计算功率（精选10篇）
计算功率 篇1
引言
螺旋出料机是转底炉主要设备之一, 用于将炉盘上的高温球团及时高效地排出。螺旋出料机传动电机功率大小的选取, 决定着螺旋出料机能否正常工作。螺旋出料机的工作原理类似于螺旋输送机, 但工况远比螺旋输送机复杂, 目前尚无成熟的公式对螺旋出料机传动电机功率进行计算, 本文结合工程实际, 对螺旋出料机传动机构功率作了分析研究, 并提出利用力矩-角加速度法进行计算, 给出了两个推荐计算公式。
1 功率分析及计算
螺旋出料机工作时的功率消耗, 由以下几个部分组成:
(1) 螺旋轴支承轴承处摩擦消耗的功率。
(2) 物料与螺旋叶片间摩擦消耗的功率。
(3) 炉底耐材与螺旋叶片间摩擦消耗的功率。
1.1 螺旋轴支承轴承处摩擦消耗的功率
螺旋轴旋转时, 支承轴承处与螺旋轴颈产生摩擦, 此摩擦消耗的功率为
式中N1为螺旋轴支承轴承处摩擦消耗的功率 (kW) ;m为螺旋轴转动部分重 (kg) ;g为重力加速度;ω1为螺旋轴支承轴承处摩擦阻力系数;r为支承轴承中圈半径 (m) ;n为螺旋轴转速 (r/min) 。
1.2 物料与螺旋叶片间摩擦消耗的功率
螺旋出料机出料的过程, 类似于被夹持着的螺母在旋转的螺杆上作平移运动。但散落物料毕竟不是刚体, 物料间存在着相对运动, 即存在摩擦、搅拌与翻滚, 必然消耗部分功率。此功率主要体现在两个方面:一是由于物料颗粒处在不同螺旋线上, 单个颗粒运动情况不一样, 而且颗粒间还相互制约;二是物料在螺旋轴的作用下其运动轨迹可视为不连续的螺旋线, 这是由于在出料过程中物料沿螺旋轴轴向移动时, 处于物料表面颗粒要不断的倒塌或沿物料表面下滑, 使得消耗的功率增大。消耗的此部分功率为
式中N2为物料与螺旋叶片间摩擦消耗的功率 (kW) ;Q为出料量 (kg/min) ;g为重力加速度;ω2为物料与螺旋叶片间摩擦阻力系数;R为螺旋叶片外圆半径 (m) ;n为螺旋轴转速 (r/min) 。
1.3 炉底耐材与螺旋叶片间摩擦消耗的功率
螺旋出料机工作时, 螺旋叶片与炉底耐材之间存在摩擦, 螺旋出料机工作时克服此摩擦所消耗功率为:
式中N3为炉底耐材与螺旋叶片间摩擦消耗的功率 (kW) ;m为螺旋轴质量 (kg) ;g为重力加速度;ω3为炉底耐材与螺旋叶片间摩擦阻力系数;R为螺旋叶片外圆半径 (m) ;n为螺旋轴转速 (r/min) 。
综上所述, 螺旋出料机所需功率为:
2 利用力矩-角加速度方法计算螺旋出料机驱动电机功率
驱动螺旋轴旋转需要的力矩分两部分, 一部分是克服螺旋轴旋转时产生的摩擦阻力矩需要的力矩, 另一部分是克服螺旋轴旋转时产生的惯性阻力矩需要的力矩, 下面分别对这两部分力矩进行计算。
2.1 螺旋轴支承装置摩擦阻力矩
螺旋轴支承装置摩擦阻力矩为
式中m为螺旋轴重量 (kg) ;ω为阻止螺旋轴旋转的综合阻力系数;g为重力加速度;D为螺旋叶片直径。
2.2 惯性阻力矩
螺旋轴旋转时产生的惯性阻力矩为
式中Mg为惯性阻力矩 (N·m) ;J为螺旋轴转动惯量 (kg·m2) ;α为螺旋轴转动角加速度 (rad/s2) 。
将螺旋轴简化为一直径为D的圆柱体, 则螺旋轴转动惯量
式中m为螺旋轴转动部分质量 (kg) ;D为螺旋叶片直径 (m) 。
螺旋轴转动角加速度
式中π为圆周率;n为螺旋轴转速 (r/min) ;t为电机启动时, 螺旋轴转速从0到最大转速的时间。
螺旋轴旋转时产生的惯性阻力矩
综上所述, 螺旋出料机传动电机功率为
3 实例计算
某钢铁厂年产20万t转底炉螺旋出料机基本参数:螺旋叶片半径R=0.5m, 支撑轴承中圈半径r=0.2m, 螺旋轴质量m=10 000kg, 螺旋轴转速n=18r/min, 处理量Q=340kg/min, 转底炉炉盘有效宽度L=5m, 螺旋轴转速从0到最大转速的时间t=3s, 螺旋轴支承轴承处摩擦阻力系数ω1=0.05, 物料与螺旋叶片间摩擦阻力系数ω2=0.5, 炉底耐材与螺旋叶片间摩擦阻力系数ω3=0.09, 阻止螺旋轴旋转的综合阻力系数ω=0.37, 功率储备系数K=2, 机械传动效率η=0.7。
(1) 按推荐公式 (10) 计算
(2) 按推荐公式 (10) 计算
4 结束语
根据上述推荐公式 (5) 与 (10) 计算的结果, 与目前转底炉螺旋出料机及其他类似装置的实际功率调研结果进行了比对, 结果相差无几, 验证了推荐公式的正确性。
参考文献
[1]本田早苗, 荒井实.装卸机械设计[M].西南交通大学机械系译.北京:中国铁道出版社, 1982.
[2]蒋琼珠主编.连续运输机械[M].北京:人民交通出版社, 1986.
[3]梁庚煌主编.运输机械手册[M].第二册.北京:化学工业出版社, 1983.
