03继电接触器与电动机的电气控制.ppt
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1、用电设备额定容量的计算 在每台用电设备的铭牌上都有“额定功率”PN,但由于各用电设备的额定工作方式不同,不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加,必须先将其换算为同一工作制下的额定功率,然后才能相加。经过换算至统一规定的工作制下的“额定功率”称为“设备额定容量”,用Pe表示。,(1)长期工作制和短时工作制的设备容量 Pe=PN (2)重复短暂工作制的设备容量 吊车机组用电动机(包括电葫芦、起重机、行车等 )的设备容量统一换算到=25%时的额定功率(kW),若其N不等于25%时应进行换算,公式为: 电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到100%时的额定功率(kW)。若其铭牌暂载率N不等于100%
2、时,应进行换算,公式为:,(3)电炉变压器的设备容量 电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额定功率(kW),即: Pe=PN=SNcos,(4)照明设备的设备容量 白炽灯、碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率(kW); 荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失(约为灯管功率的20%),其设备容量应为灯管额定功率的1.2倍(kW); 高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失(约为灯泡功率的10%),其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍(kW); 金属卤化物灯:采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失(约为灯泡功率的10%),故其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍(kW)。,(5)不对称单相负荷的
3、设备容量 当有多台单相用电设备时,应将它们均匀地分接到三相上,力求减少三相负载不对称情况。设计规程规定,在计算范围内,单相用电设备的总容量如不超过三相用电设备总容量的15%时,可按三相对称分配考虑,如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的15%时,则设备容量Pe 应按三倍最大相负荷的原则进行换算。,设备接于相电压或线电压时,设备容量Pe的计算如下: 单相设备接于相电压时 Pe3Pem 式中Pe等效三相设备容量; Pem最大负荷所接的单相设备容量。 单相设备接于线电压时 式中 Pel接于同一线电压的单相设备容量。,返回目录,按逐级计算法确定用户的计算负荷,用户负荷计算,1 供给单台用电设
4、备的支线计算负荷确定(如图中1点所示),1,计算目的:用于选择其开关设备和导线截面积,若该设备确实无法达到额定工作状态,可引入负荷系数计算;若该设备不存在效率问题,则Kd=1.,2. 用电设备组计算负荷的确定,计算目的:用来选择车间配电干线及干线上的电气设备,4 车间变电所或建筑物变电所低压母线的计算负荷确定 计算目的:选择车间变电所或建筑物变电所的变压器容量,5 车间变电所或建筑物变电所高压母线的计算负荷的确定 计算目的:以此选择高压配电线及其上的电气设备,因为变压器尚未选出,所以变压器损耗估算:,变压器低压侧的视在计算负荷,6 总降压变电所二次侧的计算负荷确定,7 总降压变电所高压侧的计算
5、负荷确定,线路损耗,总变压器损耗,例 一机修车间的380V线路上,接有金属切削机床电动机20台共50kW;另接通风机3台共5kW;电葫芦4个共6kW(FCN =40%)试求计算负荷。,解: 冷加工电动机组: 查附录表3可得Kd=0.160.2(取0.2),cos=0.5,tan=1.73,因此 Pca(1)=KdPe=0.250 =10(kW) Qca(1)= P ca(1)tanwm=101.73=17.3 (kvar) Sca(1)= P ca(1)/coswm=10/0.5=20(kVA),通风机组: 查附录表3可得Kd=0.70.8(取0.8),cos=0.8,tan=0.75,因此
6、Pca(2)=KdPe=0.85 =4(kW) Qca(2)= P ca(2)tanwm=40.75=3 (kvar) Sca(2)= P ca(2)/coswm=4/0.8=5(kVA),电葫芦:由于是单台设备,可取Kd=1,查附录表3可得cos=0.5,tan=1.73,因此 Pca(3)= Pe=3.79 =3.79(kW) Qca(3)= Pca(3)tanwm=3.791.73= 6.56(kvar) Sca(3)= Pca(3)/coswm=3.79/0.5=7.58(kVA),取同时系数为0.9,因此总计算负荷为 Pca()Pca=0.9(10+4+3.79)=16.01(kW)
