Предусматривается замена недогруженного двигателя на двигатель меньшей мощности. При этом определяются потери активной мощности в заменяемом (недогруженном) и предлагаемом (меньшей мощности) двигателях, а также снижение потерь от замены.
Исходные данные:
Данные заменяемого двигателя:
- синхронная частота вращения, Nс =750 об/мин;
- угловая скорость вращения, ωс =79 1/с;
- номинальная мощность, Pном.зам = 5,5 кВт;
- коэффициент полезного действия (КПД), ηном.зам = 0,83;
- коэффициент мощности, cosφном.зам = 0,84
Данные предлагаемого двигателя:
- синхронная частота вращения, Nс =750 об/мин;
- угловая скорость вращения, ωс =79 1/с;
- номинальная мощность, Pном.пред =4 кВт;
- коэффициент полезного действия (КПД), ηном.пред =0,83;
- коэффициент мощности, cosφном.пред =0,7.
Расчет ведем для заменяемого двигателя:
1) Ток намагничивания (I0.ном.зам, А):
2) Номинальный ток статора (I1.ном.зам, А)
3) Отношение
4) Из кривых]для момента сопротивления Мс = kзагр.зам= 0,5 и отношения 
определяем отношение 
.
5) Текущий коэффициент мощности (cosφзам)
6) Из кривых для Мс = kзагр.зам= 0,5 и отношения
определяем отношение 
7) Текущий ток статора (I1.зам, А)
8) Полная мощность заменяемого двигателя (Sзам, кВА)
9) Активная мощность из сети (Рзам. из сети,кВт)
10) Реактивная мощность из сети Qзам. ивет)
11) Потери активной мощности в заменяемом двигателе (ΔРзам,кВт)
где 
Расчет ведем для предполагаемого двигателя:
12) Ток намагничивания (I0.ном.предп, А):
13) Номинальный ток статора (I1.ном.предп, А)
14) Отношение
15) Из кривых для момента сопротивления Мс = kзагр.зам= 0,5 и отношения 
определяем отношение 
16) Текущий коэффициент мощности (cosφзам)
17) Из кривых для Мс = kзагр.зам= 0,5 и отношения определяем отношение 
18) Текущий ток статора (I1.предп, А)
19) Полная мощность предполагаемого двигателя (Sпредп, кВА)
20) Активная мощность из сети (Рпред.из сети,кВт)
21) Реактивная мощность из сети (Рпред.из сети)
22) Потери активной мощности в предполагаемом двигателе (ΔРпредп,кВт)
где 
23) Снижение потерь при замене (δP)
| kзагр. | 
| 
| 
|
| 0,2 | 0,25 | 0,216 | 0,034 |
| 0,3 | 0,358 | 0,368 | -0,011 |
| 0,4 | 0,535 | 0,439 | 0,096 |
| 0,5 | 0,605 | 0,513 | 0,091 |
ЗАМЕНА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Величина Заменяемый АД Предлагаемый АД
N c (об/мин)/ W c (1/c) 750/78.5
P ном (кВт) 5.500 4.000
КПД ном (о.е.) 0.830 0.830
COS f ном 0.740 0.700
K загрузки 0.500 0.688
РЕЗУЛЬТАТЫ
P на валу (кВт) 2.750
X м.ном (Ом) 29.200 33.700
I0 ном (А) 7.513 6.510
I1 ном (А) 13.605 10.460
I0 ном/I1 ном (%) 55.224 60.000
cos f/cos f ном 0.743 0.843
cos f 0.550 0.590
I1/I1 ном 0.681 0.804
I1 (A) 9.270 8.407
S (кВ.А) 6.101 5.534
P (кВт) 3.355 3.263
Q (кВар) 5.096 4.469
дР (кВт) 0.605 0.513
ддP (кВт) 0.091
ЗАМЕНА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Величина Заменяемый АД Предлагаемый АД
N c (об/мин)/ W c (1/c) 750/78.5
P ном (кВт) 5.500 4.000
КПД ном (о.е.) 0.830 0.830
COS f ном 0.740 0.700
K загрузки 0.200 0.275
РЕЗУЛЬТАТЫ
P на валу (кВт) 1.100
X м.ном (Ом) 29.200 33.700
I0 ном (А) 7.513 6.510
I1 ном (А) 13.605 10.460
I0 ном/I1 ном (%) 55.224 60.000
cos f/cos f ном 0.353 0.430
cos f 0.261 0.301
I1/I1 ном 0.577 0.635
I1 (A) 7.851 6.642
S (кВ.А) 5.167 4.372
P (кВт) 1.350 1.316
Q (кВар) 4.988 4.169
дР (кВт) 0.250 0.216
ддP (кВт) 0.034
───────────────────────────────────────────────────────────
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5
«Экономически целесообразный режим работы трансформаторов»
Произошло увеличение цеха и к уже имеющемуся трансформатору мощностью Sном.2=1600 кВ·А добавляется трансформатор с Sном.1 =1000 кВ·А на ступень ниже и трансформатор с номинальной мощностью Sном.3=2500 кВ·А на ступень выше. Расчетная схема приведена на рисунке 7.1.
