cw09

7
Maszyny synchroniczne 1 Syn01 1 Generator synchroniczny cylindryczny S N = 50 MVA, U N = 13 kV (Y ), X sr =1.6, E f =0.032 Ω e I f jest wzbudzony prądem 1200 A i napędzany momentem T m = 120 kNm. Jaka moc bierną generator oddaje do sieci, jeżeli U sieci = U N , f sieci = 50 Hz ? Rys. 1: Wykres wskazowy generatora synchronicz- nego jawnobiegunowego przewzbudzonego Z n = U 2 n Sn 3.38 Ω X s = X sr Z n 5.408 Ω Ω e =2 πf sieci 314.1593 s 1 E fm = 20.032 Ω e I f 17061 V sin (ϑ)= Xs Is cos (ϕ) E fm = Xs P 3 E fm UN = Xs Ωe Tm 3 E fm UN 0.9192 cos (ϑ)= 1 - sin 2 (ϑ) 0.3937 U d = U N sin (ϑ) 11950 V U q = U N cos (ϑ) 5118.1 V I d = Uq E fm Xs -2208.3 A I q = - U d Xs -2209.7 A Q = U q I d - U d I q 15.104 M V Ar P = U d I d + U q I q -37.699 MW Kod m-pliku % 2005.04.26 clear; clc; % Generator synchroniczny cylindryczny SN = 50MVA, UN = 13kV (gwiazda), % Xsr = 1.6, Ef = 0.032 Omegae*If jest wzbudzony pradem 1200A i napedzany % momentem 120kNm. Jaka moc bierna generator oddaje do sieci, jezeli % Usieci = UN, fsieci = 50Hz ? Sn = 50e6; Un = 13e3; Xsr = 1.6; Mf = 0.032; If = 1200; Tm = 120e3; fn = 50; sq3 = sqrt( 3 ); wn = 2*pi*fn; Zn = Un^2/Sn; Xs = 1.6*Zn; 1

Upload: nysret

Post on 16-Apr-2015

19 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: cw09

Maszyny synchroniczne 1

Syn01 1

Generator synchroniczny cylindryczny SN = 50MVA, UN = 13 kV (Y ), Xsr = 1.6, Ef = 0.032Ωe Ifjest wzbudzony prądem 1200A i napędzany momentem Tm = 120 kNm. Jaka moc bierną generatoroddaje do sieci, jeżeli Usieci = UN , fsieci = 50Hz ?

Rys. 1: Wykres wskazowygeneratora synchronicz-nego jawnobiegunowegoprzewzbudzonego

Zn =U2nSn

3.38Ω

Xs = Xsr Zn 5.408ΩΩe = 2 π fsieci 314.1593 s−1

Efm =√

2 0.032Ωe If 17061V

sin (ϑ) = Xs Is cos (ϕ)Efm

= Xs P√3Efm UN

= Xs Ωe Tm√3Efm UN

0.9192

cos (ϑ) =√

1− sin2 (ϑ) 0.3937

Ud = UN sin (ϑ) 11950VUq = UN cos (ϑ) 5118.1V

Id =Uq−EfmXs

−2208.3A

Iq = −UdXs

−2209.7A

Q = Uq Id − Ud Iq 15.104MVArP = Ud Id + Uq Iq −37.699MW

Kod m-pliku

% 2005.04.26

clear; clc;

% Generator synchroniczny cylindryczny SN = 50MVA, UN = 13kV (gwiazda),

% Xsr = 1.6, Ef = 0.032 Omegae*If jest wzbudzony pradem 1200A i napedzany

% momentem 120kNm. Jaka moc bierna generator oddaje do sieci, jezeli

% Usieci = UN, fsieci = 50Hz ?

Sn = 50e6;

Un = 13e3;

Xsr = 1.6;

Mf = 0.032;

If = 1200;

Tm = 120e3;

fn = 50;

sq3 = sqrt( 3 );

wn = 2*pi*fn;

Zn = Un^2/Sn;

Xs = 1.6*Zn;

1

Page 2: cw09

Efm = 0.032*wn*If*sqrt( 2 );

sin_th = wn*Xs*Tm/Un/Efm/sq3

cos_th = sqrt( 1-sin_th^2 );

Ud = Un*sin_th;

Uq = Un*cos_th;

Id = (Uq-Efm)/Xs;

Iq = -Ud/Xs;

Q = Uq*Id-Ud*Iq

P = Ud*Id+Uq*Iq

Syn01 2

Generator synchroniczny cylindryczny SN = 50MVA, UN = 13 kV (Y), Xsr = 1.6, cos (ϕN ) = 0.85.Ile wynosi tzw. wewnętrzna sem generatora Ef w warunkach znamionowych.

