez maszynę stanu ustalonego.

Moment obciążenia T=(Tn*0.001+0.20866*(ω)^2) dołączony jest do maszyny po czasie 4.5 [s], kiedy maszyna osiągnie już stan ustalony i wiruje z prędkością synchroniczna.

Maszyna zostaje wzbudzona w trzeciej sekundzie i napięcie wzbudzenia równe jest napięciu znamionowemu.

Prąd strony pierwotnej transformatora Obroty

Prąd maszyny Przebieg momentu w czasie

Prąd odbiornika Zmiana momentu od obrotów

Można zauważyć iż dołączenie obciążenia w stanie gdy maszyna posiada prędkość synchroniczną powoduje niewielkie wahnięcia obrotów które po krótkim czasie ustają. Jeśli maszyna zostanie jednak obciążona momentem większym niż maksymalny moment elektromagnetyczny , wówczas maszyna wypadnie z synchronizmu i zatrzyma się po pewnym czasie.

2. Rozruch maszyny dokonywany jest przy obciążeniu je od początku zmiennym momentem obciążenia w którym współczynnik a₁ został zmniejszony o połowę. Napięcie rozruchu włączane jest po 3 [s] i jego wartość jest równa napięciu znamionowemu.

T2=(Tn*0.001+0.10866*(ω)^2);

Prąd strony pierwotnej transformatora Obroty

Prąd maszyny Przebieg momentu w czasie

Prąd odbiornika Zmiana momentu od obrotów

W powyższych warunkach rozruchu maszyna w ogóle nie osiąga prędkości synchronicznej, tylko pracuje jak silnik asynchroniczny. Przyczyną takiego stanu może byś zbyt wieki moment obciążenia przyłączony do maszyny. Taki stan pracy odbija się na przebiegu charakterystyk prądów na odbiorniku. A także oddziałuje prądy strony pierwotnej transformatora.

3.Rozruch przy obciążonej maszynie, wzbudzenie włączone po 4.5 [s] i napięcie wzbudzenia równe jest napięciu znamionowemu.

T=(Tn*0.001+0.0766*(ω)^2);

Prąd strony pierwotnej transformatora Obroty

Prąd maszyny Przebieg momentu w czasie

Prąd odbiornika Zmiana momentu od obrotów

Takie parametry rozruchu nie zapewniają stanu poprawnej pracy maszyny. Silnik pracuje jako maszyna asynchroniczna w dodatku obserwuje się oscylacje obrotów silnika.

4. Rozruch przeprowadzony przy obciążeniu momentem i napięciu wzbudzenia zwiększonym półtora razu tzw. forsowanie rozruchu, przeprowadzonym w 4.5 [s].

T=(Tn*0.001+0.0766*(ω)^2);

Prąd strony pierwotnej transformatora Obroty

Prąd maszyny Przebieg momentu w czasie

Prąd odbiornika Zmiana momentu od obrotów

Przy takich parametrach rozruchu widzimy iż samo zmniejszenie współczynnika a₁ momentu obciążenia nie spowoduje iż maszyna będzie pracować synchronicznie dopiero forsowanie wzbudzenia powoduje wciągnięcie maszyny w synchronizm. W innym wypadku maszyna osiąga wartość bliską synchronicznej ale nie zostanie wciągnięta w synchronizm.

Jak wskazują powyższe wyniki chcąc dokonać rozruchu silnika synchronicznego ze zmiennym momentem obciążenia nie wystarczy zmniejszyć współczynnik momentu a₁ lecz także należy regulować napięcie wzbudzenia maszyny. Zmiana obciążenia w stanie ustalonym nie wpływa na obroty silnika jeżeli nie przesadzimy z wartością.

---