Závislosť krútiaceho momentu na rýchlosti otáčania motora. Závislosť frekvencie a napätia od bilancie výkonu

Predovšetkým sa budeme zaoberať základnými a všeobecnými otázkami problémov, ktoré uvažujeme: zistíme, na čo závisia frekvencie a napätia používané v elektrizačnej sústave.

Každý z energetických prijímačov pripojených k elektrickej sieti spotrebuje aktívny a jalový výkon, ktorého veľkosti, ako bolo uvedené vyššie, sú určené napätím na jeho svorkách a frekvencii. Napájanie dodávané na napájanie energetických prijímačov a pokrytie strát v sieti, ktoré spájajú prijímače s určitým uzlom systému v tomto režime záťaže závisí len od frekvencie a hodnoty napätia v tomto uzle.

V dôsledku toho je zaťaženie akéhokoľvek uzlového bodu jednoznačne (v oblasti normálnych hodnôt frekvencie a napätia) určené frekvenciou a napätím v tomto bode. Statické charakteristiky zaťaženia v určitom uzlovom bode sú, ako je známe, závislosťou aktívnej a reaktívnej sily tohto zaťaženia na napätí pri danej frekvencii. Pre rôzne frekvencie je možné vytvoriť skupinu podobných charakteristík (obrázok 2).

Obr. 2. Závislosť aktívneho a jalového výkonu na napätí

V danom uzlovom bode je možné poskytnúť určité frekvenčné a napäťové žiadané hodnoty iba tým, že od nej odošlú úplne určité hodnoty aktívnych a jalových výkonov. Tieto hodnoty pri danej frekvencii a napätí možno určiť zo zodpovedajúcich statických charakteristík zaťaženia. Ak z nejakého dôvodu z vonkajšej siete nedosiahne dostatok aktívneho alebo jalového výkonu do uzlového bodu, v tomto uzlovom bode nie je možné určiť zadané hodnoty frekvencie a napätia: skutočné parametre režimu budú odlišné. Pozrime sa na túto otázku podrobnejšie.

Nech dané rodiny statických vlastností implicitne vyjadrujú nasledujúce závislosti:

Veľkosť aktívneho a jalového výkonu prúdiaceho do daného uzlového bodu systému závisí od veľkosti U a fázu napätia v tomto uzlovom bode, ako aj od veľkostí a fáz napätia v susediacich uzlových bodoch a odporov, ktoré spájajú sieťové úseky.

Po prvé, jednoducho predpokladáme, že napätia v najbližších bodoch uzlov sú konštantné v rozsahu a fáze a majú rovnakú frekvenciu. f. Potom sa na tomto uzlovom bode vytvorí úplne definované napätie, ktorého veľkosť a fáza sa určia z podmienok rovnováhy medzi aktívnymi a jalovými výkonmi: celkový tok aktívneho a jalového výkonu na tento uzlový bod ( P   g a Q   d) musia byť rovnaké ako aktívne a reaktívne sily záťaže v tomto uzlovom bode ( P   n a Q   n). Pri danej frekvencii budú posledne menované len napäťové funkcie. potom

Tieto dve rovnice s dvoma neznámymi nám umožňujú určiť U a .

Ukážme, ako je tento problém graficky vyriešený. Na jednej schéme (obr P   H = f1 ( U), zodpovedajúcej špecifikovanej hodnote f, a rodinu charakteristík P   g =  1 ( U, ) zodpovedajúcej rovnakej hodnote f, ale s rôznymi hodnotami . Takže ako P   G = P   H, potom závislosť po = Φ ( U), čo zodpovedá rovnováhe aktívnych síl v uzlovom bode. Ďalej podobným spôsobom spájame charakteristiku QH = Φ2 ( U) a rodinu charakteristík Q D   =  2 ( U, ) pre rôzne  (obrázok 4) a daný f, S pomocou nájdenej závislosti  = F ( U) na každú z vlastností Q D   =  2 ( U, ) dostať bod umiestnený na charakteristike Q D = (U). Spojením týchto bodov získame všetky vlastnosti Q D = (U), čo zodpovedá bilancii aktívneho výkonu. Potom bod priesečníka charakteristík Q H = Ф ( U) a Q D = (U) určuje skutočné napätie U   H (obrázok 4).