Rys. 2: Wykres wskazowygeneratora synchronicz-nego jawnobiegunowegoprzewzbudzonego

ZN =U2nSn

3.38Ω

Xs = Xsr Zn 5.408Ω

IN =SN√3UN

2220.6A

sin (ϕN ) =√

1− cos2 (ϕN ) 0.5268Wewnętrzną sem generatora można obliczyć dwojako

Ef =√

(UFN +Xs IN sin (ϕN ))2 + (Xs IN cos (ϕN ))2 17190V

Ef =√

(UFN sin (ϕN ) +Xs IN )2 + (UFN cos (ϕN ))2

Kod m-pliku

% 2005.04.26

clear; clc;

%% Generator synchroniczny cylindryczny SN = 50MVA, UN = 13kV (gwiazda),

%% Xsr = 1.6, cos_phiN = 0.85. Ile wynosi tzw. wewnętrzna sem generatora Ef

%% w warunkach znamionowych.

%Sn = 50e6;

%Un = 13e3;

%Xsr = 1.6;

%cos_phiN = 0.85

%

%sq3 = sqrt( 3 );

2

Page 3: cw09

%In = Sn/sq3/Un

%sin_phiNi = sqrt( 1-cos_phiN^2 );

%Zn = Un^2/Sn;

%Xs = 1.6*Zn;

%UFn = Un/sq3;

%Ef = sqrt( (UFn+Xs*In*sin_phiNi)^2+(Xs*In*cos_phiN)^2 )

%Ef = sqrt( (UFn*sin_phiNi+Xs*In)^2+(UFn*cos_phiN)^2 )

Syn01 3

Określić przetwarzaną moc czynną oraz wydawaną moc bierną przez generator synchroniczny cylin-dryczny współpracujący z siecią energetyczną o napięciu fazowym Us = 7500V , f = 50Hz, jeżeli tzw.wewnętrzna sem generatora wynosi Ef = 13000V , kąt mocy ϑ = 20

oraz reaktancja synchronicznaXs = 2.7Ω.

UN =√

3UFN 12990VUd = UN sin (ϑ) 4443VUq = UN cos (ϑ) 12207V

Efm =√

2Ef 18385V

Id =Uq−EfmXs

−2288.1A

Iq = −UdXs

−1645.5A

Q = Uq Id − Ud Iq −20.619MVArP = Ud Id + Uq Iq −30.253MW

Kod m-pliku

% 2005.04.26

clear; clc;

% Okreslic przetwarzana moc czynna oraz wydawana moc bierna przez

% generator synchroniczny cylindryczny wspolpracujacy z siecia

% energetyczna o napieciu fazowym Us = 7500V, f = 50Hz, jezeli

% tzw. wewnetrzna sem generatora wynosi Ef = 13000V, kat mocy

% th = 20 stopni oraz reaktancja synchroniczna Xs = 2.7om.

Us = 7500;

f = 50;

Ef = 13000;

th = 20*pi/180;

Xs = 2.7;

sq3 = sqrt( 3 );

Un = Us*sq3;

Ud = Un*sin( th );

Uq = Un*cos( th );

Efm = sqrt( 2 )*Ef;

Id = (Uq-Efm)/Xs;

Iq = -Ud/Xs;

Q = Uq*Id-Ud*Iq

P = Ud*Id+Uq*Iq

Syn01 4

Generator synchroniczny cylindryczny SN = 50MVA, UN = 13 kV (Y ), Xsr = 1.6, cos (ϕN ) = 0.85.Ile wynosi kąt mocy i przeciążalność generatora w warunkach znamionowych.

3

Page 4: cw09

Obciążenie indukcyjne

sin (ϕN ) =√

(1− cos(ϕN )) 0.5268

ϑNL = arc tg(

cos (ϕN )1

Xsr+sin (ϕN )

)

0.63581

sinϑNL1.6841

Obciążenie pojemnościowe

sin (ϕN ) = −√

(1 − cos(ϕN )) −0.5268

ϑNL = arc tg(

cos (ϕN )1

Xsr+sin (ϕN )

)

1.45581

sinϑNL1.0067

Kod m-pliku

% 2005.04.26

clear; clc;

% Generator synchroniczny cylindryczny SN = 50MVA, UN = 13kV (gwiazda),

% Xsr = 1.6, cos_phiN = 0.85. Ile wynosi kat mocy i przeciazalnosc

% generatora w warunkach znamionowych.