7、 Qca()Qca=0.9(17.3+3+6.56)=24.17(kW),为了使人一目了然,便于审核,实际工程设计中常采用计算表格形式,如下表所示。,例 一机修车间的380V线路上,接有金属切削机床电动机20台共50kW,其中较大容量电动机有7.5kW2台,4kW2台,2.2kW8台;另接通风机2台共2.4kW;电阻炉1台2kW。试求计算负荷(设同时系数Kp、Kq均为0.9)。 解 查附录表1可得 冷加工电动机:Kd1=0.2,cos1=0.5,tg1=1.73 Pc1= Kd1Pe1=0.250=10kW Qc1=Pc1tg1=101.73=17.3kvar 通风机:Kd2=0.8,cos2
8、=0.8,tg2=0.75 Pc2= Kd2Pe2=0.82.4=1.92kW Qc2=Pc2tg2=1.920.75=1.44kvar 电阻炉:因只1台,故其计算负荷等于设备容量 Pc3=Pe3=2kW Qc3=0,例 试用二项式法来确定上例中的计算负荷。 解 求出各组的平均功率bPe和附加负荷cPx () 金属切削机床电动机组 查附录表1,取b1=0.14,c1=0.4,x1=5,cos1=0.5,tg1=1.73,x=5,则 (bPe)1=0.1450=7kW (cPx)1=0.4(7.52+42+2.21)=10.08kW () 通风机组 查附录表1,取b2=0.65,c2=0.25,
9、cos2=0.8,tg2=0.75,x2=1,则 (bPe)2=0.652.4=1.56kW (cPx)2=0.251.2=0.3kW,() 电阻炉 (bPe)3=2kW (cPx)3=0 显然,三组用电设备中,第一组的附加负荷(cPx)1最大,故总计算负荷为 Pc=(bPe)i+(cPx)1=(7+1.56+2)+10.08=20.64kW Qc=(bPetg)I +(cPx)1 tan1 =(71.73+1.560.75+0)+10.081.73=30.72kvar 比较例2和例32的计算结果可知,按二项式法计算的结果比按需要系数法计算的结果大得多。可见二项式法更适用于容量差别悬殊的用电设
10、备的负荷计算。,2,2,(1)瞬时功率因数 瞬时功率因数可由功率因数表(相位表)直接测量,亦可由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出(间接测量):,瞬时功率因数用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率的变化情况,以便采取适当的补偿措施。 (2)平均功率因数 平均功率因数亦称加权平均功率因数,按下式计算:,(2-37),(2-38),式中, 为某一时间内消耗的有功电能,由有功电度表读出; 为某一时间 内消耗的无功电能,由无功电度表读出。,我国电业部门每月向工业用户收取电费,就规定电费要按月平均功率因数的高低来调整。,工厂的功率因数,最大负荷时的功率因数 最大负荷时功率因数指在年最大负荷(即
11、计算负荷)时的功率因数,按下式计算:,我国电力工业部规定:除电网有特殊要求的用户外,用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数,一般应达到下列规定:100千伏安及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业,功率因数为0.85以上。农业用电,功率因数为0.80及以上。,2无功功率补偿 如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下,尚达不到规定的功率因数要求时,则需考虑人工无功功率补偿。,(2-39),图26 无功功率补偿原理图,功率因数提高与无功功率和视在功率变化的关系。,由上式可以看出,在变电所低压侧装设了无功补偿装置
12、以后,由于低压侧总的视在计算负荷减小,从而可使变电所主变压器的容量选得小一些。这不仅降低了变电所的初投资,而且可减少用户的电费开支。 对于低压配电网的无功补偿,通常采用负荷侧集中补偿方式,即在低压系统(如变压器的低压侧)利用自动功率因数调整装置,随着负荷的变化,自动地投入或切除电容器的部分或全部容量。,3无功补偿后的总计算负荷确定 供配电系统在装设了无功补偿装置后在确定补偿装置装设地点的总计算负荷时,应先扣除无功补偿的容量,即补偿后的总的无功计算负荷为:,在确定了总的补偿容量后,即可根据所选并联电容器的单个容量qc来确定电容器的个数,即 计算所得的电容器个数n,对单相电容器(其全型号后标“1”