Obr. 3. Určenie závislostí uhla strihu (fázy) na veľkosti napätia

Všetky naše predchádzajúce úvahy sa týkali prípadu nemeniteľnosti veľkosti a fázy napätia v priľahlých uzlových bodoch a frekvencií v systéme. V skutočnosti neexistuje takáto nezmeniteľnosť a napätia vo všetkých uzlových bodoch sa môžu líšiť v rozsahu a fáze; frekvencia systému sa tiež môže meniť.

Obr. 4. Budovanie charakteristík závislosti Q z U

V systéme sa však nachádzajú také uzlové body, v ktorých je udržovaná konštantná veľkosť a fáza, alebo len v rozsahu napätia alebo z ktorých je určitá aktívna energia prenášaná do siete.

Na určitom vstupe nosiča energie a normálnych hodnotách parametrov režimu sa primárny motor vyvíja výkon v závislosti od frekvencie siete a preto výkon elektromagnetického generátora za týchto podmienok závisí len od frekvencie:

P   g = F ( U).

Keď je budiaci prúd generátora konštantný, hodnota emf zostáva nezmenená. generátor E d , a v prítomnosti regulátorov budenia sa veľkosť napätia na jeho svorkách nezmení alebo takmer nezmení.

Systém musí mať rovnováhu medzi aktívnymi a reaktívnymi silami: súčet aktívnych a reaktívnych síl všetkých generátorov musí byť rovnaký ako súčet aktívnych a reaktívnych síl zaťaženia vo všetkých uzlových bodoch a straty aktívnych a reaktívnych síl vo všetkých prvkoch sietí. V dôsledku toho sa frekvencia v celom systéme, ako aj veľkosť a fáza napätia v každom z uzlových bodov stanovia tak, ako to vyžaduje stav bilancie výkonu.

Nechajte systém vytvoriť nejaký režim. Zmeňte prívod energie na primárny motor jedného z generátorov. Uhol radenia tohto generátora sa tiež zmení. V celom systéme nastane zmena frekvencie, ako aj zmena veľkostí a fáz napätia vo všetkých uzlových bodoch. Tieto zmeny sa vyskytnú v priebehu času, kým sa v systéme nevytvorí nový režim vyváženia výkonu. Tento proces zďaleka nie je taký jednoduchý, ako by ste očakávali. Napríklad pokles spotreby energie spôsobí zníženie uhle strihu rotora tohto generátora oproti ostatným, čím sa zvýši aktívne zaťaženie iných generátorov. Na hriadeli každého z týchto generátorov sa objaví nerovnováha a začnú sa spomaľovať. V tejto súvislosti by mal generátor, ktorého primárny motor má znížený prívod energie, tiež začať brzdiť, pretože keď sa zmenia uhly rotora zostávajúcich generátorov, musí zaujať dodatočné zaťaženie. Spomalenie všetkých generátorov povedie k zníženiu celkovej frekvencie v systéme. Keďže klesá, aktívne kapacity zaťaženia uzla sa znížia v súlade s ich frekvenčnými statickými charakteristikami a kapacity všetkých ostatných generátorov sa zvýšia v súlade so statickými charakteristikami regulátorov otáčok primárnych motorov .

Oba tieto faktory povedú k tomu, že s dostatočne veľkým poklesom frekvencie sa opäť dosiahne rovnováha na hriadeli každého z generátorov; výkony vyvinuté primárnymi motormi budú vyvážené zaťažením

generátory. Ďalšie zníženie frekvencie sa zastaví. Treba poznamenať, že zníženie frekvencie spôsobuje zmenu v EDS. všetky generátory, reaktanty všetkých vetiev systému a následne všetky napätia v sieti, čo následne povedie k zmene aktívnych a reaktívnych záťaží všetkých uzlových bodov v súlade so svojimi statickými charakteristikami napätia a frekvencie. Preto je proces dosť zložitý.

