Кафедра «Теоретические основы электротехники»

Кафедра «Теоретические основы электротехники»

 

КУРСОВой проект

 

Переходные процессы в линейных и нелинейных

Электромагнитных системах

по дисциплине «Теоретические основы электротехники»

 

Выполнил

студент гр. 23212/1 М.В. Укконен

 

Руководитель

ассистент С.В. Комина

 

«____» __________ 2014 г.

 

Санкт-Петербург

2014г.

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

ЗАДАНИЕ

НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

 

студенту группы 23212/1 ___ Укконен Михаилу Вячеславовичу

1. Тема проекта: Проектирование системы линий, соединяющих ис­точник электромагнитной энергии И через линию 1 с подстанцией П1 и далее через линии 2 и 3 с нагрузками П2 и П3. Линия 3 может быть выполнена с различными волновыми сопротивлениями Z₃, что должно быть использовано для минимизации действующего значения напряжения между узлами системы линий, указанными в задании к курсовому проекту.

2. Срок сдачи студентом законченного проекта: 26 мая 2014 г.

3. Исходные данные к проекту:

3.1. Система линий;

3.2. Источник электромагнитной энергии И1,

3.3. Схема подстанции

3.4. Схема нагрузки П2;

3.5. Схема нагрузки П3;

3.6. Диапазон изменения Z ₃от 270 до 410 Ом.

4. Содержание пояснительной записки:

4.1. Введение.

4.2. Основная часть.

4.2.1. Расчет установившегося синусоидального режима. Линии 1, 2, 3 рассматривать как линии без потерь. Использовать Т-образную схему замещения линии. В результате расчета должны быть определены максимальные напряжения между узлами 1 - 1, 1' - 1', 2 - 2, 2' - 2,' 3 - 3, 3' - 3'.

4.2.2. Обоснование выбора волнового сопротивления 3-й линии Z ₃, обеспечивающего минимум действующего значения напряжения между узлами К₁ и К₂.

4.2.3. Расчет переходного процесса в системе линий. В результате расчета должны быть определены распределения напряжения и тока вдоль каждой из трех линий как функции времени и координаты. При расчете учитывается только первое отражение от конца линий. Для расчета переходного процесса и представления результатов распределения напряжений и токов вдоль линий учесть, что волны, отраженные от нагрузки П2, прошли расстояние s.

4.2.4. Расчет перенапряжения, возникающего между заданными узлами К₁ и К₂ при переходном процессе.

4.3. Заключение.

4.4. Библиографический список.

4.5. Приложения.

5. Перечень графического материала'.

5.1. Схема замещения системы линий, работающих в установившемся режиме синусоидального тока;

5.2. Схема системы линий при переходном процессе;

5.3. Таблица значений максимальных напряжений между узлами 1 -1, 1' - 1', 2 - 2, 2' - 2,' 3 - 3, 3' - 3' в установившемся режиме;

5.4. Графики зависимостей от времени напряжений и токов падаю­щих, преломленных и отраженных волн для точек 1 - 1, 1' - 1', 2 - 2, 2' - 2,' 3 - 3,
3' - 3' подстанции П1 и нагрузок П2 и П3;

5.5. Графики зависимостей от времени напряжений и токов на входе и выходе подстанции П1 и в нагрузках П2 и П3;

5.6. Эпюры распределения напряжений и токов вдоль линий для мо­мента времени, когда отраженные от конца 2-й линии волны пройдут рас­стояние s;

5.7. Презентационные материалы к защите.

6. Консультанты. проф. Р.П. Кияткин

7. Дата получения задания. 8 апреля 2014 г.

 

Руководитель, асс. _______________ __ _____ С.В. Комина ____________

(подпись) (инициалы,фамилия)

Задание принял к исполнению ______________ М.В.Укконен __________

(подпись студента) (инициалы,фамилия)

 

_______________

(дата)

Содержание

3. Исходные данные.

3.1. Система линий.

3.2. Схемы и параметры источника И1, подстанции П1, нагрузки второй линии П2 и нагрузки третьей линии П3.

4. Содержание пояснительной записки.

4.1. Введение.

4.2. Основная часть.

4.2.1. Расчёт установившегося синусоидального режима.

4.2.2. Обоснование выбора волнового сопротивления 3-й линии Z ₃

4.2.3. Расчет переходного процесса в системе линий.

4.3. Заключение.

4.4. Библиографический список.

4.5. Приложение.

Исходные данные

Система линий

Схема соединения линий и их параметры

Параметры 1-й линии: z 1 = 300 Ом; l 1 = 100 км; v = 300000 км/с; x К12 = 50 км	Параметры 2-й линии: z 2 = 300 Ом; l 2 = 50 км; v = 300000 км/с; s = 40 км	Параметры 3-й линии: z 3 = var = 270÷410 Ом; l 3= 50 км; v = 300000 км/с s = 40 км

 

 

Схемы и параметры источника И1, подстанции П1, нагрузки второй линии П2 и нагрузки третьей линии П3

Zr = 20 Ом; e 0=400кВ E 0 m sin(ω t +ψ e 0); E 0 m = 180 кВ; f = 50 Гц; ψ e 0 = π/2	R 1 = 400 Ом; L 1 = 72 мГн	C п2= 0,1 мкФ; R 2 = 600 Ом;	r п3 = 100Ом
Рис. 1. Схема и параметры источника И1	Рис. 2. Схема и параметры подстанции П1	Рис. 3. Схема и параметры нагрузки второй линии П2	Рис. 4. Схема и параметры нагрузки третьей линии П3

 

 

Содержание пояснительной записки

Введение

В данной работе рассматривается система линий электропередачи и подстанций, их параметры, переходные процессы в них, а так же различные методы их решения. Актуальность работы заключается в рассмотрение электрических линий, сходных по своим параметрам с реальными и обучение навыкам обработки результатов и оформление отчетов.