Sn = 50e6;

Un = 13e3;

Xsr = 1.6;

cos_phiN = 0.85

% ----------------------- Obciazenie indukcyjne -----------------------

sin_phiNi = sqrt( 1-cos_phiN^2 )

thNi = atan2( cos_phiN, 1/Xsr+sin_phiNi )

1/sin( thNi )

% --------------------- Obciazenie pojemnosciowe ----------------------

sin_phiNp = -sqrt( 1-cos_phiN^2 )

thNp = atan2( cos_phiN, 1/Xsr+sin_phiNp )

1/sin( thNp )

Syn01 5

Generator synchroniczny cylindryczny nieobciążony, wzbudzony prądem If0 = 200A wytwarza sem(napięcie międzyprzewodowe) Ef0 = 4000V przy obrotach znamionowych, natomiast przy symetrycznymzwarciu uzwojeń stojana prąd wzbudzenia Ifk = 150A powoduje w tych uzwojeniach przepływ prąduIk = 250A. Ile wynosi reaktancja synchroniczna generatora?

Xd =IfkIf0

Ef0√3 Ik

6.9282Ω

Kod m-pliku

% 2005.04.26

clear; clc;

% Generator synchroniczny cylindryczny nieobciazony, wzbudzony pradem

% 200A wytwarza sem (napiecie miedzyprzewodowe) 4000V przy obrotach

% znamionowych, natomiast przy symetrycznym zwarciu uzwojen stojana

% prad wzbudzenia 150A powoduje w tych uzwojeniach przeplyw pradu 250A.

% Ile wynosi reaktancja synchroniczna generatora?

If0 = 200;

Ef0 = 4000;

Ifk = 150;

Ik = 250;

Xd = Ifk/If0*Ef0/(sqrt( 3 )*Ik)

4

Page 5: cw09

Syn01 6

Generator synchroniczny cylindryczny SN = 20MVA, UN = 11 kV (Y ), Xsr = 1.5, cos (ϕN ) =0.9 (poj), IfN = 450A. Jaki będzie cos (ϕ), jeśli prąd wzbudzenia zmaleje do If = 350A przy tymsamym momencie turbiny ?

IN =SN√3UN

1049.7A

UFN =UN√3

6350.9V

ZN =U2NSN

6.05Ω

Xs = Xsr ZN 9.075Ω

sin (ϕN ) =√

(1− cos(ϕN )) −0.4359

EfN =√

(UFN cos (ϕN ))2 + (UFN sin (ϕN ) + IN Xs)2 8851V

Ef = EfNIfIfN

8654.3V

ϑ = arc sin(

SN Xs cos (ϕN )3UFN Ef

)

1.4341

I =

U2FN+E2

f−2UFN Ef cos (ϑ)

Xs1103.3A

cos (ϕ) = SN cos(ϕN )√3UN I

0.8563

Graniczny prad wzbudzenia

Ifgran =UFNEfNcos (ϕN )Xsr IfN 435.8979A

Kod m-pliku

% 2005.04.26

clear; clc;

% Generator synchroniczny cylindryczny SN = 20MVA, UN = 11kV (gwiazda),

% Xsr = 1.5, cos_phiN = 0.9 (poj), IfN = 450A. Jaki bedzie cos_phi, jezeli

% prad wzbudzenia zmaleje do 350A przy tym samym momencie turbiny ?

SN = 20e6;

UN = 11e3;

Xsr = 1.5;

cos_phiN = 0.9;

IfN = 450;

If = 440;

sq3 = sqrt( 3 );

IN = SN/sq3/UN;

UFN = UN/sq3;

ZN = UN^2/SN

Xs = Xsr*ZN

sin_phiN = -sqrt( 1-cos_phiN^2 );

EfN = sqrt( (UFN*cos_phiN)^2+(UFN*sin_phiN+IN*Xs)^2 )

Ef = EfN*If/IfN

th = asin( SN*Xs*cos_phiN/(3*UFN*Ef) )