Zvážte ďalší prípad. Umožnite nastavenie budiaceho regulátora na jednom z veľkých generátorov systému znížiť. Potom sa zníži uvoľnenie jalového výkonu z tohto generátora, čo povedie k poklesu napätia aspoň v blízkosti elektrickej siete. Zníženie napätia zase zníži aktívne a reakčné zaťaženie všetkých uzlových bodov v súlade so svojimi statickými charakteristikami napätia. Na hriadeli každého generátora sa objaví nerovnováha; úhyby ich rotorov a následne ich rýchlosti striedania sa zvýšia. To povedie k zvýšeniu frekvencie, pretože generátory, najmä tie blízke, budú vyložené. Frekvencia v systéme sa zvýši, až kým nedôjde k novej rovnováhe v dôsledku zvýšenia aktívnych zaťažení systému. Zvýšenie frekvencie zase ovplyvní zvýšenie napätia.

Taká je komplexná vzájomná súvislosť medzi zmenami frekvencie, napätia a aktívnych a reaktívnych síl v systéme. Na riešenie praktických problémov je však možné zjednodušiť niektoré idealizácie.

Preto rozptýlenie od zmien napätia a reaktívnych síl môžeme predpokladať, že zmena v rovnováhe aktívnych síl v systéme určitým spôsobom ovplyvňuje iba zmenu frekvencie.

Skutočne, zvýšenie aktívneho zaťaženia spotrebiteľov alebo zníženie aktívneho výkonu generátorov na prvom mieste spôsobuje zníženie frekvencie v systéme určenom pre tento režim. Prakticky to je najvýznamnejší. Je menej významné, že táto zmena frekvencie sa bude trochu líšiť v závislosti od miesta spojenia, v ktorom sa zvýšilo aktívne zaťaženie alebo pri ktorom konkrétnom generátore poklesol aktívny výkon. Tento rozdiel je spôsobený vplyvom iných faktorov (napätia, reaktívne sily) a nie je taký veľký. Zníženie frekvencie v dôsledku výskytu deficitu aktívneho výkonu bude nevyhnutne viesť k obnoveniu rovnováhy, pretože v tomto prípade z dôvodu poklesu frekvencie a napätia sa aktívne zaťaženie znižuje. Zároveň regulátory rýchlosti hlavných posúvačov a frekvencia zvyšujú vstup nosiča energie a zvyšuje sa aktívny výkon generátorov.

Podiel, t.j. Závislosť relatívnej zmeny frekvencie na relatívnej nevyváženosti aktívneho výkonu nie je konštantná av závislosti od spôsobu fungovania systému sa môže meniť v rámci pomerne širokých limitov.

Pre elektrickú energiu sú hlavné ukazovatele kvality: napätie a frekvencia pre tepelnú energiu: tlak, teplotu pary a horúcu vodu. Frekvencia je spojená s aktívnym výkonom (P) a napätím s jalovým výkonom (Q).

Všetky rotujúce stroje a zariadenia sú navrhnuté tak, aby sa dosiahla ekonomická účinnosť pri menovitom počte otáčok za minútu: n = 60f / p,

kde: n je počet otáčok za minútu, f -, p je počet dvojíc pólov.

Ac frekvenciegenerované generátormi je funkciou rýchlosti turbíny. Počet otáčok mechanizmov je funkciou frekvencie.

Na obr. Obrázok 1 znázorňuje relatívne statické charakteristiky zaťaženia pre systém napájania vo frekvencii.

Obr. 1.

Analýza závislosti na obrázku 1 ukazuje, že znižovanie frekvencie znižuje počet otáčok motora, znižuje produktivitu strojov a mechanizmov.

Príklad.

1. Textilná továreň poskytuje sobáš, keď sa frekvencia mení z nominálnej hodnoty, pretože sa mení rýchlosť vlákna a stroje dávajú manželstvo.

2. Čerpadlá (výživa), vetranie (odsávače dymu) tepelných elektrární závisia od počtu otáčok: tlak je úmerný "n 2", spotreba energie je "n 3", kde n je počet otáčok za minútu;

3. Aktívny výkonový výkon synchrónnych motorov je úmerný frekvencii (keď frekvencia klesá o 1%, aktívny výkon záťaže synchrónneho motora klesá o 1%);

4. Aktívny zaťažovací výkon indukčných motorov sa zníži o 3% a súčasne zníži frekvenciu o 1%;

5. Pre systém elektrickej energie zníženie frekvencie o 1% vedie k zníženiu celkového zaťažovacieho výkonu o 1-2%.

Zmena frekvencie ovplyvňuje prevádzku samotných elektrární. Každá turbína je navrhnutá pre určitý počet otáčok, to znamená, keď klesá frekvencia, klesá krútiaci moment turbíny. Zníženie frekvencie ovplyvňuje vlastné potreby elektrárne a v dôsledku toho môžu agregáty zariadenia zlyhať.

