0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое самозапуск асинхронного двигателя

Что такое самозапуск асинхронного двигателя

Название: Энергетика и экология — учебник (Пугач Л.И.)

Жанр: Технические

Просмотров: 1741

Самозапуск синхронных двигателей

Под самозапуском синхронных двигателей понимается процесс, возникающий в цепи сеть электропитания — двигатель при глубоких посадках напряжения или перерывах электропитания, имеющих кратковременный характер (от долей до нескольких секунд), если двигатель при этом не отключается от сети автоматически. За такое короткое время скорость вращения ротора и величина уменьшаются незначительно и момент сопротивления механизма, в отличие от пуска, является большим.

Рис. 2.12. Самозапуск синхронных двигателей:

а) диаграмма напряжения в сети;

б) векторная диаграмма напряжений;

в) угловая характеристика активной мощности двигателя.

Провал напряжения в сети (рис.2.12) характеризуется глубиной и длительностью . Величины и , при которых конкретный двигатель может выпасть из синхронизма, зависят от многих факторов. Наиболее легко выпадают из синхронизма тихоходные явнополюсные двигатели поршневых компрессоров высокого давления, используемые в нефтехимии. Они могут выпасть из синхронизма при и сек., так как за счет небольшой величины момента инерции агрегата двигатель-механизм и большой загрузки выбег двигателя (торможение ротора) происходит быстро.

Векторная диаграмма напряжений синхронного двигателя при глубоком провале напряжения в сети () приведена на рис.2.12 .

До момента времени режим работы двигателя нормальный со следующими параметрами:

— напряжение в сети;

— е.д.с., наводимая в обмотке статора магнитным потоком (рис.2.9) в рабочем режиме;

— угол нагрузки в рабочем режиме;

— мощность на валу двигателя в нормальном режиме (рис.2.12 ).

В рабочем режиме три вектора (,, ) вращаются синхронно с ротором против часовой стрелки.

В момент времени (рис 2.12 ) синхронный момент исчезает (рвется воображаемая пружина на рис.2.1), ротор начинает тормозится, увеличивается угол , вектора и исчезают с векторной диаграммы и происходит выбег двигателя. Дальнейшее поведение двигателя зависит от величины . Рассмотрим 6 характерных значений и соответствующие им 6 значений, которые может принять угол в момент восстановления напряжения .

Если — не велико, то при восстановлении напряжения в момент выбег двигателя не большой (), появляется синхронный момент (восстанавливается воображаемая пружина), мощность и ротор ускоряется до синхронной скорости и двигатель остается в синхронизме.

При , угол нагрузки попадает во второй квадрант (точка 2 на рис.2.12) — в зону неустойчивой работы и двигатель может выпасть из синхронизма.

Если таково, что (точка 3), то при восстановлении напряжения сильно возрастает толчок тока . Апериодическая составляющая этого тока может оказаться больше ударного тока короткого замыкания и поэтому может повредить двигатель. Такая ситуация называется несинхронным АПВ синхронного двигателя.

При (точка 4) происходит значительный толчок тока при восстановлении напряженияи двигатель может выпасть из синхронизма.

При (точка 5) толчок тока самозапуска невелик и если синхронного момента достаточно для ускорения ротора, когда перейдет в первый квадрант векторной диаграммы, то двигатель втянется в синхронизм.

6) При синхронный момент восстанавливается без толчка тока (зацепляется воображаемая пружина), ротор ускоряется, вектор занимает на векторной диаграмме рабочее положение . В этом случае происходит синхронное или точнее синфазное АПВ синхронного двигателя, которое допустимо для всех синхронных двигателей, хотя и сопровождается затухающими качаниями ротора во время непосредственно после .

В следствие того, что несинхронное АПВ (третья ситуация) является опасным для синхронных двигателей, большинство их оснащается защитой минимального напряжения, которая отключает двигатель в момент времени .

Для ответственных механизмов, внезапная остановка которых не допустима, применяют либо асинхронные двигатели, что кардинально решает проблему самозапуска, либо синхронные с обеспечением их автоматического самозапуска.

Существуют следующие пути обеспечения самозапуска синхронных двигателей ответственных механизмов.

