Курсовая работа по дисциплине «Настройка и испытание судового электрооборудования»

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет (ЛЭТИ)

Кафедра ЭАС

Курсовая работа

по дисциплине

«Настройка и испытание судового электрооборудования»

Вариант: 15

Студент: М.

Группа: 7451

Преподаватель:

Санкт-Петербург

2002

Содержание

Введение

1. Исходные данные

5. Методика настройки генераторного агрегата методом активного эксперимента

6. Система уравнений математической модели объекта настройки

7. Блок-схема алгоритма

8. Программная реализация разработанного алгоритма

9. Результаты вычислений

Список литературы.

Введение

Ужесточение требований к качеству электроэнергии судовых электроэнергетических систем (СЭЭС) вызывает необходимость в решении задачи по определению значений параметров системы регулирования, обеспечивающих оптимальные показатели качества электроэнергии при соблюдении нормативных ограничений на них.

В качестве объекта настройки в курсовом расчете рассматривается математическая модель генераторного агрегата (ГА). Структурная схема ГА представлена на рис. 1. [1, стр. 6]

Рис. 1. Структурная схема ГА:ПД — первичный двигатель; СГ — синхронный генератор; АРН — автоматический регулятор напряжения СГ; МРС — механический регулятор частоты вращения ПД; КН — корректор напряжения; ЭМП — электромеханический преобразователь; ДАТ — датчик активного тока; СУН — сопротивление уставки напряжения для изменения ; — сопротивление нагрузки; — ток управления КН АРН; — положение регулирующего органа подачи топлива, определяющее момент вращения ПД; — составляющая от МРС; — составляющая от ЭМП.

Для решения задачи поиска оптимальных условий (показателей качества электроэнергии) используется метод Бокса-Уилсона. Этот метод позволяет получать статические математические модели процессов, используя факторное планирование, регрессионный анализ и движение по градиенту.

Реализация этого метода предполагает:

1. Выбор одного параметра оптимизации.

2. Задание определяющих факторов — изменяемые параметры системы регулирования.

3. Выбор экспериментальной области факторного пространства

4. Выбор модели; в нашем случае это линейная модель

,

где — коэффициенты полиномиальной модели.

5. Проведение эксперимента — серии опытов с целью получения коэффициентов полинома при одновременном варьировании по определенным правилам (планам) всех определяющих факторов.

6. Осуществление крутого восхождения (спуска) по поверхности отклика для определения значений параметров систем регулирования, обеспечивающих оптимальный показатель качества электроэнергии.

1. Исходные данные.

Исходными для данного варианта расчета являются следующие данные:

1) тип СГ и его основные параметры, используемые в математической модели, приведены в табл. 1;

2) в качестве первичного двигателя используется дизель, инерционная (механическая) постоянная времени генераторного агрегата ;

3) параметры автоматического регулятора частоты вращения (МРС) приведены в табл. 2;

4) параметры автоматического регулятора напряжения приведены в табл. 3;

5) в качестве параметра оптимизации в данном варианте принимается наибольшее отклонение частоты вращения , определяемое как разность между частотой вращения агрегата до включения нагрузки и ее минимальным значением в переходном режиме (см. рис. 3);

6) в качестве варьируемых параметров выбираются соответственно следующие пять параметров

- постоянная времени КН ,

- постоянная времени вязкого трения МРС ,

- постоянная времени катаракта МРС ,

- временная степень неравномерности ,

- коэффициент усиления регулятора ;

7) в качестве неизменяемых параметров выступают соответственно следующие четыре параметра

- коэффициент усиления канала напряжения ,

- коэффициент усиления канала тока ,

- коэффициент усиления КН ,

- постоянная времени ЭМП .

В соответствии с Правилами Регистра при набросе номинальной нагрузки на генераторном агрегате установлены следующие нормативные требования к качеству электроэнергии.

1. Для основных судовых генераторов переменного тока не должно превышать при изменении нагрузки с номинальным коэффициентом мощности.

2. Установившееся отклонение частоты (в процентах от номинальной) не должно превышать при изменении нагрузки ПД от 25 до 100%.

3. Наибольшее отклонение напряжения не должно превышать 15%.

4. Время полного восстановления напряжения — время с момента включения на генератор нагрузки до момента, когда напряжение полностью восстановилось до номинального значения с заданной точностью () не должно превышать 1.5 с.

5. Наибольшее отклонение частоты вращения не должно превышать 10%.

6. Время полного восстановления частоты вращения не должно превышать 5 с, при заданной точности .

Примечание: в табл. 2 и табл. 3 для варьируемых параметров заданы основной уровень и интервал варьирования, для неизменяемых параметров величина определяется только основным уровнем.

Параметры СГ. Табл. 1.

Тип СГ	, кВт	, В	, А	, мОм	, с	, с	, о. е.	, о. е.	, о. е.	, о. е.	, о. е.	, о. е.
МСК-113-4	300	400	542	7.95	2.04	0.005	1.6	0.2	0.122	0.83	0.141	0.052

Варьируемые и неизменяемые параметры. Табл. 2.

ОУ	1.1	1.3	24	0.1	0.33	0.2	0.4	60	0.06	1.7*10	1
ИВ	0.3	0.3	14	0.05	-	-	-	-	0.04	-	-

2. Результаты расчета.

На первом этапе расчетов, этапе реализации математической модели объекта и алгоритма определения оптимизируемого параметра, были получены графики рис. 2 — рис. 7.

Рис. 2.

Рис. 3.

Рис. 4.

Рис. 5.

Рис. 6.

Рис.7

При поиске оптимального значения показателя получили, что:

1) значения оптимизируемого параметра в пяти опытах представлены в табл. 3;

2) значения варьируемых параметров, обеспечивающих оптимальное значение отклонения напряжения, представлены в табл. 4;

3) максимальная погрешность полиномиальной модели в серии из пяти опытов составила

108.7%.

p=-0.0148+0.0001Ku+0.01Ki+0.001Kk-0.001Tk

Табл. 3.

Номер опыта	1	2	3	4	5
Значения параметра на математической модели	-0.016	0.0076	0.0652	0.1261	0.1719
Значения параметра на полиномиальной модели	-0.0149	-0.0149	-0.015	-0.015	-0.0151

Табл. 4.

Варьируемый параметр	Ku	Ki	Kk	Tk	Tэ
Абсолютное значение	1.04	1.24	23.46	0.1	0.06
Кодированные значения	-1	-0.871	-0.192	0.306	0.385

Рис. 8. Поиск оптимального значения отклонения напряжения при движении по градиенту.

Выводы.

В результате анализа данных, полученных при проведении активного эксперимента были получены выводы:

1.  Установившееся отклонение напряжения ΔUуст не превышает значений, установленных Правилами Регистра (менее 2,5%).

2.  Наибольшее отклонение напряжения (максимальный провал напряжения) ΔUm соответствует правилам регистра и не превышает 15%.

3.  Время полного восстановления напряжения tyu составляет менее 1,5 с

4.  Наибольшее отклонение частоты вращения ΔWm не превышает 10%, что также соответствует существующим нормам

5.  Время полного восстановления частоты вращения tyw составляет менее 5 с.

Исходя из этого можно считать, что исследуемая система соответствует Правилам Регистра.