Pri znížení frekvencie v dôsledku nedostatku aktívneho výkonu je zaťaženie spotrebičov znížené, aby sa zachovala frekvencia na rovnakej úrovni. Stupeň záťaže sa mení, keď sa volá frekvencia na jednotku regulačný účinok frekvenčného zaťaženia, Proces narušenia stabilnej prevádzky elektrárne kvôli poklesu frekvencie a pri absencii rezervy aktívneho výkonu sa nazýva lavína frekvencie.

Ak f = 50 Hz, kritická frekvencia, pri ktorej výkon hlavných mechanizmov vlastných potrieb elektrární klesá na nulu a nastane lavína frekvencie - 45 - 46 Hz.

Keď frekvencia klesne, emf klesá. (ako rýchlosť patogénu klesá) a klesá.

Jedná sa o jeden z parametrov kvality elektrickej energie a hlavnú charakteristiku režimu energetického systému. Kvantitatívne sa frekvencia v tabuľke rovná počtu periód za sekundu. Zmeny frekvencie siete ovplyvňujú prevádzku a následne aj výkon spotrebiteľov. Frekvenčná odchýlka ovplyvňuje aj prevádzku celého napájacieho systému.

Nominálne výkonnostné požiadavky

V Ruskej federácii sú požiadavky na kvalitu energetického systému štandardizované. V súlade s normou GOST 13109-97 by sa frekvencia v systéme napájania mala nepretržite udržiavať na hodnote f = 50 ± 0,2 Hz, zatiaľ čo krátkodobá frekvenčná odchýlka od hodnoty Δf = 0,4 Hz je povolená.

Analýzou závislosti prúdu na frekvencii môžeme konštatovať, že ak je pripojené zaťaženie čisto aktívnej povahy (napríklad odpor), potom v širokom rozmedzí intenzita prúdu nezávisí od frekvencie. V prípade dostatočne vysokých frekvencií, keď bude indukčnosť a kapacita pripojeného zaťaženia charakterizovaná odporom porovnateľným s aktívnou, bude mať prúd určitú závislosť od frekvencie.

Inými slovami, menením frekvencie prúdu dochádza k zmene kapacity, zmena, ktorá naopak vedie k zmene prúdu prúdiaceho cez obvod. To znamená, že frekvencia stúpa, kapacita sa znižuje a prúd pretekajúci obvodom sa zvyšuje.

Matematický výraz závislosti bude nasledovný:

I = UCω;

Závislosť pri zohľadnení aktívneho odporu bude určená nasledujúcim výrazom:

I (ω) = UCω √ (R2, C2, Ω2 + 1).

Vplyv aktuálnej frekvencie na elektrické spotrebiče

Potom zvážte vplyv frekvencie elektrického prúdu. Zvyšovanie frekvencie na relatívne nízke hodnoty (1 - 10 000 Hz) je zvyčajne výsledkom výlučne zvýšenia menovitého výkonu elektrického zariadenia, pretože to zvyšuje vodivosť plynových medzných medzier. Meranie frekvencie v systéme pomocou frekvenčných meračov.

Parná turbína je navrhnutá a vyrábaná tak, aby maximálny výstupný výkon na hriadeli bol zabezpečený pri menovitej rýchlosti otáčania (frekvencia). Zároveň je zníženie menovitej frekvencie dôsledkom výskytu strát pri náraze pary na lopatkách s jednorazovým nárastom krútiaceho momentu a zvýšenie frekvencie spôsobuje pokles krútiaceho momentu. Preto je najekonomickejší spôsob prevádzky dosiahnutý s optimálnou frekvenciou.

Okrem toho práca pri nižších frekvenciách vedie k zrýchlenému opotrebovaniu lopatiek rotora a iných častí a mechanizmov. Zníženie frekvencie má vplyv na náklady vlastných potrieb stanice.