计算功率 篇2
（1）拉力做功的功率；
（2）该滑轮组的机械效率．
2．（2014•天水）装卸工人用如图所示的滑轮组匀速提升质量为80kg的货物，所用的拉力F为500N，绳子自由端在50s内被匀速拉下4m（g=10N/kg），求：（1）拉力F的功率；
（2）此滑轮组的机械效率．
3．（2013•资阳）随着人们生活水平的提高，不少居民小区都配备了健身房．小明每个周末回家都会到健身房锻炼，如图所示是小明最喜爱的用于锻炼臂力的健身拉力器结构示意图．如果小明每次向下拉动拉杆时，拉力为F=250N，在0.4s内使质量为m=20kg的配重块匀速升高到h=40cm后放手让其自由落下．不计拉杆和绳的重力，g取10N/kg．求：（1）小明拉动拉力器的功率P；
（2）小明拉动拉力器过程中克服摩擦所做的功；（3）在小明锻炼过程中拉力器的机械效率η．
4．（2012•凉山州）工人师傅用如图所示的滑轮组，在10s内把900N的货物匀速提高2m，在此过程中，拉力所做的功是2400J．求：
（1）拉力F移动的距离．
（2）工人师傅所做有用功的功率．（3）滑轮组的机械效率．
5．（2012•西城区）工人师傅用如图所示的滑轮组，提升重360N的物体A，使物体A以0.1m/s的速度匀速上升．此时滑轮组的机械效率为75%．（不计绳重和轴摩擦）求：
（1）绳子自由端拉力FA的功率．
（2）用此滑轮组提升重480N的物体B匀速上升时，此滑轮组的机械效率．
6．（2012•葫芦岛）如图所示，小明用4N的拉力，5s内将重为20N的物体A在水平桌面上匀速移动了0.5m．已知物体A在桌面上运动时受到的摩擦阻力f是物重G的0.3倍．求：
（1）拉力F的功率．
（2）滑轮组的机械效率．
（3）若克服摩擦及绳重所做的额外功为0.5J，动滑轮重多少牛？
7．（2012•柳州）建筑工地上，水泥板质量为0.9t，起重机在10s内把它匀速提升4m的高度，若起重机的电动机所做的功为5.0×10J．取g=10N/kg．求：（1）起重机的电动机的功率；
（2）起重机的机械效率．
8．（2011•昭通）用如图所示的滑轮组匀速提升重为1200N的物体G，物体在10s内上升了1m，滑轮组的机械效率为80%．若不考虑绳重和摩擦，求：（1）拉力的功率；
（2）用两种不同的方法求出动滑轮的重力．
9．（2010•威海）一建筑工人，使用了如图所示的装置将建筑材料提上高处，已知建筑材料的质量为80kg，人对绳的拉力为500N，重物在拉力的作用下1min匀速上升了6m，绳重和摩擦不计．（取g=10N/kg）求：
（1）人在1min内做功的功率．
（2）滑轮组的机械效率．
10．（2011•南充）如图所示，某建筑工地用电动机和滑轮组把建筑材料从地面提升到工作平台上．已知建筑材料的质量m=360kg，用t=20s的时间把建筑材料匀逮提升了h=4m，滑轮组的机械效率为90%，g取10N/Kg．求这段时间内
（1）建筑材料上升的速度V；
（2）电动机对绳子的拉力F；（3）电动机拉绳子的功率P．
类型二：机车行驶 11．（2013•宜昌）“五一”假期，小明一家驱车外出旅游．当汽车以108km/h的速度在高速公路上匀速直线行驶时，汽车受到的阻力是整车重的0.08倍，效率为4O%．已知汽车整车质
7量为1375kg，油箱容积为50L．（汽油热值q=3.3×10J/L，g=10N/kg）（1）这时汽车牵引力做功的功率是多少？
（2）该车加一满箱汽油，按照以上速度最多可以匀速直线行驶多远的路程？
12．（2013•济宁）为了保障学生人身安全，目前已有一大批校车投入使用，如图为实验中学
2专用校车，其总质量为6.4t，每个轮子跟地面的接触面积为400cm这辆校车在某段平直公
3路上匀速行驶8km用时10min，消耗柴油2L，受到的阻力是1.8×10N，（柴油热值7333.3×10J/Kg，柴油的密度0.85×10Kg/m，取g=10N/Kg）求：
（1）这段路程内发动机做功的功率．
（2）这段路程内消耗的柴油完全燃烧放出的热量；（3）校车对地面的压强．
413．（2011•张掖）一辆质量为4t的载重汽车，在平直的公路上以90km/h的速度匀速行驶，汽车受到的阻力为车重的0.069倍．（g=10N/kg）求：（1）汽车匀速行驶的功率
（2）若汽车发动机的效率为30%，它匀速行驶100km消耗多少千克汽油？（汽油的热值为74.6×10J/kg）
2（3）汽车有四个轮子，每个轮子与地面的接触面积约为250cm，汽车对地面的压强多大？
14．（2011•泸州）某以汽油为燃料的观光汽车沿该盘山公路（盘山公路近似处理为斜面）以36Km/h的速度匀速行驶，经过15min从山脚到达山顶；汽车上山时沿路面获得的牵引力恒为9.2×10N．该汽车的效率为30%，汽油热值q=4.6×10J/Kg，求：
（1）汽车上山时牵引力的功率为多大？
（2）汽车从山脚到山顶消耗了多少千克的汽油？
15．（2008•昆明）某驾驶员为了粗略测定汽车上货物的质量，采用了这样的办法：让一辆汽车以不变的输出功率P沿一段平直公路匀速行驶，从速度表上读出此时汽车的速度为v．如果汽车运动时受到的阻力与整车重力成正比，比例系数为k，已知汽车自身的质量为M，车上货物的质量设为m．（1）求货物的质量m；
（2）如果减少货物质量，使整辆车的质量变为原来整辆车质量的，而汽车的输出功率仍
37为P，汽车原来沿一段平直公路匀速行驶需要10min．那么，减少质量后，汽车匀速经过同一路段需要多少时间？
16．（2013•重庆）电动车以其轻便、实用、环保的优点，深受人们的喜爱．已知一辆电动车
6的质量为40kg，速度最大可达36km/h．该电动车每次充电，能储存电能3×10 J，其中有72%的电能可以转化为机械能．假设该电动车一直行驶在平直路面上，当它以最大速度匀速行驶时，受到的阻力为30N．
（1）该电动车以最大速度匀速行驶时，电动车牵引力的功率为多大？
（2）该电动车充一次电，以最大速度匀速行驶，最多可连续行驶多长时间？
17．（2013•德州）如图所示，是世界首款“水陆两栖”的敞篷概念车SQuba．在陆地上SQuba最高时速可达126千米/时，它还能够潜入10米深的水下，在水下的最高时速为3千米/时．SQuba车身轻巧，仅有900千克，潜入水下时，乘客利用车身携带的压缩空气装置，可以正常呼吸（ρ水=1.0×10kg/m，g取10N/kg）．求：（1）SQuba受到的重力；
（2）当汽车底部位于水下10米深处时，水对汽车底部的压强；
（3）当汽车在陆地上SQuba最高速度匀速行驶时，所受阻力为车重的0.2倍，则10分钟内汽车牵引力所做功的功率．
3类型三：特殊类 18．（2011•大庆）水平地面上有一个质量为70kg的箱子．小刚用70N的水平推力使它在3s内匀速前进了3.6m．此后小刚停止推箱子．箱子又经过1.2s向前滑动了72cm停下来.（1）箱子与水平地面问的滑动摩擦力是多大？
（2）小刚对箱子做了多少功？（3）在箱子运动的整个过程中，小刚做功的功率是多少？
19．（2011•漳州）为了控制用地面积，充分利用建筑空间，新型车库采用多层停车，每层高约2.5m．若升降机在30s内，把1200kg小车从一层升上二层停车位．求：
（1）小车受到的重力；（2）升降机对小车做的功；
（3）升降机对小车做功的功率．
20．（2013•德阳）现有重800N的木箱A，小李同学想把它搬到高为6m、长为10m的斜面上，如图所示，他站在斜面上，沿斜面向上用600N的拉力使木箱A以0.2m/s的速度匀速从斜面底端到达斜面顶端．求：
（1）小李同学拉木箱的功率是多大？
（2）该斜面的机械效率是多少？（3）木箱A在斜面上匀速运动时受到的摩擦力是多大？
21．（2013•泸州）如图所示是一艘海事打捞船正在打捞一沉入海底的物体，乙图是钢绳将物体竖直向上匀速提起的简化示意图，物体从海底被提升到离开海面一定距离的整个过程中速度均保持不变，从提升物体开始经过时间120s后物体刚好全部出水，已知物体的体积V=2m，密度ρ=3×10kg/m，已知物体浸没在水中的上升过程中，钢绳提升物体的功率
33P=40KW，（忽略水的阻力和钢绳重量，海水的密度取ρ水=1.0×10kg/m，g取10N/kg）求：（1）物体浸没在水中的上升过程中，钢绳提升物体的拉力；（2）物体全部离开水面后的上升过程中，钢绳提升物体的功率；（3）打捞处海水对海底的压强．
