Бастрон А
Ознайомитись з конструкцією мікроГЕС РПМГЕС-2.8, яка може бути використана як автономне джерело електроживлення для електроприймачів сільськогосподарського виробництва та побуту різного призначення - водопідйомних, освітлювальних, побутових, опалювальних, гарячого водопостачання та інших.
Опанувати методику підбору трифазного асинхронного електродвигуна, що працює в генераторному режимі з конденсаторним пристроєм збудження.
Навчитися проектувати системи енергозабезпечення електроприймачів сільськогосподарського виробництва та побуту від мікроГЕС.
Завдання до роботи
1. Вивчити будову та принцип роботи мікроГЕС.
2. Розрахувати проектне вироблення електричної енергії від мікроГЕС за необхідний період за індивідуальним завданням викладача, підібравши відповідний трифазний асинхронний електродвигун, що працює в генераторному режимі з конденсаторним пристроєм збудження.
3. Спроектувати систему електроживлення споживача з урахуванням микроГЭС.
Загальні відомості
В Україні створено та випробувано рукавні переносні мікроГЕС (РПМГЕС) потужністю 0,25; 0,6; 1,5 та 2,8 кВт з активною турбіною [1]. МікроГЕС прості у виготовленні та експлуатації. Щодо умов пересувних споживачів енергії створено модифікації РПМГЕС, характеристика яких наведена у таблиці 6.1.
| Показник | РПМГЕС-0,25 | РПМГЕС-0,6 | РПМГЕС-1,5 | РПМГЕС-2,8 |
| Потужність, кВт | 0,25 | 0,6 | 1,5 | 2,8 |
| Вид струму | однофазний | трифазний | ||
| Напруга, В | 36 | 36 | 230/400 | 230/400 |
| Частота, Гц | 200 | 50…200 | 50±7,5 | 50±7,5 |
| ККД | 0,38 | 0,5 | 0,53 | 0,53 |
| Габаритні розміри, мм | 190х395х 159 | 430х230х 320 | 820х470х 430 | 290х548х 550 |
| Маса комплекту, кг | 34 | 54 | 90 | 220 |
| Витрата води, л/с | 18 | 26 | 50 | 90 |
| Довжина водозабірного рукава, м | 60 | 80 | 100 | 100 |
| Середній геометричний ухил водотоку | 0,06 | 0,06 | 0,06 | 0,06 |
| Розрахунковий термін служби: год років | 12000 4 | 12000 4 | 12000 5 | 12000 4 |
До комплекту мікроГЕС (рис. 6.1) входять водозабірний пристрій, напірний рукав, генератор, пристрій збудження, гідротурбіну, пристрій регулювання, кабель. Напірний рукав складає основну частину капіталовкладень станції. Трифазний асинхронний електродвигун, що працює у генераторному режимі, має конденсаторний пристрій збудження.
Приклад розрахунку системи енергозабезпечення електродвигуна насоса від мікроГЕС
Розрахувати проектне вироблення електричної енергії від мікроГЕС за літній період року, підібравши відповідний трифазний асинхронний електродвигун, що працює в генераторному режимі з конденсаторним пристроєм збудження, якщо:
- Витрата води, що проходить через турбіну, Q, становить 0,1 м 3 /с;
- Напір води, H = 11 м;
- номінальна частота обертання турбіни nт=1540 об/хв;
- Коефіцієнт корисної дії гідротурбіни, ηт, дорівнює 0,8;
- гідравлічні втрати у напірному рукаві становлять 10 % від втрат енергії у гідротурбіні.
Електроприймач є електродвигун АІР90L2 приводу насоса.
Підібрати конденсатори для пристрою збудження, якщо ємність конденсаторів, С, Ф для забезпечення роботи асинхронного двигуна в режимі генератора дорівнює
де Р н - Потужність, що віддається генератором, Вт;
tgφг, tgφн - кути зсуву між напругою та струмами генератора та навантаження;
f – частота вихідної напруги, Гц;
m – число фаз, шт;
Uc – напруга на конденсаторах, В.
Розрахувати спожиту електродвигун від мікроГЕС електричну енергію за той же період року, якщо насос працює 8 годин на добу.
Потужність гідротурбіни Pт, кВт (з урахуванням втрат енергії в турбіні) дорівнює [2]
де g = 9,81 м/с2.
Потужність, Pг, кВт, що віддається в мережу генератором (асинхронним електродвигуном з короткозамкненим ротором, що виступає як генератор), визначиться:
де ηг – коефіцієнт корисної дії генератора (0,6-0,9);
cosφг – коефіцієнт потужності генератора (0.6-0.9).
