Методичка электромагнитные переходные процессы. В. Я. Горячев Электромагнитные
 Скачать 1.72 Mb.
|
|
1.1.2 Экспериментальные исследования Экспериментальные исследования заключаются в следующем: – Открыть файл модели простейшей системы передачи электрической энергии LR11. – Последовательно открывая окна параметров элементов модели электрической системы, ввести цифровые данные, полученные в результате предварительного расчета. – При заполнении параметров выключателя установить его начальное положение «открыто». Время срабатывания выключателя установить равным 1 с. – Запустить моделирование и дождаться его окончания. – С помощью осциллографов проконтролировать законы изменения мгновенных значений токов и напряжений во времени. – Запомнить полученные с помощью осциллографов кривые для дальнейшего анализа и составления отчета. – Открыть файл модели простейшей системы передачи электрической энергии LR12. Следует обратить внимание на то, что короткозамыкатель подключен к выходу второго трансформатора. Это сделано для того, чтобы проанализировать влияние параметров второго трансформатора на силу токов короткого замыкания.  Рис. 1.3 – Установить параметры элементов модели так, как это было сделано ранее (рис. 1.3). – Запустить симуляцию модели и дождаться ее окончания. – С помощью осциллографов проследить изменение токов и напряжений системы при коротком замыкании на шинах нагрузки. – Запомнить графики изменения токов и напряжений элементов системы для дальнейшего анализа и составления отчета. – По законам изменения токов, полученных с помощью осциллографов 1 и 3 определить действующие значения токов вторичной обмотки первого трансформатора и нагрузки. Полученные значения занести в таблицу зависимости токов от длины линии. – Открыть окно параметров линии и уменьшить ее длину в два раза. – Запустить симуляцию модели и по ее окончании измерить токи вторичной обмотки первого трансформатора и нагрузки. Полученные значения занести в таблицу. – Открыть окно параметров линии, сначала восстановить прежнее значение длины, а затем увеличить его в два раза. Запустить симуляцию модели и измерить значения токов. Занести полученные значения в таблицу. – Повторить подобные исследования, увеличивая длину линии в три, четыре и пять раз. – Восстановить параметры элементов модели. – Запустить симуляцию модели при расчетных значениях параметров второго трансформатора. Измерить значения токов короткого замыкания и занести в таблицу зависимости токов от сопротивления короткого замыкания. Значения сопротивлений записывать в относительных единицах. За базисное значение принять рассчитанное ранее сопротивление короткого замыкания. – Открыть окно параметров второго трансформатора. Увеличить активные сопротивления и индуктивности первичной и вторичной обмоток трансформатора в два раза. – Запустить симуляцию модели и по ее окончании измерить токи вторичной обмотки первого трансформатора и ток нагрузки. Занести полученные значения в таблицу. – Повторить исследования, увеличивая значения сопротивления в 3, 4, 5 и 6 раз. – По окончании исследований показать результаты преподавателю. 1.1.3 Обработка экспериментальных данных Обработка предполагает следующие этапы: – Проанализировать графики изменения токов и напряжений, полученные с помощью осциллографов при трехфазном коротком замыкании на шинах первичной обмотки второго трансформатора. Обратить внимание на изменение напряжения на выходе первого трансформатора в момент наступления короткого замыкания. Определить силу токов линии и нагрузки после нарушения режима работы. Сравнить полученные значения с результатами предварительных расчетов. Сделать выводы. – Проанализировать графики изменения токов и напряжений, полученные с помощью осциллографов при трехфазном коротком замыкании на шинах нагрузки. Обратить внимание на изменение напряжений на входе и выходе линии в момент короткого замыкания. Определить силу токов линии и нагрузки после нарушения режима работы. Проанализировать результаты и сделать выводы. – Построить графики зависимости токов трехфазного короткого замыкания при изменении длины линии и пояснить полученные зависимости. – Построить графики зависимости токов трехфазного короткого замыкания при изменении параметров второго трансформатора и прокомментировать полученные зависимости. 