22．（2011•包头）在南极科学考察中使用的海洋破冰船，其发动机额定功率为1.2×10kW，3航行于海面上时，它的排水体积为1800m．破冰船针对不同的冰层采用不同的破冰方法，其中一种方法是：接触冰面前，船全速航行，船体大部分冲上冰面，就可以把冰压碎．已知33ρ海水=1.0×10kg/m．g取10N/kg．求：
（1）若破冰船的牵引力用F表示，速度用V表示，发动机的功率用P表示，请你导出F、V和P之间关系式：P=F•V．
（2）若破冰船以额定功率在海面上以30km/h的速度匀速前进了20km，破冰船受到的阻力和破冰船所做的功各是多少？
（3）在一次破冰行动中，当船冲上冰面后，船的排水体积变为原来的，船与冰面的接触面积为6m，此时破冰船对冰层的压强是多少？ 2
计算功率 篇3
关键词回转驱动；回转阻力；回转电机驱动功率
中图分类号TH文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)081-0204-02
回转机构是由回转支承装置和回转驱动装置两部分组成，对于斗轮堆取料机而言，由于回转大轴承相对于其它回转支承方式的优点是，有效的降低设备重心，增大设备的抗倾翻能力，所以得到广泛的应用。常规的回转驱动装置的传动方案有三种，第一种方案：立式电机+立式圆柱齿轮减速器；第二种方案：卧式电机+涡轮减速器；第三种方案：立式或卧式电机+安全连轴器+立式行星减速器+小齿轮外啮合，由于行星减速器传动比大，结构紧凑，是回转驱动装置较理想的传动方案，斗轮堆取料机也采用此种传动方式。现就针对第三种方案提出设计方案和计算方法。
1回转驱动装置结构简介
回转驱动布置在设备的有相对回转运动的两个部件间，一般以回转支承分界，上部是回转部件，下部是不动的基础部件。回转支承将两个相对回转部件固定，同时将整个回转支承上部的所有载荷（垂直载荷、水平载荷、弯矩、扭矩等）传递到下部的基础上。回转支承内侧或外侧为齿圈结构。回转驱动固定在回转支承上部的平台（构件）上。通过小齿轮与齿圈的啮合，达到回转的目的（见图1）。
图1堆取料机回转驱动主要布置形式
2以斗轮堆取料机回转驱动为例
原始参数：回转机构支承132.50.3550，03，模数m=22，齿数Z1=176，变位系数X1=+0.5，驱动装置由卧式电动机+安全连轴器+制动器+行星减速器+小齿轮，6级电机。回转部件总质量Gi=回转轴承承载轴向力Fa=2028400N，径向力Fr=50760N斗轮挖掘力F挖=14448N，滚道平均直径D=3550mm，重心相对回转中心最大偏移量（非工作）Li=1.5m。
2.1电机功率选择
1）臂式斗轮堆取料机的回转阻力矩主要有摩擦阻力距T摩、坡道阻力矩T坡、风阻力矩T风、启动惯性力矩T惯（带物料）或侧向切削力矩
T切。通常侧向切削力矩T切>启动惯性力矩T惯（带物料），所以计算电机功率时不考虑启动惯性力矩T惯。
2）摩擦阻力距T摩：
T摩=
ω—回转阻力系数，对于滚球式轴承ω=0.01；对于滚柱式ω=0.012；
D—滚道平均直径，D=3.550m；
∑N—全部滚柱所受的总压力。∑N=Fa/sinγ+4Fr/πcosγ ，γ取90°；
∑N=2028400N。
T摩=1/2×0.012×3.55×2028400=43204.92N·m。
3）坡道阻力矩T坡：
T坡=∑Ni=1Gi·Lisinθ·sinφ
Gi—回转个部件质量重力， Gi=2028400N；
Li—各部件重心至回转中心线距离，Li=1.5m；
θ—坡道角度。sinα≈tanα=1/500=0.0019≈0.002；
φ—起重机回转角度，当φ=90°或270°坡度阻力最大。
T坡=2028400×1.5×0.002×1= 6054N·m。
4）风阻力矩T风，见表1。
①最大风阻力矩：
T风max=∑Ai×Ci×q×l
Ai—回转各部分构件迎风面积；
Ci—回转各部分构件风力系数；
q—工作风压，q=250N/m2；
l—风力作用中心至回转中心的距离（力臂）。
T风max=∑Ai×Ci×q×l=227.7×250×7.013=399215N·m
②等效风阻力矩：
T风=0.7·T风max=0.7×399215=279451N·m
5）启动惯性力矩T惯（带物料）:
T惯=N·m
式中：J—回转各构件对回转中心线的转动惯量，J=38,291,420.2 kg·m2。主要部件有斗轮机构、配重、司机室、上部金属结构、胶带机、转台。各部件惯性力矩不是本文重点计算省略。
n—起动时回转速度，n=0.828r/min；
t—起动时间，t=4s。
6）侧向切削力矩：
T侧=0.3×1444.8×35=151704N·m>T惯=82911.34N·m。计算时取T侧。
回转阻力距：
T回=T摩+T坡+T风+T侧（或T惯）
=43204.92N·m+6054N·m+279451N·m+151704N·m
=480,413.92 N·m≈50tm
电机功率计算：
①电动机等效功率：
kW。
式中：n—回转速度，n=0.0828r/min；
η—传动功率，行星减速器加齿轮η=0.85（齿轮效率0.93，行星减速器效率0.90）。
②验算电机过载能力：
Pn—基准接电持续率的电动机额定功率（kW）。在回转速度为
0.0828r/min时电动机功率（注：以下
参数按已知数据：回转电机YZP160M-6，额定转速n=970r/min； 大轴承齿数Z1=176，小齿轮轮齿数Z2=19；减速器速比i=887.3，机构传动比i=8219.2）。
Pn—基准接电持续率的电机额定功率（kW）；
H —系数 按电压有损失，H=1.6；
nm—电机额定转速（r/min），nm=970r/min；
λm—基准接电持续率时，电动机转矩允许过载倍数，λm=2.2；
i—机构传动比，i =8219.2；
η—机械效率，η=0.85。
=
=6.35kW
Pn=8.13kW≥6.35kW
Pn=15kW满足要求。
电机功率计算完毕只是整个传动链的最初计算。接下来需要根据轴功率或电机功率进行整个传动链的各个环节的计算，如减速器的选用、安全连轴器的传递扭矩、制动器的选用，轴和小齿轮的设计等等。由于轴和齿轮的计算有一整套的公式，减速器的选用这里不再说明，下面主要提出计算中经常忽略的几个问题。
2.2安全联轴器及制动器的计算
已知：电机YZP160M-6，功率15kW，n=970r/min。
试取制动轮直径315mm，安全联轴器质量约60kg。
1）安全联轴器额定扭矩的计算：
联轴器对旋转轴线的总飞轮矩，GD2=k×m×g×De2
GD2=k×m×g×De2
=0.45×60×9.81×0.3152
=26.28Nm2
Tc-联轴器最大传递摩擦力矩（N·m）；
Tmax-电动机最大的力矩（N·m），Tmax=143 N·m；
Jm-电动机转子、制动轮、联轴器的转动惯量（kg·m2）；
YZP160L-6电动机转子转动惯量：Jm=0.1775 kg·m2；
ic、ηc-电动机轴到联轴器轴的传动比和传动效率。
=1.1×（321.75-28.68）
=322.4 N·m
安全联轴器需传递的力矩322.4N·m。
2）安全联轴器额定打滑扭矩的计算：
电机属于成本最低且最易于更换的，回转减速器成本较高，所以安全连轴器用来保护减速器，这样安全连轴器最大扭矩应从减速器所能输出的最大扭矩计算。
查取某厂家行星减速器样本速比i=887.3的减速器额定输出扭矩179kN·m。
Td—安全联轴器的打滑扭矩；
T2—减速器的过载扭矩，T2=179kN·m；
i—机构传动比，i =887.3；
η—机械效率，η=0.93。
N·m
安全联轴器设定的打滑扭矩216.9N·m。
制动器的选择：
，Tmax-电动机最大转距。
YZP160L-6額定转矩143N·m。最大转矩3.1×143=443.3N·m。
所以应选用YWZ5-315/30，参数：制动力矩250-400N·m。
3结束语
根据以上分析，说明回转驱动设计受到各方面限制。在整个传动链中，电机属于成本最低且最易于更换的，回转减速器成本较高，回转支承不仅成本高，而且基本属于无法更换部件。回转小齿轮虽然成本低，但其制造精度、硬度都要比回转支承上的齿圈高出许多，不易损坏。所以如果保证整个传动环节出现故障后将维修成本降到最低，建议将电机作为最薄弱环节处理，或者在电机减速器间增加薄弱环节，即设置安全联轴器。
参考文献
[1]濮良贵,纪名刚.主编.机械设计学习指南(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2001.