За таблицею 6.2 як генератор може бути обраний електродвигун АИР100L4 з синхронною частотою обертання 1500 об/хв і потужністю P2ном=4 кВт. Потужність обраного генератора повинна бути меншою за розрахункову, інакше гідротурбіну може працювати з перевантаженням і вийде з ладу. У генераторному режимі частота обертання ротора електродвигуна має бути на 5-10% більше синхронної частоти, що в даному випадку забезпечується при номінальній частоті обертання турбіни, тому між ротором електродвигуна та валом турбіни не потрібно редуктора.
При відомих коефіцієнтах потужності генератора cosφг та навантаження cosφн через функцію arccos визначають φг та φн
φг =arccos 0,84 = 32,9 o; φн = arccos 0,89 = 28,4 o.
Місткість конденсаторів С, Ф, з'єднаних у "трикутник", визначиться за виразом (6.1)
З = 4000 · (tg32,9 про + tg28,4 про) / 2π · 50 · 3 · 380 2 = 34,8 · 10 -6 Ф.
Складають конденсаторну батарею, що складається із трьох груп конденсаторів. Кожна група конденсаторів набирається із стандартного ряду ємностей конденсаторів. Наприклад, необхідні 26 мкФ можна набрати з паралельно включених конденсаторів КБГ, МН, БГТ, БГЧ або інших типів на 20, 10 та 5 мкФ відповідно. Підключення конденсаторів до обмоток електродвигуна повинно проводитися з урахуванням того, що при з'єднанні конденсаторів у "зірку" напруга конденсаторів Uc повинна бути не менше 250 В, а при з'єднанні "трикутник" - не менше 400 В (див. рис. 6.2). Необхідно врахувати, що при з'єднанні конденсаторів у "зірку" ємність конденсаторів повинна бути втричі більшою, ніж при "трикутнику".
Проектне вироблення електричної енергії від мікроГЕС, Wг, кВт.год., за літній період року складе
Wг = 4 · 24 · (30 + 31 + 31) = 8832 кВт.год.
Потреба електродвигуном насоса електрична енергія за той же період становитиме
Порядок виконання роботи
1. Вивчіть конструкцію мікроГЕС.
2. Розрахуйте проектне вироблення електричної енергії від мікроГЕС за літньо-осінній період року, підібравши трифазний асинхронний електродвигун, що працює в генераторному режимі з конденсаторним пристроєм збудження відповідно до завдання (табл. 6.3), якщо:
- Витрата води, що проходить через турбіну, Q, становить (див. варіант завдання) м 3 /с;
- напір води, H, становить (див. варіант завдання) м;
- номінальна частота обертання турбіни, nт,дорівнює (див. варіант завдання) об/хв;
- Коефіцієнт корисної дії гідротурбіни, ηт, дорівнює 0,8;
- гідравлічні втрати у напірному рукаві становлять 10 % від втрат енергії у гідротурбіні.
3. Підберіть конденсатори для пристрою збудження, а також дроти, кабелі, автоматичний вимикач та інше обладнання, необхідне для енергозабезпечення електроприймачів від мікроГЕС, відповідно до ПУЕ [5].
4. Накресліть принципову електричну схему енергозабезпечення електроприймача від мікроГЕС.
Зміст звіту
1. Назва та мета роботи.
2. Основні технічні дані мікроГЕС.
3. Результати розрахунку параметрів мікроГЕС.
4. Принципова електрична схема енергозабезпечення електроприймача мікроГЕС.
Контрольні питання
1. Які переваги та недоліки мають мікроГЕС порівняно з геліо- та вітроенергетичними установками?
2. Як розшифровується умовне позначення мікроГЕС РПМГЕС-2.8?
3. У чому полягає принцип дії мікроГЕС?
4. Як зменшити витрату води, що проходить через турбіну мікроГЕС?
5. Вкажіть умови роботи асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором у генераторному режимі.
6. Який тип конденсаторів використовується у пристрої збудження?
7. Чому дорівнює геометричний ухил водотоку мікроГЕС, якщо довжина водозабірного рукава дорівнює 50 м, а висота греблі мікроГЕС дорівнює 4 м?
8. Чому потужність генератора мікроГЕС має бути не більшою за розрахункову потужність гідротурбіни?
9. У скільки разів зміниться потужність мікроГЕС, якщо натиск збільшити втричі, а витрата води, що проходить через турбіну, зменшити вдвічі?
10.Як можна використовувати мікроГЕС із генератором постійного струму для енергозабезпечення садибного будинку?
Література
1. Усаковський В.М. Відновлювальні джерела енергії. - М: Россільгоспвидав, 1986.
2. Животовський Б.А. Гідроелектростанції малої потужності. – М.: Вид-во українського університету дружби народів, 1995.
3. Довідник з електричних машин: У 2 Т./ Під загальною редакцією І.П. Копилова та В.К. Клокова. Т 1 - М.: Вища школа, 1988.
5. Правила влаштування електроустановок/ Міненерго СРСР. - 6-те вид., перероб. та дод. - Красноярськ: Червоний Яр, 1998.