13、者)来说,应取3 的倍数,以便三相均衡分配,实际工程中,都选用成套电容器补偿柜。,例题:如某一企业的计算负荷为2400kW,平均功率因数为0.67,有功负荷系数为0.75。要使其平均功率因数提高到0.9(在10kV侧固定补偿),问需要装设多大容量的并联电容器?如果采用BWF10.5401 型电容器,需装设多少个?,功率因数补偿方法,1 提高自然功率因数,自然功率因数是指未装设任何补偿装置的实际功率因数。提高自然功率因数,就是不添置任何补偿设备,采取科学措施减少用电设备无功功率的需要量,使供电系统总功率因数提高。,合理选择感应电动机的额定容量,避免大功率电动机拖动小负载运行,尽量使电动机运行在经
14、济运行状态,合理配置工厂配电变压器的容量和变压器的台数,是提高工厂功率因数的重要方法。,在不要求调速的生产工艺过程,选用同步电动机代替感应电动机,采用晶闸管整流电源励磁,根据电网功率因数的高低自动调节同步电动机的励磁电流。当电网功率因数较低时,使同步电动机运行在过励状态,同步电动机向电网发送出无功功率,这是改善工厂电网功率因数的一个最好方法(在转速较低的拖动系统中,低速同步电动机的价格比感应电动机价格低,而且外形尺寸相对还要小些)。,2. 人工补偿功率因数,并联电容器补偿,即采用并联电容器的方法来补偿无功功率,从而提高功率因数。,(1) 有功损耗小,为0.25%0.5%,而同步调相机为1.5%
15、3%。 (2) 无旋转部分,运行维护方便。 (3) 可按系统需要,增加或减少安装容量和改变安装地点。 (4) 个别电容器损坏不影响整个装置运行。 (5) 短路时,同步调相机会增加短路电流,增大用户开关的断流容量,电容器无此缺点。 并联电容器补偿的缺点: (1) 只能有级调节,不能随无功功率变化进行平滑的自动调节。 (2) 当通风不良及运行温度过高时易发生漏油、鼓肚、爆炸等故障。,动态无功功率补偿,同步电动机补偿 同步电动机补偿是在满足生产工艺的要求下,选用同步电动机,通过改变励磁电流来调节和改善供配电系统的功率因数。,在现代工业生产中,有一些容量很大的冲击性负荷(如炼钢电炉、黄磷电炉、轧钢机等
16、),它们使电网电压严重波动,功率因数恶化。一般并联电容器的自动切换装置响应太慢,无法满足要求。应此,必须采用大容量、高速的动态无功功率补偿装置,如晶闸管开关快速切换电容器、晶闸管励磁的快速响应式同步补偿机等。,解 (1)补偿前的变压器容量和功率因数: 变电所低压侧的视在计算负荷为:,因此未考虑无功补偿时,主变压器的容量应选择为1250,(参见附表3)变电所低压侧的功率因数为,0.92。 因此,低压侧需要装设的并联电容器容量为,侧的功率因数不应低于0.9,即,(2)无功补偿容量 按相关规定,补偿后变电所高压,0.9。在变压器低压侧进行补偿时,因为考虑到变压器的无功功率损耗 远大于有功功率损耗,所
17、以低压侧补偿后的低压侧功率因数应略高于0.9。 这里取补偿后低压侧功率因数,例2-4 某厂拟建一降压变电所,装设一台主变压器。已知变电所低压侧有 功计算负荷为 650kW无功计算负荷为800kvar。为了使工厂(变电所高压侧) 的功率因数不低于0,9,如在低压侧装设并联电容器进行补偿时,需装设 多少补偿容量?并问补偿前后工厂变电所所选主变压器的容量有何变化?,取,(参见附表3)。 补偿后的工厂功率因数补偿后变压器的功率损耗为,因此无功功率补偿后的主变压器容量可选为800,变电所高压侧的计算负荷为,补偿后工厂的功率因数为,由此可见,补偿后主变压器的容量减少了450 ,不仅减少了投资,而且减少电费
18、的支出,提高了功率因数。,Q30=(800-530)kvar+42.2kvar=312kvar,7 工厂年耗电量计算,利用有功和无功计算负荷:,为年实际工作小时数,每周按五个工作日计,一班制可取2000h,两班制可取4000h,三班制可取6000h。,例 某厂拟建一降压变电所,装设一台主变压器。已知变电所低压侧有功计算负荷为 650kW无功计算负荷为800kvar。为了使工厂(变电所高压侧)的功率因数不低于0,9,如在低压侧装设并联电容器进行补偿时,需装设多少补偿容量?并问补偿前后工厂变电所所选主变压器的容量有何变化? 若本题为两班制生产,试求其年电能消耗量?,例 某厂拟建一降压变电所,装设一
19、台主变压器。已知变电所低压侧有功计算负荷为 650kW无功计算负荷为800kvar。为了使工厂(变电所高压侧)的功率因数不低于0,9,如在低压侧装设并联电容器进行补偿时,需装设多少补偿容量?并问补偿前后工厂变电所所选主变压器的容量有何变化? 若本题为两班制生产,试求其年电能消耗量?,工厂年有功耗电量 0.7*661kw*4000h=1.85*106KWh 工厂年无功耗电量 0.8*312kw*4000h=0.998*106Kvarh,取=0.7,=0.8,Ta=4000h,四、 变电站变压器的选择,1. 变压器型式的选择 变压器的型式应根据其使用环境来选择。 (1)在有可燃性及爆炸性场所,要选
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