[2]起重机设计手册编写组编.起重机设计手册[M].北京:机械工业出版社,1980.
[3]成大先 主编.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,1994.
[4]文斌 主编.联轴器设计选用手册[M].北京:机械工业出版社,2009.
棒材步进式冷床驱动功率的计算 篇4
棒材步进冷床主要是由一组固定床面a和一组移动床面b组成, 整个移动床面组支撑在一组偏心轮c上, 与偏心轮同时安装在驱动轴上的还有一组配重d, 简图如图1所示。该项目冷床在长度方向上由9个冷床单元组成, 每个冷床单元的长度为6 m, 所以总冷床长度为54 m。
该冷床的驱动形式为电机带动涡轮蜗杆减速机, 减速机输出轴上安装有一系列偏心轮。电机为启停式, 额定转速N=975r/min, 减速机速比i=35, 偏心轮每次动作为一圈, 带动移动床面动作一次, 实现棒料的一次步进。电机要求在动作周期的0~70°区间内完成加速启动, 在70°~290°区间内作匀速转动, 在290°~360°区间完成减速停止。冷床的床面升降可简化为如图2所示的曲柄机构, 活动床面和负载围绕圆心O做回转运动, 回转半径即为偏心轮的偏心距。下面分别计算各个步骤需要的扭矩。
1 启动和制动力矩
式中, J为活动床面及驱动装置的转动惯量 (kg·m2) , 由机械设备可得J=910.52 kg·m2;a为活动床面的角加速度 (1/s2) , 可由加速时间t获得。
将a值代入式 (1) , 可得T1≈1 328.1 N·m。
在0°~70°范围内, T1=1 328.1 N·m;在70°~290°范围内, T1=0;在290°~360°范围内, T1=-1 328.1 N·m。
2 空载时活动床面平衡力矩
力矩简图如图3所示, m1为活动床面的设备总重量 (kg) , 由机械设备计算得24 188 kg;m2为配重的重量 (kg) , 由机械设备计算得5 796 kg;r为偏心轮的偏心距 (mm) , r=40 mm;R为配重的重心距离 (mm) , 由机械设备得R=182.55 mm。
根据力矩平衡, 可得:
将各典型位置点代入式 (2) , 平衡力矩的计算结果如表1所示。
3 重载时活动床面平衡力矩
在0°~90°范围内, 为空载运行, T3=0。
在90°~270°范围内, 为重载运行:
T3=m3L1=m3rsina
式中, m3为各个产品规格的床面总负载重量。
在270°~360°范围内, 为空载运行, T3=0。
详细结果如表2所示。
4 总力矩
将T1、T2和T3的结果代入式 (3) , 详细结果如表3所示。
由表3可见, 当最大规格为准40时, 所需要的总负载扭矩为最大。扭矩曲线如图4所示, 并可由下式得出电机的计算输出扭矩:
式中, η为减速机的传动效率, 取η=0.85。
式中, f为电机的安全系数, 取1.5。
实际选择电机P=45 k W, N=975 r/min。
5 结语
根据生产现场的反馈, 由于不同季节环境温度会有差异, 该项目的实际最大电机功率为30~32 k W, 与设计计算的最大功率接近, 所选电机可完全满足需要。该计算和分析方法同样适用于其他设备, 因而具有很好的借鉴意义。
摘要：针对中小型棒材车间冷床电机功率的计算和选择, 结合实际项目进行了总结, 并提供了计算方法。
关键词：冷床,驱动,力矩
参考文献
小功率电弧喷射发动机的数值计算 篇5
小功率电弧喷射发动机的数值计算
为详细了解电弧喷射发动机内部工作过程和相关工作参数对其性能的影响,参照实验用发动机的.工作参数建立了模型,数值模拟了电弧喷射发动机工作通道内流场和电磁场.利用NND格式求解耦合电磁源项N-S方程,Gauss-Seidel迭代加超松弛方法求解椭圆型电磁场方程,计算得到的发动机工作通道内流场、电磁场结构,与实验数据进行了对比.结果表明,对同一结构尺寸的发动机,随推进剂流量变化,发动机性能存在最佳值;在一定流量范围内,实验数据和计算结果相符.
作 者：汤海滨 刘宇 张正科 作者单位：北京航空航天大学,宇航学院,北京,100083 刊 名：推进技术 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF PROPULSION TECHNOLOGY 年，卷(期)： 23(5) 分类号：V439 关键词：电弧喷射发动机 等离子体射流 流动分布 数值仿真加固计算机的高功率微波防护 篇6
高功率微波武器是将强大的微波汇聚在窄波束内,可用于攻击军事卫星、洲际弹道导弹、巡航导弹、飞机、舰艇、坦克、指控系统以及空中、地(海)面上的雷达、通信和计算机设备,尤其是指挥通信枢纽、作战联络网等重要的信息战节点和部位,使目标电子系统内的关键电子元器件暂时扰乱或永久失效。武器系统越来越依赖于电子设备及其所处的电磁环境,而作为武器核心的计算机系统抗高能微波的能力非常薄弱。如不加防护,则不堪一击。因此,研究高能微波环境下计算机系统的生存能力,进而探索计算机系统抗高能微波加固措施对未来战争中复杂的电磁环境下掌握战场主动权有着十分重要的意义。在研究高功率微波破坏机理的基础上,从电源滤波器设计、抗高功率微波主板设计和信号接口防护方面介绍了加固计算机的高功率微波防护措施。
1 国内研究现状
为了跟踪国际上新军事变革的发展趋势,从20世纪90年代初开始,涉足定向能武器研究领域,对于高功率微波弹等非核“新概念武器”的研究投入了较大人力、物力并取得了长足发展。
但是,目前国内对现有加固计算机系统的高功率微波敏感度和易受攻击部位缺乏全面了解,相应防护部件的研究也仅处于起步阶段。大多数高新武器装备无抗毁能力要求,一些引进的武器系统,在仿制时去掉了防护功能,对作为武器核心的计算机系统特别是加固计算机的定向能武器防护研究仍未展开,需求部门未提指标,设计、生产、验收无考核试验标准,试验条件还不健全。系统级相应防护部件的研究也仅处于起步阶段。
2 HPM破坏机理
高功率微波(HPM)是一种波长在1 mm～1 m的高频电磁波。微波波束可用特殊的高增益天线聚成方向性极强、能量极高的窄波束,在空中以光速沿直线传播。微波武器可在远距离上对光电设备进行干扰,在近距离上杀伤有生力量,引爆各种弹药或直接摧毁目标[1]。HPM 源的基本组成如图1所示。
HPM是一种具备软、硬多种杀伤效应的定向能武器。其性能特点包括:
① 覆盖频谱范围宽,既可作为窄带高功率微波定向能武器,又可作为宽带高功率微波定向能武器;
② 发射波束宽、功率大,能用高强度的辐射场覆盖被攻击的目标,可同时杀伤多个目标;
③ 具有全天候作战的能力;
④ 瞄准精度要求不高;
⑤ 无需对敌方系统准确了解,通过损坏或毁坏电子电路、部件和子系统给敌方产生持续的影响;即使敌方系统关闭,HPMW 也可以造成影响和毁坏;
⑥ 微波效应完全看不见(仅使电路控制系统失效、中损坏),微波源也可做得很小,便于隐蔽使用;
⑦ 要防卫HPMW的攻击,敌方必须加固整个系统,而不是单个部件或电路。
高功率微波脉冲对系统及器件的破坏机制主要有以下几种:
① 高压击穿。电磁能接收后转化成高电压或大电流,由此引起结点、部件或回路间击穿。
② 器件烧毁。包括半导体器件的结烧蚀、连线熔断等。