1.1.4 Составление отчета Отчет по лабораторной работе должен содержать: а) титульный лист стандартной формы; б) цель работы; в) схему и параметры системы передачи электрической энергии; г) краткое содержание рабочего задания; д) полное содержание предварительного расчета простейшей системы передачи электрической энергии с соответствующими схемами и пояснениями; е) пояснение принципа составления модели электрической цепи; ж) полное содержание результатов экспериментальной части с графиками и таблицами данных; з) анализ результатов предварительного расчета и результатов эксперимента; и) выводы, сделанные по результатам выполнения лабораторной работы. 1.2 Описание модели и рекомендации по выполнению лабораторной работы Для анализа работы электрических сетей в режиме трехфазного короткого замыкания предлагается испытать простейшую систему передачи электрической энергии, состоящую из трехфазного источника электрической энергии, повышающего трансформатора, линии электропередачи, понижающего трансформатора и потребителя электрической энергии. Модель полностью соответствует схеме электропередачи и предусматривает два возможных нарушения режима в форме трехфазного короткого замыкания на входных зажимах второго трансформатора и короткого замыкания на шинах вторичной обмотки того же трансформатора. Измерение токов короткого замыкания осуществляется с помощью соответствующих осциллографов или амперметров с цифровой индикацией. Все измерительные блоки состоят из датчика тока или напряжения, преобразователя мгновенного значения соответствующей величины в действующее значение, осциллографа и цифрового индикатора. В зависимости от цели анализа, осциллограф может быть подключен к выходу датчика тока или напряжения для наблюдения изменения мгновенного значения тока, или к выходу преобразователя синусоидальной величины в действующее значение. Трехфазное короткое замыкание осуществляется с помощью трехфазного выключателя, который подключен в месте ожидаемого короткого замыкания. В окне параметров выключателя необходимо задать переходное сопротивление замкнутых контактов. Это сопротивление должно иметь минимальное значение. Если при моделировании имеются проблемы в форме малого быстродействия, то сопротивление может быть увеличено в разумных пределах. Расчет токов короткого замыкания производится по обычной методике путем исключения магнитных связей в системе. Рекомендуется привести цепь к линии электропередачи. При этом рекомендуется преобразования вести в именованных единицах. На начальном этапе расчета следует определить ток короткого замыкания линии для двух мест короткого замыкания. Реальные значения токов короткого замыкания источника электрической энергии и вторичной обмотки второго трансформатора следует вычислить, используя коэффициент трансформации трансформаторов. При анализе осциллограмм токов следует обратить внимание на изменение тока непосредственно после момента короткого замыкания. По изменению мгновенного значения тока можно определить его свободную составляющую и постоянную времени переходного процесса. Рекомендуется это использовать при анализе переходного процесса в простейшей системе при трехфазном коротком замыкании.  Лабораторная работа № 2 Исследование переходных процессов в трансформаторе при трехфазном коротком замыкании вторичной обмотки Цель работы: определение степени влияния параметров трансформатора на характер электромагнитных переходных процессов путем моделирования в среде MatLAB. 2.1 Рабочее задание 2.1.1 Подготовка к лабораторной работе Подготовка заключается в следующем: – Используя рекомендованные для изучения курсов «Электромагнитные переходные процессы в электрических системах» и «Электромеханика» учебники, материал лекций и вспомогательной литературы, изучить работу трехфазного трансформатора в различных режимах. Рассмотреть схему замещения трехфазного двухобмоточного трансформатора и увязать назначение каждого элемента схемы с физическими процессами в трансформаторе. – По заданным в табл. 2.1 номинальным значениям напряжений источника, напряжения нагрузки и ее мощности выбрать тип трансформатора (схема включения трансформатора представлена на рис. 2.1).  Рис. 2.1 – Вычислить токи короткого замыкания входной и выходной обмоток трансформатора при трехфазном коротком замыкании на шинах вторичной обмотки трансформатора. – Вычислить сопротивление нагрузки, при которой обеспечивается номинальная мощность трансформатора. – На основании паспортных данных элементов системы и предыдущих вычислений рассчитать параметры элементов для использования при моделировании. Следует обратить внимание на то, что в модели используются параметры элементов в абсолютных и относительных единицах. Таблица 2.1