Для синхронных двигателей относительно небольшой мощности, для которых допустимо несинхронное АПВ (определяется расчетом), иногда бывает достаточным быстро разгрузить механизм. Если за время срабатывания защиты от асинхронного хода (8. 10 сек.) снизить загрузку механизма до необходимой величины, например закрыть задвижку на всасывающей трубе компрессора, то ротор двигателя за счет асинхронного момента может ускориться до подсинхронной скорости и втянуться в синхронизм.

Если несинхронное АПВ не допустимо, то возможны два способа обеспечения автоматического самозапуска.

Первый — ресинхронизация с гашением поля. При выпадении двигателя из синхронизма сразу же выключается выключатель QF (рис.2.10) и производится гашение поля двигателя: отключается ток возбуждения и обмотка возбуждения закорачивается накоротко или на гасительное сопротивление. Если необходимо, снижается нагрузка механизма. Затем, после требуемого затухания поля ротора, включается выключатель QF и производится асинхронный пуск (рис.2.9). Отличие от обычного пуска состоит лишь в том, что выключатель QF включается при вращающемся роторе, скорость которого определяется его выбегом за время гашения поля.

Второй — синфазное АПВ или АВР, осуществляемые с помощью специальной автоматики. Идея этого способа проста. В момент времени (рис.2.12 ) отключается выключатель QF и начинается выбег возбужденного двигателя. Если к моменту времени одного или двух проворотов ротора (точка 6 на рис.2.12) напряжение в сети восстановилось, то включив выключатель QF точно в этот момент (без толчка тока), можно сохранить двигатель в синхронизме.

Вопросы обеспечения и расчета самозапуска синхронных двигателей подробно рассмотрены в книге [2] и в справочнике [7].

Содержание

Читать: Аннотация
Читать: Введение
Читать: 1. асинхронные электродвигатели
Читать: 1.1. эквивалентная схема и векторные диаграммы асинхронного двигателя
Читать: 1.2. вращающий момент и механическая характеристика ад
Читать: 1.3. потери в асинхронных двигателях
Читать: Синхронные электродвигатели
Читать: Принцип работы и векторные диаграммы
Читать: Активная мощность синхронного двигателя
Читать: 2.4. потери в синхронных двигателях
Читать: 2.5. рабочие характеристики синхронного двигателя
Читать: 2.6. пуск синхронных двигателей
Читать: Самозапуск синхронных двигателей
Читать: Асинхронный режим синхронных двигателей
Читать: Литература

Самозапуск синхронных двигателей

Если при понижении напряжения или при его кратковременном исчезновении синхронные двигатели не были отключены и не выпали из синхронизма, то при восстановлении напряжения происходит процесс самозапуска. Если двигатель выпадает из синхронизма и к моменту восстановления напряжения работает как асинхронный со скольжением s1, то процесс самозапуска надо рассматривать как пуск асинхронного двигателя, но осуществляемый от той промежуточной скорости, до которой успели затормозиться двигатели за время перерыва питания. Самозапуск отличается от пуска еще и тем, что возбужденный двигатель включается прямо на шины нагрузки без дополнительных сопротивлений в цепи возбуждения.

В задачу расчета самозапуска СД входят:

-проверка влияния самозапуска на нормальную работу потребителей, подсоединенных к шинам нагрузки, и на перегрузку элементов сети;

-определение необходимого для разворачивания агрегатов остаточного напряжения на выводах двигателей;

-установление момента двигателя, необходимого для надежного втягивания в синхронизм;

-определение времени пуска и перегрева двигателя.

Во время перерыва питания напряжение на выводах двигателя зависит от его ЭДС, которая уменьшается по мере выбега. Уменьшение скорости до 80 % от синхронной приводит к значительному (до 60 – 70 %) понижению напряжения. При форсировке возбуждения, которая обычно включается при снижении напряжения на 20 – 25 %, этого не происходит и напряжение остается в пределах нормального.