③ 微波加温。微波可使金属、含水介质加温,使器件不能正常工作。
④ 电涌冲击。脉冲高电压、大电流进入系统、设备,电路像电涌一样烧毁器件、电路。
⑤ 瞬间干扰。当进入的功率较低,导致电路出现干扰,不能正常工作。
高功率微波脉冲对电子及电气设备的破坏过程可以分为渗透、传输和破坏3个阶段。
高功率微波能量能够通过“前门耦合”和“后门耦合”进入电子系统。前门耦合是指能量通过天线进入包含有发射机或者接收机的系统;后门耦合是指能量通过机壳的缝隙或者小孔泄漏到系统中[2]。高功率微波能量的耦合类型主要有3种形式:① 电感应式,即由金属导体长度方向的电场分量感应的电流;② 磁感应式,即由导体构成的环平面垂直的磁场成分感应的电流;③ 电阻耦合,即当导体进入电离了的空气、盐水、大地之类的导电性质的媒质时产生的。当导体的最大尺寸与辐射波长可以相比拟时,此时耦合的效率最高。
然而就高功率微波能量的耦合途径而言,主要有5种:① 天线耦合;② 传输电缆耦合;③ 孔洞或缝隙耦合;④ 电源线耦合;⑤ 回路电磁场耦合。
不同功率密度HPM对电子系统的破坏效应见表 1所示。
3 HPM防护措施
对于加固计算机而言,HPM(含UWB超宽带)防护的重点在于抑制后门耦合。① 整机必须做到完备的电磁屏蔽,这样HPM将无法以辐照的方式直接作用到计算机内对HPM敏感的半导体器件上;② 对计算机与外界连接的各个电端口进行有效的滤波和限幅,使耦合到电缆上的HPM能量在完全进入计算机内前衰减到一个较低的程度;③ 对计算机内部的电路板进行抗电磁干扰设计,使计算机不受干扰的影响。具体解决途径主要包括:电源滤波器的设计、抗高功率微波主板的设计、信号接口的防护以及机箱的屏蔽加固。
3.1 超宽带电源滤波器的研制
HPM和UWB作用在自由空间线缆上可感应出几百V甚至于数十kV的脉冲电压[3]。电源输入端的防护对于加固计算机而言是一个切实需要解决的问题。传统加固计算机的电源滤波设计仅针对GJB151A中的要求进行,时域上响应速度过慢,频域上则仅有数十兆的阻带范围。超宽带电源滤波器的设计思想是:在允用体积和重量范围内,通过使用不同材料、根据不同原理,制备不同频段的滤波器级联来达到尽可能覆盖各频段的目的。抗HPM滤波器设计分为3级:第1级,同轴线微波滤波器;第2级,浪涌及EFT保护级,采取能量吸收方式;第3级,普通军用交、直流滤波器。含有差模电感和共模电感的多级滤波器用过负载能力强的差模电感,改善滤波器低端的插入损耗;在滤波器的各级之间选用高压大电流穿芯电容,使输入、输出端之间的电磁耦合降到最小。
3.2 抗高功率微波主板的设计
计算机的电气功能部件大都集中在主板上,设备的电磁兼容性能力也主要取决于主板对外电磁辐射和抗电磁干扰能力。由于主板上包含多种核心电路,且电气密度很高,导致主板内、外各种电路存在不同程度的相互之间干扰和电磁辐射,而基本上在主板PCB布线完成时,主板的对外电磁辐射和抗扰特性就已经确定。在元器件选型与布局、主板电路原理设计和主板PCB布线等阶段进行信号完整性设计的基础上,根据实际情况运用阻抗匹配、终端匹配、去耦、接地、滤波和屏蔽等技术,并结合电磁分析软件,建立主板辐射效应模型,进行主板的辐射发射仿真分析,尽可能的减小主板电磁辐射,提高主板抗干扰能力。
在主板设计时主要通过以下手段实现设备的电磁兼容:
① 主板布局时,对地层进行合理分配,避免层与层之间的干扰,降低地层的电压纹波,同时减小高频元器件的回路面积;
② 封装的形式会影响元器件的辐射特性,封装工艺好的元器件能够有效地避免噪声辐射,因此在主板设计时需要选择封装屏蔽好的元器件;
③ 主板布线时,应对高频器件走线加入屏蔽层处理,避免天线噪声辐射,抑制共模信号干扰;
④ 部分接口信号采用光耦隔离,避免电磁干扰经导线耦合出去,对于没有进行隔离处理的输出接口加载磁环进行屏蔽,防止天线效应;
⑤ 放置元器件时,避免将辐射较强的元器件与易受干扰的元器件相邻放置,同时对有较大辐射的元器件进行屏蔽隔离处理。
⑥ 对外接口信号的处理:在满足阻抗要求的前提下,微带线采用宽线设计,同时减少表层及底层的介质层厚[4]。
3.3 信号接口的保护
对外接口信号的光纤传输是一种应对外部电磁干扰效果极佳且彻底的防护手段。将计算机常用的对外通信接口VGA、USB、网口、串口和PS/2等全部转换为光纤传输,并配合相应的光接口外设,构建全光通信的局域计算机系统,这是加固计算机解决设备通信与HPM防护之间矛盾的重要解决途径。信号的电光和光电转换主要涉及以下理论和技术:编码转换理论、加扰技术、并串转换技术、电平转换技术和信号驱动和均衡技术。编码转换的作用是通过实现4B/5B、8B/10B等编码转换,消除弱码,有助于直流平衡;加扰技术使能量谱均匀分布、避免在某一频段出现能量峰值,减少铜介质传输的电磁辐射;并串转换技术把并行码字转换为高速串行码流;电平转换实现不同逻辑接口的匹配;信号驱动则对传输信号的能量进行放大,并根据物理介质的要求进行码型调整;均衡技术是对信道损失进行补偿并滤除噪声[5]。
3.4 设备机箱的屏蔽加固
屏蔽是抑制电磁波的有效手段,设备机箱采用具有高电导率、高磁导率材料制成连续屏蔽体,做到完备的屏蔽,避免出现孔缝泄漏和机体搭接不良的情况,这是防止HPM穿透的有效方法。整机屏蔽主要是通过金属机箱材料选择、机箱密封结构设计、缝隙孔洞处理、线缆互连设计和加工工艺等途径解决[6]。对于通风管道、对外接口等必须的缝隙孔洞主要是采用金属网、镀金属薄膜、夹金属网玻璃或波导结构以及旁路电容进行防护。
4 试验情况
微波辐照实验系统组成如图2所示。图2中的效应物为抗高功率微波加固后的加固计算机;效应物所处位置的微波场强/功率密度在试验前由微波接收天线、微波电缆、衰减器、检波器和示波器组成的功率测量系统标定;试验时接收天线放在效应物附近,功率测量系统监测微波源是否正常输出。试验中将记录不同微波参数条件下的计算机的效应现象。
分别以L波段(1.31 GHz)、S波段(2.1 GHz)、C波段(5.308 GHz)及UWB源对加固计算机进行效应测试。试验结果表明,加固计算机可承受102 W/cm2量级的窄带波段连续波脉冲,可承受的UWB辐照场强值达到92 kV/m。图3为UWB辐照试验现场照片。
5 结束语
在信息战条件下,军事电子装备如果没有对HPM武器防护的能力和措施,会带来极严重的后果。提出的计算机高功率微波防护措施经试验证明能有效地抵御高功率微波的攻击,这为武器系统的防护提供了有力的保障。
摘要：高功率微波武器(HPMW)由于波束宽,作用距离远,破坏性强,无需精密跟踪瞄准,所以HPM防护研究是一个既难又必要的课题。在研究高功率微波的性能特点、破坏过程以及破坏效应的基础上,从电源滤波、主板PCB设计、信号传输以及机箱屏蔽等方面给出了针对于加固计算机高功率微波防护的具体措施,并研制了试验样机。在样机的基础上针对性地进行了高功率微波辐照试验,并给出了样机的试验结果。
关键词：HPM,抗高功率微波主板,电源滤波器,屏蔽
参考文献
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[3]陈海林,陈彬.电磁脉冲作用下自由空间线缆的感应开路电压[J].强激光与粒子束,2006(1):93-96.