 Рис. 2.2 Методика вычислений параметров представлена в учебниках и в методическом пособии «Справочник элементов энергосистем среды MatLAB». На рис. 2.2 представлена модель цепи подключения трансформатора с нагрузкой к сети. Для измерения тока первичной обмотки трансформатора используется датчик тока с осциллографом. Для измерения напряжений и токов вторичной обмотки используется измерительный блок с первым осциллографом. Трехфазное короткое замыкание имитируется трехфазным короткозамыкателем. Экспериментальные исследования Экспериментальные исследования заключаются в следующем: 1. Подготовить модель для исследований. – Открыть файл модели для исследования переходных процессов в трансформаторе LR2. – Последовательно открывая окна параметров элементов модели, ввести цифровые данные, полученные в результате предварительного расчета. – При заполнении параметров выключателя установить его начальное положение «открыто». Время срабатывания выключателя установить равным 0,1 с. – Сопротивление замкнутых контактов короткозамыкателя установить равным 0,1 Ома. 2. Исследовать работу трансформатора в нормальном режиме. – Установить время симуляции модели равной 1 с. – Установить момент срабатывания короткозамыкателя B равным 2 с. – Запустить моделирование и дождаться его окончания. – С помощью осциллографов проконтролировать законы изменения мгновенных значений токов и напряжений во времени. – Записать значения токов и напряжений первичной и вторичной обмоток трансформатора, работающего в нормальном режиме. – Запомнить полученные с помощью осциллографов кривые для дальнейшего анализа и составления отчета. 3. Определить влияние сопротивления обмоток трансформатора на характер переходного процесса в трансформаторе: – открыв окно параметров короткозамыкателя B, установить момент его срабатывания равным 0,1 с; – уменьшить активное сопротивление первичной и вторичной обмоток в два раза; – запустив моделирование, измерить установившееся значение токов короткого замыкания первичной и вторичной обмоток; – используя осциллограммы токов, определить длительность переходного процесса в трансформаторе. Запомнить осциллограммы токов и напряжений в файлах; – увеличивая активное сопротивление первичной и вторичной обмотки в 2, 3, … , 6 раз, составить зависимость установившихся токов короткого замыкания первичной и вторичной обмоток трансформатора от активного сопротивления обмоток трансформатора. 4. Исследовать влияние индуктивностей рассеивания трансформаторов на характер переходного процесса в трансформаторе: – Восстановить исходное значение активного сопротивления обмоток трансформатора. Уменьшить индуктивность обмоток трансформатора в два раза. С помощью модели определить ток короткого замыкания и длительность переходного процесса. Полученные значения занести в таблицу зависимости тока и длительности переходного процесса от индуктивности катушек. – Восстановить прежнее значение индуктивности и провести необходимые измерения. Увеличивая индуктивность в 2, 3, …, 6 раз установить зависимость тока короткого замыкания и длительность переходного процесса от индуктивности обмоток трансформатора. – Восстановить исходные параметры трансформатора. 5. Исследовать влияние переходного сопротивления контактов короткозамыкателя на силу тока короткого замыкания: – открыв окно параметров выключателя B, установить сопротивления замкнутых контактов равными 0,1 Ома; – запустить симуляцию модели, и по окончании симуляции определить напряжения и токи короткого замыкания. Записать показания приборов в таблицу; – увеличить сопротивление контактов в 2, 4, 8 и т. д. раз, определить его влияние на токи короткого замыкания трансформатора. 6. По окончании исследований показать результаты преподавателю. |