Допустимое снижение напряжения на шинах нагрузки во время самозапуска приближенно определяется следующими требованиями:

1) при совместном питании двигателей и освещения U ≥ 0,9 при частых и длительных пусках; U ≥0,8 – 0,85 при редких и кратковременных пусках и самозапусках;

2) при раздельном питании двигателей и освещения U≥ 0,75 – 0,8 независимо частоты и длительности пусков и самозапусков;

3) при питании двигателей через блок-трансформаторы напряжение U ограничивается минимальным значением момента, требуемого для разгона агрегата.

Наиболее тяжелыми оказываются условия самозапуска при скольжении 0,02 – 0,08. Если в этой зоне самозапуск обеспечивается, то в большинстве случаев он будет обеспечен по условию необходимого момента и при других скольжениях.

Момент, необходимый для подведения двигателя к критическому скольжению с учетом пониженного при самозапуске напряжения, можно приближенно определить выражением

.

Момент М задается заводом с учетом включения в цепь ротора разрядного сопротивления. При расчете самозапуска с глухо присоединенным возбудителем следует подставлять асинхронный момент

Читать еще:  Что означает объем двигателя в литрах

,

где Δm – изменение асинхронного момента синхронного двигателя при пуске с непосредственно присоединенным возбудителем [1].

Время перерыва электроснабжения, в течение которого двигатель не выпадает из синхронизма, можно оценить приближенно:

.

Среднее критическое скольжение, с которого после подачи напряжения возбуждения под действием входного момента обеспечивается вхождение двигателя в синхронизм, можно рассчитать по формуле

,

где Кв – кратность тока возбуждения при ресинхронизации.

8.5. Самовозбуждение асинхронных двигателей во время пуска при применении последовательной ёмкостной компенсации в сети

Одним из эффективных средств уменьшения потерь напряжения в сети, питающей двигатели, является применение последовательной емкостной компенсации реактивного сопротивления сети. При включении конденсаторов С последовательной компенсации могут возникнуть некоторые необычные с точки зрения нормальной эксплуатации явления: качание синхронных машин, «застревание» асинхронных двигателей на скоростях, меньших нормальной, самовозбуждение при пуске асинхронного двигателя или при асинхронном пуске синхронного. При изменении частоты вращения асинхронного двигателя ω его индуктивные сопротивления xd и x ‘ d изменяются (кривые 1 и 2 на рис. 8.5). Емкостное сопротивление xc = 1/ ωC также изменяется, причем зависимости xc = φ(ω) (кривые 3,4,5) различно располагаются относительно области x ’ d – xd , показанной на рис. 8.5. В случае кривой 3 , самовозбуждения во время пуска не будет; в случае, соответствующем кривой 4, оно должно быть вплоть до нормального режима; в случае, соответствующем кривой 5, во время пуска на интервале скорости от ω1 до ω2 появится самовозбуждение, которое может исчезнуть, не развившись полностью, если двигатель быстро «проскочит» зону самовозбуждения.

Рис. 8.5. К рассмотрению самовозбуждения асинхронного двигателя

Самовозбуждение является нежелательным по следующим причинам:

— ток статора и мощность, потребляемая от сети, могут в несколько раз превышать номинальные значения, вследствие чего сильно перегревается двигатель, снижается напряжение на его шинах, уменьшается вращающий момент;

— двигатель во время пуска может «застревать», не достигнув номинальной скорости (в связи с уменьшением вращающего момента);

— при «застревании» двигателя появляются биения тока и момента и, как следствие, качание ротора машины.

При анализе основных факторов, влияющих на появление самовозбуждения асинхронных электродвигателей, необходимо учесть:

1) во время разбега двигателя замещающее его сопротивлениепо мере увеличения частоты вращения ротора возрастает от минимального до максимального;

2) во время разбега двигателя при некотором значении скольжения ротора индуктивность двигателя может резонировать с емкостью последовательной компенсации, т.е. создать контур самовозбуждения с собственной частотой, которая будет ниже промышленной. Двигатель при этом вращается с частотой, соответствующей собственной частоте колебательного контура, т.е. с числом оборотов ниже нормального;

3) длительная работа двигателя с такой частотой при наличии активных потерь (которые неизбежны) возможна при источнике достаточной мощности, поддерживающем колебательный процесс контура самовозбуждения. Таким источником и является асинхронный двигатель;

4) во время разгона двигателя частота вращения ротора достигает значения, соответствующего частоте собственных колебаний контура, и превышает его. При этом создается отрицательное скольжение ротора по отношению к резонансной частоте и, таким образом, асинхронный двигатель переходит в режим генератора по отношению к контуру самовозбуждения.