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[5]武斌,夏宇闻.数字视频信号的长线传输[J].电子技术应用,2003(1):62-65.
计算功率 篇7
功率MOS管又称功率场效应晶体管, 是电压控制型器件。主要特点是电压控制, 驱动功率小, 输入阻抗高, 功率增益高, 开关的速度快, 开关时间由寄生电容决定, 因此其应用广泛。H电桥电路是电动机正转/逆转驱动电路结构中最为常见的一种形式, 只用一个电源和四个开关的不同搭配来控制电机的各种工作形式[1]。
将H电桥电路中的开关用功率MOS管代替, 构成MOSFET H电桥电路 (如图1所示) 。
H电桥中得S1和S3用P沟MOSFET源极接地型开关电路代替, S2和S4用N沟MOSFET源极接地型开关电路代替。
由于P沟MOSFET管品种少及性能相比N沟器件差, 下文中S1~S4均采用N沟MO SFET。
2 H电桥电动机驱动电路
拟控制的电动机是15V/1A的小型DC电动机。电动机的驱动模式设定为由两个控制信号控制的4种模式。
图2是电路框图。控制电路是由两个0V/5V的逻辑信号分别控制H电桥各开关形成4种驱动模式的部分。电源电路是为了驱动N沟MOSFET开关的电源部分, 是DC-DC变换器升压电路。
2.1 DC-DC变换器升压电路
由于N沟MOSFET源极跟随器型开关电路需要栅极电位比源极电位高出3.5V才能够完全导通, 所以实际电路中需要另外一个VCC+3.5V的电源。构造该电源电路的特点就是在内部制作了一个比H电桥电源电压高的电源VD, 使电路更加简洁清晰。
其原理图如图3所示。电路通过SW把直流变换为交流, 通过把交流成分加载在VCC上整流得到平滑的高电压。
其中SW开关使用的是施密特触发变换器的方波振荡电路, 得到占空比约50%的方波, 在这里不作详细介绍。
如图3所示, 得出的新电源VD=VCC+VDD-2VF。
2.2 控制电路
图4是实际的控制电路。MOSFET的栅极是由NPN晶体管的发射极接地型开关电路驱动。如果这个驱动电路的电源是V CC+3.5V, 就可以使Tr1和Tr3完全导通。
发射极接地开关从逻辑上可认为是倒相器。所以在驱动Tr2和Tr4的电路中, 组合倒相器使逻辑一致。
驱动Tr1和Tr3的电路是把两个发射极接地性开关电路的集电极与集电极连接进行NOR运算[2]。这样, 只有两个晶体管都截止时输出才为H。
控制电路的逻辑如图5所示。
2.3 同时采用P沟和N沟MOSFET的电路
如第一部分介绍时所述, Tr1和Tr3采用P沟MOSFET源极接地型开关电路时, 驱动电压就没必要高于电源电压, 这样电路就会变得稍微简单。
但是N沟FET和P沟FET器件导通时所需的驱动电压极性相反, 电动机的驱动电路就与图4的构成有所不同。为了Tr1和Tr3的栅极驱动电压, 必须进行NAND运算 (图4电路中进行的是NO R运算) 。当两个晶体管都导通 (即两个输入均为H电平) 时, 输出才为L电平。具体控制电路如图6所示。
3 结语
该控制电路通过合理的选择MOSFET种类及相应导通电压, 根据不同MOSFET开关电路设计不同的控制逻辑及电路, 使得MOS管具有良好的开关特性, 也使得电路非常简单、实用和可靠[3]。
摘要：由MOSFET开关组成的H电桥电路是电动机驱动电路的重要形式之一。本文阐述了该驱动电路的各个组成部分及相应功能, 通过对实际控制电路各部分的具体分析, 从电路内部详细研究了MOS电动机驱动电路。
关键词：电动舵机,功率MOS,驱动电路
参考文献
[1]马瑞卿, 刘卫国.自举式IR2110集成驱动电路的特殊应用[J].电力电子技术, 2000 (1) .
[2]逄海萍.IR2111和IR2130在PWM直流伺服系统中的应用[J].电气传动自动化, 2001 (3) .