Рисунок 7.1. – Расчетная схема
Принимаем допущения:
соsφ1 = соsφ2 = соsφ3, 
, то есть при равенстве коэффициентов мощности можем суммировать полные мощности. Суммарная расчетная нагрузка цеха (Sнагр.Σ), равна 2235кВ·А.
Оптимальная мощность i - го трансформатора
где Sном.i - номинальная мощность i - го трансформатора;
Рк.i – потери короткого замыкания i - го трансформатора.
Если Sопт.i > Sном.i, то принимаем Sопт.i = Sном.i. Исключаем i-ый трансформатор из рассмотрения, принимаем 
Определим коэффициент загрузки (к3.i):
Определим ΔP i, кВт при оптимальном распределении нагрузки
Суммарный коэффициент загрузки (кзагр.зам)
При произвольном распределении годовые потери электроэнергии увеличиваются. По программе PRES 8 получаем результаты оптимального распределения нагрузки по трансформаторам, которые представлены в распечатке.
| № | Трансформаторы, кВА | 
| 
| 
|
| 1000, 1600, 2500 | 0,44 | 17,55 | ||
| -,1600, 2500 | 0,545 | 20,96 | ||
| 1000, -, 2500 | 0.639 | 22,546 | ||
| 1000, 1600, - | 0.860 | 28,031 |
ЭКОНОМИЧЕСКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНЫЕ
РЕЖИМЫРАБОТЫТРАНСФОРМАТОРОВ
Номинальные напряжения в схеме (кВ): 10/0.38
Данные трансформаторов
┌─────────┬───────────┬───────────┬───────────┬───────────┐
│ Номер │ Sном │ Тип │ Pх │ Pк │
│ │ кВ.А │ │ кВт │ кВт │
├─────────┼───────────┼───────────┼───────────┼───────────┤
│ 1 │ 1000 │ масляный │ 2.45 │ 12.20 │
│ 2 │ 1600 │ масляный │ 3.30 │ 18.00 │
│ 3 │ 2500 │ масляный │ 4.60 │ 26.00 │
│ Сумма │ 5100 │ - │ 10.35 │ 56.20 │
└─────────┴───────────┴───────────┴───────────┴───────────┘
Оптимальное распределение нагрузки по трансформаторам
╔═════════╦═══════════╦═══════════╦═══════════╦═══════════╗
║ Номер ║ Sном ║ Нагрузка ║Коэффициент║ Потери ║
║ ║ кВ.А ║ кВ.А ║ загрузки ║ кВт ║
╠═════════╬═══════════╬═══════════╬═══════════╬═══════════╣
║ 1 ║ 1000 ║ 394.333 ║ 0.394 ║ 4.347 ║
║ 2 ║ 1600 ║ 684.211 ║ 0.428 ║ 6.592 ║
║ 3 ║ 2500 ║ 1156.456 ║ 0.463 ║ 10.164 ║
║ Итого ║ 5100 ║ 2235.000 ║ 0.438 ║ 21.102 ║
╚═════════╩═══════════╩═══════════╩═══════════╩═══════════╝
Потери электроэнергии в трансформаторах
при оптимальном распределении нагрузки
╓───────────────────╥───────────────────────────────╖
║ Режим работы ║ Годовые потери электроэнергии ║
║ ║ кВт.ч ║
╟───────────────────╫───────────────────────────────╢
║ Односменный ║ от 27689 до 30592 ║
║ Двухсменный ║ от 54840 до 67205 ║
║ Трехсменный ║ от 93282 до 111023 ║
║ Непрерывный ║ от 145957 до 170687 ║
╙───────────────────╨───────────────────────────────╜
ЭКОНОМИЧЕСКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНЫЕ
РЕЖИМЫРАБОТЫТРАНСФОРМАТОРОВ
Номинальные напряжения в схеме (кВ): 10/0.38
Данные трансформаторов
┌─────────┬───────────┬───────────┬───────────┬───────────┐
│ Номер │ Sном │ Тип │ Pх │ Pк │
│ │ кВ.А │ │ кВт │ кВт │
├─────────┼───────────┼───────────┼───────────┼───────────┤
│ 1 │ 1600 │ масляный │ 3.30 │ 18.00 │
│ 2 │ 2500 │ масляный │ 4.60 │ 26.00 │
│ Сумма │ 4100 │ - │ 7.90 │ 44.00 │
└─────────┴───────────┴───────────┴───────────┴───────────┘
Оптимальное распределение нагрузки по трансформаторам
╔═════════╦═══════════╦═══════════╦═══════════╦═══════════╗
║ Номер ║ Sном ║ Нагрузка ║Коэффициент║ Потери ║
║ ║ кВ.А ║ кВ.А ║ загрузки ║ кВт ║
╠═════════╬═══════════╬═══════════╬═══════════╬═══════════╣