Частота вращения зависит от потерь в контуре ротора, определяемых с учетом насыщения стали двигателя; при равенстве потерь и генерируемой мощности создается возможность устойчивой работы двигателей в этом режиме. Если потери превышают генерируемую мощность асинхронного генератора, то самовозбуждение либо не возникает, либо становится неустойчивым, позволяя, однако, двигателю разворачиваться до нормальной скорости.

Частота резонирующего контура зависит от параметров сети, емкостного сопротивления устройства последовательной компенсации и сопротивления двигателя.

Самовозбуждение может быть устранено либо выбором соответствующей емкости продольной компенсации, либо последовательным или параллельным включением с емкостью активного сопротивления.

Токи включения и уровни напряжений при самозапуске

При перерыве питания самозапускаемые двигатели развивают на шинах присоединения остаточную э.д.с. В начале самозапуска при восстановлении напряжения сети это напряжение Uс и э.д.с. Е»д могут оказаться в противофазе, так что вектор периодической составляющей тока

Пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и синхронного двигателя с асинхронным пуском в 5-7 раз превышает номинальный ток, а в отдельных случаях (например, для быстроходных и специальных двигателей) достигает 10-12-кратной величины. По мере разгона кратность пускового тока двигателя снижается.

Самозапуск двигателей начинается с промежуточной частоты вращения, так что кратность тока при самозапуске меньше, чем при пуске. Однако при кратковременном исчезновении напряжения, даже при незначительном увеличении скольжения, сопротивление двигателя резко уменьшается, а кратность потребляемого из сети тока возрастает.

Кривые iп=f(s) для мощных двигателей приводятся в каталогах. При отсутствии кривых кратность пускового тока при скольжении s определяется по выражению

Для асинхронных двигателей с фазным ротором, пускаемых через сопротивление, проверка I» также не требуется, если до восстановления напряжения вводится пусковое сопротивление.

У синхронных двигателей величина э.д.с. Е»д зависит от системы возбуждения, моментов сопротивления выбегаемых механизмов; свободный или групповой выбег; от вида повреждения сети. При несинхронном включении, т. е. в том случае, когда Uс и Е»д находятся в противофазе, а значение Е»д может оказаться равным, или даже больше напряжения сети Uс, ток включения I» при малом сопротивлении сети может в 2 раза и более превышать пусковой ток.

Развиваемый при несинхронном включении вращающий момент не должен вызывать повреждений в двигателе. Наибольший момент возникает в том случае, когда угол между и Uс и Е»д составляет 105-135 градусов.

Опыт эксплуатации показывает, что при быстрых отключениях к.з. для синхронных двигателей мощностью до 2000 кВт предельно допустимыми являются моменты, превышающие моменты к.з. в 1,5 раза.

При проверке самозапуска двигателей напряжением 6 и 10 кВ активными сопротивлениями элементов сети, в том числе токопроводов (за исключением ВЛ 6—10 кВ), как правило, можно пренебречь и учитывать только реактивные сопротивления. При напряжении двигателей до 1000 В, особенно в системах ограниченной мощности, активные сопротивления надо учитывать, так как они часто влияют на результаты расчетов.Напряжение источника питания должно быть выше номинального напряжения двигателя для того, чтобы покрыть потерю напряжения во внешней сети и в трансформаторе. В противном случае напряжение на шинах при нормальной работе будет ниже номинального напряжения электроприемников, что недопустимо.При отсутствии точных данных это напряжение в относительных единицах для расчетов самозапуска можно принять: двигателей напряжением выше 1000 В — 1,05, двигателей напряжением до 1000 В — 1,03.Напряжение на выводах двигателей в начальный момент самозапуска должно обеспечить величины пускового момента, превышающие на 0,1 моменты сопротивления механизмов:

где mс(s), mп(s) — моменты сопротивления механизма и пускового момента двигателя, соответствующие скольжению s, с которого начинается разгон двигателя при самозапуске.