计算功率 篇8
目前,很多新建电厂出线均采用“同杆并架”设计方式,节省了大量经济成本,但增加了双回线路出现故障的几率,如杆塔倒塌、双回出线线间故障等。当输电线路发生故障时,将直接导致机组与系统解列。此时如未加装安稳装置或零功率切机装置直接导致机组不能快速停机,势必对机组安全造成重大威胁。国内多个电厂曾发生输电通道突然断开而导致发电机组热力设备不同程度损坏的事件,如陕西府谷电厂600 MW机组、河北沧东电厂600 MW机组等功率缺失后未能快速稳定停机,广东某电厂6台135 MW机组功率缺失后导致孤立网系统振荡,直至瓦解[1]。因此,为了解决大型汽轮机组出现功率突降及机组过压、过频问题,应对零功率保护进行正定计算,以避免热力设备损坏。本文以南瑞继保公司RCS-985UP装置结合某厂300 MW机组火力发电机组为实例,给出整定计算方法及过程。
1阻抗参数计算
某厂300MW机组火力发电机组设备参数如表1、表2、表3所示。
由上述表中给出的数据得到发电机阻抗参数为
主变阻抗参数为
2 保护定值计算
2.1 保护基本参数
2.1.1 发电机额定电流计算
发电机一次额定电流为
发电机二次额定电流为
2.1.2 主变额定电流计算
主变高压侧一次额定电流为
主变高压侧二次额定电流为
2.2 起动判据的整定
2.2.1 频率突增定值的整定依据
由于发电机总转动惯量(发电机和汽轮机等)实际参数收集不到,依保护设计人员建议,按照大型火电机组惯性常数一般为M=10 s进行计算。当发电机最小功率为Pg=25%Pn时,发电机功率突降到零时的df/dt值为
df/dt=F0(Pg/Pn)(cosφ/M)=
50×25%×(0.85/10)=
1.06 Hz/s
考虑频率上升过程中调速器(DEH)的作用,df/dt元件应有较高的灵敏度,取灵敏系数为3,则df/dt =0.353 Hz/s,即△Fset=0.35。
2.2.2 电压突增定值的整定依据
发电机正功率突降后,无功功率在发电机电抗和主变电抗上的电压消失,在很短时间内发电机励磁调节器来不及反应,故引起主变高压侧和发电机机端正序电压突升。
正功率突降引起主变高压侧正序电压突升ΔU1,则ΔU1的标么值为
式中φk为额定功率因素角,cosφk=0.85,tanφk=0.619。
取灵敏度为2,发电机最小功率Pg为25%Pn,则主变电压突增量Δt=0.2 s时元件
发电机突增量Δt=0.2 s时元件
主变高压侧正序电压突增定值整定为1.4 V,时间窗为0.2 s。发电机机端正序电压突增定值整定为0.8 V,时间窗为0.2 s。
2.2.3 正功率突降保护投入功率定值的整定依据
当机组输出功率(发电机有功功率Pg)小于Pset.1时,即使发生主变正功率突降,对热力设备并不构成安全威胁。Pset.1应小于调度最低出力(某厂调度最低出力为180 MW,即60%Pn),Pset.1可整定为40%Pn。
2.3 动作判据
2.3.1 发电机正向低功率定值整定
正向低功率定值Pset.2应小于发电机的最低出力,同时应大于最大不平衡输出功率20% Pn。由于发电机带着厂变,Pset.2定值必须大于最大厂用电率,供热机组应考虑供热期最大厂用电率,Pset.2可取20%Pn。
2.3.2 主变高压侧正序电流突降定值整定
发电机功率突降后,正序电流的下降量变化量ΔI1为[2]
式中:Iloa为功率突降前机端TA二次的负荷电流;τ为功率突降后电流互感器二次回路衰减时间常数。
取发电机最小功率Pg=25%Pn时进行计算,则Iloa=25%Ihe,τ值与二次电缆长度、截面、电流互感器剩磁大小、铁芯有无气隙等因素有关,一般可取τ=0.2 s。当时间窗长度为0.5 s时,正序电流突降定值为
电流突降定值取ΔIset=20%IT2n=20%×0.362=0.072 4 A,时间窗Δt为0.5 s。
2.3.3 发电机机端低电流定值整定
发电机机端两相电流小于Iφ.set判据。
判据描述为
构成“或”关系输出。
整定原则:Iφ.set定值应小于正常运行时最小负荷电流,大于厂变最大负荷电流;在最严重情况下,为保证该判据可靠动作,应满足
在时间窗Δt为0.5时,取τ=0.2 s,则Iφ.set为
取
2.4 闭锁判据
2.4.1 负序电压闭锁判据
正向功率突降时,三相处对称状态,无负序电压,因此可用负序电压作闭锁判据。当(UF2>U2.set)OR(UT2>U2.set)时,闭锁正向功率突降保护。
负序电压按躲过不平衡电压整定,负序电压闭锁定值U2.set整定原则:负序电压继电器应按躲过正常运行时出现的不平衡电压整定,不平衡电压通过实测确定。根据整定计算导则[3],选取为
式中Un为额定相电压二次值。
灵敏系数按主变高压侧母线两相短路校验,两相短路时短路点处负序电压最高,为0.5E。则负序电压继电器的灵敏系数为Klmd=(0.5×57.7)/4.6=6.27。
2.4.2 低电压闭锁判据
主变高压侧和发电机机端正序电压大于Uset判据。发电机正功率突降时,三相电压对称性升高不会降低,即(UT1>Uset)&(UF1>Uset)。
依据计算导则[3],取Uset=(80～85)%Un,正序电压定值取Uset=85%Un=0.85×57.74=49 V,延时定值一般整定为0.1 s。
3 结论
1) 机组功率突降时会发生电压、频率突升,应选取电压、频率越限或突变作为保护起动判据。
2) 为了区分机组输出功率是突降故障还是短路故障,保护应引入了负序电压、机端低电压作为闭锁判据,可防止保护误动。零功率保护在机组输出功率突降时应正确动作,可防止其它类型故障情况下误动。
3) “同杆并架”输出方式大型机组应加装零功率保护。
参考文献
[1]乔永成.发电机零功率保护[J].电力自动化设备,2011(5).
[2]中华人民共和国国家标准化委员会.GB/T14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程[S].北京:中国标准出版社,2006.
计算功率 篇9
压延机的传动功率主要为压延机驱动辊筒功率[1]。而其影响因素包括加工坯料性质、辊筒直径、辊筒工作部分长度、压延线速度、辊筒个数、辊筒间距、制品厚度、加工方法等等, 通常忽略一些影响较小的因素以简化功率求解过程, 由于压延机加工材料种类繁多, 本文主要研究高分子聚合物的压延成型。
1 压延机设计中的功率耗损, 由生产实践所得经验公式计算:
1.1 按辊筒线速度计算:
其中, a为计算系数, L为辊筒工作部分长度, V为压延线速度。
1.2 按辊筒数目计算:
其中, K为计算系数, L为辊筒工作部分长度, n为辊筒个数。
2 压延机设计中的功率消耗, 通过对剪切速率及剪切应力的理论推导所得公式计算:
与之不同的, 可得功率的理论参考值:
其中N为功率, V为压延线速度, λ为无量纲流率平方根, H0为辊筒间距的1/2, µ为坯料牛顿粘度, W为制品宽度, R为辊筒半径。
理论推导计算功率的方法有两种[2]:
(2) 若制品厚度未知, 可由下式估算:
3 更具有普适性的计算方法
理论推导计算在设计中较为普遍使用, 但计算过程复杂且计算功率相比工程实际功率普遍偏小, 工程应用时常将推导公式大幅化简导致其丧失了部分的精确性;由生产实践所得经验公式计算精确度较低, 计算系数取值较为粗略, 将二者综合所得更为接近真实功率值。经验公式中计算系数a、K应参考理论推导计算中功率数值。理论推导计算中功率偏小。由工程应用可知, 经验公式因设计要求电机尽量满足功率要求, 所求功率值往往比实际偏大。综上我们得出更为有效的传动功率计算公式:
如果生产过程对传动功率精确度要求不高, 简化可取:
其中, N为功率, W为制品宽度, V为压延线速度, µ为牛顿粘度, R为辊筒半径, H0为辊筒间距的1/2, a、K为计算系数, L为辊筒工作部分长度, n为辊筒个数。
本文提出的新型压延机传动功率计算方法将传统理论推导计算及经验公式计算予以结合, 避免了精确度和偏差过大的情形, 同时对较为复杂的计算方法进行相应简化, 更加接近真实功率值, 更适用于工程实际, 经济性较好。同时由于影响功率的因素较为复杂, 简化计算无法全面考虑各种因素, 如果对功率精确度要求较高, 本方法还存在一定局限性。
参考文献
[1]刘泽民.金属餐具横压延机开式机自动化设计与开发[D].天津:天津理工大学, 2013 (12) .