Проблема данного исследования носит актуальный характер, так как электрические линии и переходные процессы в них являются основной частью профессии.

Целью является нахождение параметров линий, расчет переходных процессов в них и нахождение характеристик падающей и отраженной волн.

4.2. Основная часть

Схемы замещения линий

Комплексы напряжения и тока в произвольной точке x линии:

Напряжение и ток на оконечных зажимах линии (при x = l)

Отсюда найдем U₁ и I₁:

Эти уравнения аналогичны уравнениям четырехполюсника в A-параметрах:

где ; ; .

Для линии без потерь γ = jβ. При f = 50 Гц и v = 300000 км/с коэффициент фазы β = ω/ v ≈ 1.047*10^-3 рад/км.

T-образные эквивалентные схемы участков первой линии, а также второй и третьей линии:

 

Линия 1. Начальный участок

 

Схема начального участка длиной l_1н = 50 км от начала линии до точек К1, К2 приведена на рис. а, схема конечного участка длиной l_1к=50 км от точек К1, К2 до конца линии – на рис. б.

 

A-параметры схемы начального участка:

Параметры схемы замещения начального участка первой линии:

Линия 1. Конечный участок

 

A-параметры схемы начального участка:

Параметры схемы замещения конечного участка первой линии:

Подстанция П1

 

 

Линия 2

 

Схема замещения имеет вид:

Определяем А-параметры четырехполюсника и параметры схемы замещения:

Подстанция П2

 

Схема замещения нагрузки второй линии имеет вид:

Комплексные сопротивления отдельных участков схемы равны

Эквивалентное сопротивление нагрузки второй линии равно

 

 

Линия 3

 

Эквивалентная схема имеет вид:

Параметры схемы замещения третьей линии определяются так же, как и второй, однако её волновое сопротивление будет варьироваться. Поэтому выразим параметры эквивалентной схемы в виде функций этого сопротивления:

;

Принимая в качестве начального приближения значение Z₃ = 300 Ом, получаем:

 

Подстанция П3

 

Нагрузка линии 3 – активное сопротивление R₄ = 100 Ом, так что Z_п3 = R₄ = =100 Ом.

 

 

На зажимах линий

Линия №	Зажимы № – №	U max, кВ
	1 – 1
1’ – 1’
	2 – 2
2’ – 2’
	3 – 3
3’ – 3’

 

 

4.2.2. Обоснование выбора волнового сопротивления 3-й линии Z ₃

Выбираем , т.к. оно обеспечивает минимум действующего значения напряжения между узлами К₁ и К₂

Заключение

 

В результате курсовой работы были получены характеристики системы линий и проведен расчет для установившегося синусоидального режима. Для упрощения расчетов каждая линия была заменена Т-образной схемой. В результате расчета напряжений были подобраны характеристики третьей лини. Произведены расчеты для переходных процессов в линиях. При расчете использовались такие методы, как: операторный метод, интеграл Дюамеля. Результаты, полученные с помощью обоих методов оказались равны при округление до целой величины. В результате были получены значения напряжения и тока для падающих и отраженных волн, как функции координат.

При выполнение курсовой работы поставленная цель была выполнена.

Библиографический список

1. Положение по содержанию, оформлению, организации выполнения и защиты курсовых проектов и курсовых работ. Приказ СПбГПУ № 583 от 01.07.2013 г.

2. К.С. Демирчян, Л.Р. Нейман, Н.В. Коровкин, В.Л. Чечурин. Теоретические основы электротехники, т. 2, 4-е издание. «Питер», 2003.

Параграфы 17.1-17.8, 18.1-18.10.

3. А.Б. Новгородцев. Теоретические основы электротехники. 30 лекций по теории электрических цепей, 2-е издание. «Питер», 2006.

Лекции 25, 26.

4. Н.В. Коровкин, Е.Е. Селина, В.Л. Чечурин. Теоретические основы электротехники. Сборник задач. «Питер», 2004.

Разделы 16, 17.

5. Практикум по ТОЭ, ч. 2 / под ред. д.т.н. М.А. Шакирова. СПб, изд-во СПбГПУ, 2004.

Тема 12.

6. Е.Ю. Кочеткова, В.С. Лопатин, М.А. Миэринь, А.Н. Модулина, А.Б. Новгородцев. Типовые задачи по теории электрических цепей, 2-е издание / под ред. проф. А.Б. Новгородцева. СПб, изд. СПбГПУ, 2004.

7. А.Б. Новгородцев. Расчет электрических цепей в МАТLАB. Учебный курс. «Питер», 2004.

8. Е.Г. Макаров. Инженерные расчеты в Mathcad. Учебный курс. «Питер», 2005.

 

Приложение

Примеры расчетов из MathCad:

Кафедра «Теоретические основы электротехники»

 

КУРСОВой проект