║ 1 ║ 1600 ║ 830.792 ║ 0.519 ║ 8.153 ║
║ 2 ║ 2500 ║ 1404.208 ║ 0.562 ║ 12.803 ║
║ Итого ║ 4100 ║ 2235.000 ║ 0.545 ║ 20.956 ║
╚═════════╩═══════════╩═══════════╩═══════════╩═══════════╝
Потери электроэнергии в трансформаторах
при оптимальном распределении нагрузки
╓───────────────────╥───────────────────────────────╖
║ Режим работы ║ Годовые потери электроэнергии ║
║ ║ кВт.ч ║
╟───────────────────╫───────────────────────────────╢
║ Односменный ║ от 24286 до 27811 ║
║ Двухсменный ║ от 47920 до 62934 ║
║ Трехсменный ║ от 85262 до 106804 ║
║ Непрерывный ║ от 136620 до 166648 ║
╙───────────────────╨───────────────────────────────╜
ЭКОНОМИЧЕСКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНЫЕ
РЕЖИМЫРАБОТЫТРАНСФОРМАТОРОВ
Номинальные напряжения в схеме (кВ): 10/0.38
Данные трансформаторов
┌─────────┬───────────┬───────────┬───────────┬───────────┐
│ Номер │ Sном │ Тип │ Pх │ Pк │
│ │ кВ.А │ │ кВт │ кВт │
├─────────┼───────────┼───────────┼───────────┼───────────┤
│ 1 │ 1000 │ масляный │ 2.45 │ 12.20 │
│ 2 │ 2500 │ масляный │ 4.60 │ 26.00 │
│ Сумма │ 3500 │ - │ 7.05 │ 38.20 │
└─────────┴───────────┴───────────┴───────────┴───────────┘
Оптимальное распределение нагрузки по трансформаторам
╔═════════╦═══════════╦═══════════╦═══════════╦═══════════╗
║ Номер ║ Sном ║ Нагрузка ║Коэффициент║ Потери ║
║ ║ кВ.А ║ кВ.А ║ загрузки ║ кВт ║
╠═════════╬═══════════╬═══════════╬═══════════╬═══════════╣
║ 1 ║ 1000 ║ 568.313 ║ 0.568 ║ 6.390 ║
║ 2 ║ 2500 ║ 1666.687 ║ 0.667 ║ 16.156 ║
║ Итого ║ 3500 ║ 2235.000 ║ 0.639 ║ 22.546 ║
╚═════════╩═══════════╩═══════════╩═══════════╩═══════════╝
Потери электроэнергии в трансформаторах
при оптимальном распределении нагрузки
╓───────────────────╥───────────────────────────────╖
║ Режим работы ║ Годовые потери электроэнергии ║
║ ║ кВт.ч ║
╟───────────────────╫───────────────────────────────╢
║ Односменный ║ от 24173 до 28356 ║
║ Двухсменный ║ от 47570 до 65391 ║
║ Трехсменный ║ от 87239 до 112808 ║
║ Непрерывный ║ от 141915 до 177556 ║
╙───────────────────╨───────────────────────────────╜
ЭКОНОМИЧЕСКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНЫЕ
РЕЖИМЫРАБОТЫТРАНСФОРМАТОРОВ
Номинальные напряжения в схеме (кВ): 10/0.38
Данные трансформаторов
┌─────────┬───────────┬───────────┬───────────┬───────────┐
│ Номер │ Sном │ Тип │ Pх │ Pк │
│ │ кВ.А │ │ кВт │ кВт │
├─────────┼───────────┼───────────┼───────────┼───────────┤
│ 1 │ 1000 │ масляный │ 2.45 │ 12.20 │
│ 2 │ 1600 │ масляный │ 3.30 │ 18.00 │
│ Сумма │ 2600 │ - │ 5.75 │ 30.20 │
└─────────┴───────────┴───────────┴───────────┴───────────┘
Оптимальное распределение нагрузки по трансформаторам
╔═════════╦═══════════╦═══════════╦═══════════╦═══════════╗
║ Номер ║ Sном ║ Нагрузка ║Коэффициент║ Потери ║
║ ║ кВ.А ║ кВ.А ║ загрузки ║ кВт ║
╠═════════╬═══════════╬═══════════╬═══════════╬═══════════╣
║ 1 ║ 1000 ║ 817.151 ║ 0.817 ║ 10.596 ║
║ 2 ║ 1600 ║ 1417.849 ║ 0.886 ║ 17.435 ║
║ Итого ║ 2600 ║ 2235.000 ║ 0.860 ║ 28.031 ║
╚═════════╩═══════════╩═══════════╩═══════════╩═══════════╝
Потери электроэнергии в трансформаторах
при оптимальном распределении нагрузки
╓───────────────────╥───────────────────────────────╖
║ Режим работы ║ Годовые потери электроэнергии ║
║ ║ кВт.ч ║
╟───────────────────╫───────────────────────────────╢