计算功率 篇10
目前国内已经开始研究光伏电源接入配电网的准入功率。文献[6]研究了基于电网安全稳定的光伏最大接入容量, 利用电力系统仿真软件针对西藏羊八井地区电网计算得出光伏最大接入容量。文献[7]结合电网静态安全稳定性以及光电出力随机性等因素, 研究了基于机会约束规划的光伏最大接入容量优化规划算法。文献[8]基于节点电压约束, 采用电压灵敏度分析法提出了系统准入功率薄弱节点并计算分布式电源的准入功率。但这些方法没有考虑电网阻抗和接入配电网强弱对准入功率的影响, 难以得出典型情况下的一般性结论。因此, 本文利用电网阻抗来分析光伏电源接入弱电网时的准入功率。通过建立功率传输过程中功率和电压关系的模型, 提出了计算光伏电源准入功率的方法, 并通过对IEEE33节点配电系统进行计算分析, 验证了该方法的有效性和可行性。
1 弱电网的描述方法
衡量弱电网的指标有电网阻抗和短路容量比。通过测定电网中不同接入点电网阻抗的大小及性质可以确定功率薄弱节点, 当电网阻抗大于0.1 p.u.可视为弱电网。文献[9]提出用短路容量比 (接入点短路容量/光伏电源的最大视在功率) SCR来衡量弱电网, 当SCR小于10时, 接入电网可视为弱电网, 当SCR大于20时, 接入电网可视为强电网。
从接入点向电网看进去的阻抗是电网阻抗Zg, 为了直观的描述电网的强弱, 把电网阻抗标幺化处理。该体系中基准功率SB为系统短路容量的, 基准电压UB为额定运行电压, 所以接入电网阻抗的标幺值。对于具体的电网|Zg|是固定的, 系统短路容量越小, 电网阻抗标么值越大, 当Zg*大于0.1 p.u.可视为弱电网。
通过改变输入PCC点有功功率和无功功率, 使配电网运行于2个不同的工作点, 并通过检测PCC点电压和电流在2个工作点的变化来估算电网阻抗, 如图1所示。
由图1可得:
式中:分别为PCC点的电压和电流, Vs为电网电压, Zg为电网阻抗。
其中
通过静止坐标系变换, 将静止三维坐标系转换成静止二维坐标系;将三相电压矢量投影到静止αβ坐标系得:
将两相静止的αβ二维坐标变成两相同步旋转dq的二维坐标, 可得:
将给定θ代入式 (6) 得到的计算结果再带代入式 (7) 、 (8) 可求得R、ωL。
2 光伏电源准入功率的计算
2.1 功率传输过程中功率和电压关系的模型
光伏电源接入弱电网等效分析模型如图2所示, 接入电网部分用等效电网阻抗Zg串联一无穷大电源来等效, 光伏系统则用电压源和滤波器等效阻抗Zf串联来等效。
由于光伏并网要求是单位功率因数运行方式, 即注入无功为零, Spcc=P。釆用向量形式表示且以接入点电压Upcc为参考向量, 即, 所以通过接入点向电网传输的复功率为
并网电流的分量可表示为
根据接入点电压与电网理想电压源之间的关系得:
联立式 (9) ~ (11) 整理得到以接入点电压作为未知变量的计算表达式为
式 (12) 表示了接入点电压与传输功率之间的关系, 其中理想电网电压Us为定值标么值, 取1.0 p.u., 若接入点参数Rg、Xg给定, 则可以确定P和U之间的关系。
2.2 电网阻抗对准入功率的影响
通过接入点注入有功功率P从0~1.0 p.u.变化时, 设定不同的电网阻抗参数, 根据式 (12) 来分析从而获取接入点电压随功率变化的曲线, 然后利用曲线的变化趋势来寻找电网阻抗大小及其构成对接入点电压影响的一般规律。
先固定Zg*的值, 再变化Rg和Xg的比值KXR, 求解P-U曲线, 观察接入点电压随功率变化。取Zg*=0.6, Rg和Xg的比值KXR不同时得到的P-U曲线, 如图3所示。
先固定Rg和Xg的比值KXR, 再变化Z*g, 求解P-U曲线, 观察接入点电压随功率变化。取Rg和Xg的比值KXR为0.6, Zg*不同时得到的P-U曲线, 如图4所示。
通过分析曲线和计算, 可得到以下结论:
1) 电网阻抗中的电阻所占比例越大, 如Xg和Rg的比值KXR小于4时, Pmax的主要约束是电压上限, 反之, KXR大于4时, Pmax的主要约束是电压下限, 随着电网阻抗标么值越大, Pmax越小。
2) 对于电抗占优的弱电网, 光伏逆变系统接入弱电网运行时, 会引起接入点电压低于电压调节下限, 如果提供一定的无功支撑, 将有助提升接入点电压运行水平。对于电阻占优的弱电网, 光伏逆变系统接入弱电网运行时, 会引起接入点电压高于电压调节上限, 则需要采取有载调压变压器等母线调压措施, 使得母线电压距离电压偏差上限留有一定的裕量。
2.3 考虑电压约束的准入功率的计算
对于给定的电网, 在保证接入点电压满足运行电压范围可确定经过接入点注入弱电网的极限功率Pmax。在数学上表述为, 使得变量U有可行解条件下的传输功率最大值。U的解必须是可行的, 即三相电压的允许偏差为额定电压的±7%, 根据式 (12) 通过P-U曲线可得电压越限的准入功率为Pmax。对于特定的电网阻抗, 可以直接根据KXR的大小来选取计算Pmax时的电压, 当KXR>4时, 直接根据U=0.93 p.u.代入式 (12) 求解Pmax, 当KXR<4时, 直接根据U=1.07 p.u.代入式 (12) 求解Pmax。
3 算例分析
本文采用图5所示的IEEE33节点配电网络作为算例, 具体线路和负荷数据见文献[10], 系统内总负荷3.715 MW+2.3 MVA, 电压基值10 k V。功率基值取3 MW, 接入一个功率因数为1时光伏电源, 光伏电源接入点的稳态电压应在0.93~1.07 p.u.范围内。
选取节点1、7、17、19、21、27、32作为并网点, 根据文献[8]计算光伏电源的准入功率结果如表1所示。
选取节点1、7、17、19、21、27、32作为并网点, 基于电网阻抗计算得到的光伏电源准入功率的结果如表2所示。
根据表1、表2得:当在系统母线附近的节点处接入光伏电源时, 光伏电源对系统电压的抬升作用有限;而当并网位置逐渐远离系统母线时, 光伏电源对系统电压的抬升作用越来越显著, 准入功率越来越小。
通过分析比较得:本文方法计算的各节点准入功率略小于文献[8]计算的准入功率, 但能满足工程应用。文献[8]需进行复杂潮流计算, 而本文方法在保证准确性的同时只需求得接入点的电网阻抗就能求得系统所有节点的准入功率, 大大减少了计算量, 节约了计算时间, 对光伏电源的选址规划有一定的指导意义。
4 结论
1) 利用电网阻抗来求取准入功率的方法能够方便地确定准入功率, 克服了传统方法中复杂潮流计算量大, 费时的缺点。
2) 通过对IEEE33节点配电网络进行计算分析, 得知光伏电源接入馈线支路首端附近的节点时, 电网阻抗小准入功率大, 而接入馈线末端附近的节点时, 电网阻抗大准入功率小。
3) 在光伏逆变系统向电网注入有功的时提供一定的无功支撑, 将有助于提升接入点电压运行水平, 因此在实际的工程中可以根据电网阻抗大小来调整注入无功功率的控制策略及大小。
摘要：针对光伏电源接入弱电网引起电压越限的问题, 提出了利用电网阻抗来求取准入功率的方法。通过光伏电源接入弱电网潮流分析模型和功率传输过程中功率和电压的关系, 把电压不越限的约束条件表达为光伏电源准入功率与电网阻抗之间的函数关系, 克服了传统方法中重复潮流法计算量大、费时的缺点。通过对IEEE33节点配电网的计算分析, 验证了该方法的合理性和可行性。
关键词：光伏电源,弱电网,电网阻抗,准入功率
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