I = sqrt( UFN^2+Ef^2-2*UFN*Ef*cos( th ) )/Xs

cos_phi = SN*cos_phiN/sq3/UN/I

% --------------------- Graniczny prad wzbudzenia ---------------------

If_gran = cos_phiN*UFN/EfN*Xsr*IfN

Syn01 7

Generator synchroniczny jawnobiegunowy SN = 20MVA, UN = 11 kV (Y ), Xdr = 1.5, Xqr = 0.8,cos (ϕN ) = 0.9. Ile wynosi znamionowy kąt mocy i znamionowa sem Ef?Kod m-pliku

% 2005.04.26

5

Page 6: cw09

Rys. 3: Wykres wskazo-wy silnika synchroniczne-go jawnobiegunowego prze-wzbudzonego

IN =SN√3UN

1049.7A

UFN =UN√3

6350.9V

ZN =U2NSN

6.05Ω

Xd = Xdr ZN 9.075ΩXq = Xqr ZN 4.84Ω

sin (ϕN ) =√

(1− cos(ϕN )) −0.4359

ϑN = arc tg

(

cos (ϕN )1

Xqr+sin (ϕN )

)

0.8355

Wewnętrzną sem generatora można obliczyć dwojakoEfn = UFn cos (ϑN ) +Xd In sin (ϕN + ϑN ) 7833.1V

Efn =SN cos (ϕN )Xd3UFN sin (ϑN )

−UFN (Xd−Xq)Xq cos (ϑN )

clear; clc;

% Generator synchroniczny jawnobiegunowy Sn = 20MVA, Un = 11kV (gwiazda),

% Xdr = 1.5, Xqr = 0.8, cos_phin = 0.9. Ile wynosi znamionowy kąt mocy

% i znamionowa sem Ef?

Sn = 20e6;

Un = 11e3;

Xdr = 1.5;

Xqr = 0.8;

cos_phin = 0.9;

sq3 = sqrt( 3 );

In = Sn/sq3/Un;

UFn = Un/sq3;

Zn = Un^2/Sn;

Xd = Xdr*Zn;

Xq = Xqr*Zn;

phin = -acos( cos_phin );

sin_phin = -sqrt( 1-cos_phin^2 );

thn = atan2( cos_phin, 1/Xqr+sin_phin )

Efn = UFn*cos( thn )+Xd*In*sin( phin+thn )

Efn = Sn*cos_phin*Xd/(3*UFn*sin( thn ))-UFn*(Xd-Xq)/Xq*cos( thn )

Syn01 8

Silnik synchroniczny jawnobiegunowy PN = 3MW , UN = 6 kV (Y ), Xdr = 1.2, Xqr = 0.7, cos (ϕN ) =0.85. Jaką maksymalną mocą można obciążyć silnik, aby nie wypadł z synchronizmu, jeśli prąd wzbudze-nia równa się zeru? Jakie będą wtedy prądy stojana? Założyć U = UN .

6

Page 7: cw09

ZN =U2N

PN cos (ϕN )10.2Ω

Xd = Xdr ZN 12.24ΩXq = Xqr ZN 7.14Ω

Pmx =PN

2 cos (ϕN )

(

1Xqr−

1Xdr

)

1.0504MWPmxPN

0.3501

I =√

32

PN

cos (ϕN )UN

1

X2qr

+ 1

X2qr

1191.5A

IIN= I

√3UN cos (ϕN )

PN3.5084

Kod m-pliku

% 2005.04.26

clear; clc;

% Silnik synchroniczny jawnobiegunowy Pn = 3MW, Un = 6kV (gwiazda),

% Xdr = 1.2, Xqr = 0.7, cos_phin = 0.85. Jaka maksymalna moca mozna

% obciazyc silnik, aby nie wypadl z synchronizmu, jeśli prad wzbudzenia

% równa sie zeru? Jakie beda wtedy prady stojana? Zalozyc U=UN.

Pn = 3e6;

Un = 6e3;

Xdr = 1.2;

Xqr = 0.7;

cos_phin = 0.85;

Zn = Un^2/Pn*cos_phin;

Xd = Xdr*Zn;

Xq = Xqr*Zn;

Pmx = .5*Pn/cos_phin*(1/Xqr-1/Xdr)

I = sqrt( 3/2 )*Pn/cos_phin/Un*sqrt( (1/Xqr)^2+(1/Xdr)^2 )

Pmx_Pn = Pmx/Pn

I_In = I/Pn*(sqrt( 3 )*Un*cos_phin)

7