║ Односменный ║ от 25983 до 31999 ║
║ Двухсменный ║ от 50852 до 76475 ║
║ Трехсменный ║ от 99116 до 135880 ║
║ Непрерывный ║ от 165888 до 217135 ║
╙───────────────────╨───────────────────────────────╜
───────────────────────────────────────────────────────────
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6
«Снижение потерь электроэнергии изменением графика электроэнергии нагрузки»
Исходные данные:
- схема линия - трансформатор;
- номинальное напряжение в схеме, 10/0,38 кВ;
- линия кабельная, материал жил - алюминий;
- номинальное сечение жил, F = 240 мм2;
- длина линии, L = 3, 5 км;
- номинальная мощность трансформатора, Sном.т =1600 кВ·А.
Потери электроэнергии определяем по графикам электрических нагрузок с длительностью t = 8 часов, длительность одной ступени графика - 1 час. Графики электрических нагрузок представлены на рисунке 8.1.
P
Q
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Рисунок 8.1. – График электрических нагрузок
Потребление электроэнергии при заданном графике активной нагрузки
где Рi – активная мощность i -ой ступени, кВт;
– длительность i -ой ступени, ч.
Потери электроэнергии в линии при заданных графиках нагрузки (ΔWл,кВт·ч)
где 
– сопротивление кабеля сечением 240мм2;
Uл = 10 кВ – напряжение кабельной линии;
Qл – реактивная мощность на i - ой ступени, квар.
Потери электроэнергии в трансформаторе при заданных графиках нагрузки
где Рх = 3,30кВт – потери активной мощности при опыте холостого хода,
Рк = 18,00кВт – потери активной мощности при опыте короткого замыкания,
Тв = 16 ч – время включения трансформатора.
Потери электроэнергии в схеме (ΔWсх, кВт·ч)
Средняя активная мощность нагрузки за 16 ч (Рср.16, кВт)
Средняя реактивная мощность нагрузки за 8 ч ((Qср.8, кВар)
Определим потери электрической энергии при ровных графиках нагрузки (W=const) в линии, трансформаторе и схеме:
Определим потери за 16 часов:
Определим потери за 24 часов:
По исходным данным с помощью программы PRES8 получим результаты:
СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
ИЗМЕНЕНИЕМ ГРАФИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
Исходные данные
Вариант расчетной схемы:
1. Линия - трансформатор - нагрузка
Номинальные напряжения в схеме (кВ): 10 / 0.38
Тип линии: кабельная
Материал жил: aлюминий
Номинальное сечение жил (мм2): 240
Длина линии (км): 3.500
Активное сопротивление линии (Ом): 0.451
Номинальная мощность трансформатора (кВ.А): 1600
Тип трансформатора: масляный
Потери мощности в трансформаторе (кВт): Рх = 3.30, Рк = 18.00
Длительность графика нагрузки Т (ч): 16
Длительность одной ступени графика t (ч): 2
Графики электрических нагрузок P и Q
Ступень P (кВт) Q (кВар)
1 60.000 30.000
2 70.000 35.000
3 110.000 55.000
4 120.000 60.000
5 113.000 56.500
6 80.000 40.000
7 75.000 37.500
8 65.000 32.500
средние 86.625 43.313
Результаты
Потребление электроэнергии при заданном графике
активной нагрузки W (кВт.ч): 1386.00
Потери электроэнергии при заданных графиках нагрузки (кВт.ч):
в линии ДWл = 0.723
в трансформаторе ДWт = 53.925
в схеме ДW = 54.648
Потери электроэнергии при ровных графиках нагрузки (W=const)
за 16 часов ДW16 (кВт.ч): в линии 0.678
в трансформаторе 53.855
в схеме 54.533
за 24 часа ДW24 (кВт.ч): в линии 0.452
в трансформаторе 79.903
в схеме 80.355
---------------