Определив по кривым выбега или по формуле скольжение s, до которого при выбеге затормозятся двигатели по заводским данным находят сопротивления самозапускаемых двигателей, соответствующие этому скольжению. Далее определяют эквивалентное сопротивление всех участвующих в совместном самозапуске двигателей с последовательно включенными реакторами. Кроме того, учитывают индуктивное сопротивление нагрузки, питающейся от тех же шин. Наконец, определяют общее эквивалентное сопротивление хэ, которое складывают с сопротивлением системы хс. Для каждого самозапускаемого двигателя (при однотипных двигателях — для одного на каждый тип) строят кривые механических характеристик m’a=f(s) при сниженном напряжении и кривые моментов сопротивления соответствующих механизмов mc= f(s)

Чтобы построить механическую характеристику двигателя m’a, необходимо определить напряжение на шинах питания в первый момент самозапуска

и напряжение на выводах каждого самозапускаемого двигателя с учетом сопротивления реактора хpi

В процессе самозапуска величина u’д в связи с увеличением xдi несколько повысится, что улучшает условия самозапуска. При приблизительных расчетах можно принять, что в процессе самозапуска сопротивление двигателя xдi =const.

Пусковой момент каждого самозапускаемого двигателя определяется по выражению

где mas — асинхронный момент, соответствующий скольжению s при uдi = 1 (определяется по заводским данным).

Читать еще:  Высокомоментные двигатели принцип работы

Для нескольких значений скольжения, начиная от значения, при котором начинается самозапуск (до номинального скольжения sн для асинхронных и до установившегося скольжения sу для синхронных двигателей), строят для каждого двигателя:

1) кривую сниженного за время самозапуска асинхронного момента по формуле для асинхронного момента;

2) кривую момента сопротивления приводимого механизма;

3) избыточного момента как разницу между асинхронным моментом и моментом сопротивления.

Потом проверяют, достаточен ли избыточный момент, чтобы пришел в движение механизм под нагрузкой, или требуется его предварительная разгрузка.

41 Режимы реактивной мощности:

Для обеспече­ния наиболее экономичных режимов систем электроснабжения, характеризующихся не­равномерным графиком суточного потребле­ния реактивной мощности, целесообразным бывает регулирование мощности компенси­рующих устройств.

Режим работы компенсирующих устройств устанавливают в зависимости от таких параметров, которые обеспечивают на­иболее экономичное решение, при соблюде­нии допустимых отклонений напряжения на зажимах приемников электроэнергии.

а) наибольшая реактивная нагрузка при наибольшем потреблении реактивной мощности и наибольшей необходимой мощности компенси­рующих устройств;

б) наибольшая активная нагрузка, что связано с наибольшей загрузкой

генераторов активной мощностью и наименьшей их реак­тивной мощностью;

в) наименьшая активная нагрузка, что связано с отключением части генераторов и невозможностью генерации ими заметного количе­ства реактивной мощности;

г) режимы послеаварийные и ремонтные, связанные с наибольшими ограничениями на передачу реактивной мощности по сети.

Как следует из формулы, величина потери напряжения компенсации являются синхронный компенсатор или синхронные двигатели, то управление их режимами осуществляют за счет плавного регулирования возбуждения. Регулирование генерируемой конденсатора­ми реактивной мощности ведут ступенями путем деления батарей на секции. Регулирование мощно­сти конденсаторных установок по напряже­нию осуществляют в зависимости от откло­нения напряжения в рассматриваемой точке сети и применяют, когда желательно одно­временно обеспечить регулирование напря­жения. Регулирование мощ­ности конденсаторных установок по току нагрузки применяют для приемников, имею­щих резкопеременный график потребления реактивной мощности.

Таким образом, с увеличением реактивной мощности возрастают потери напряжения в сети и, следовательно, снижается активная мощность, что влечет за собой увеличение мощности оборудования электрических станций и тем самым дополнительные расходы на выра­ботку электроэнергии.

Увеличение передаваемой реактивной мощности вызывает также рост потерь реактивной мощности и, следовательно, общее увеличе­ние реактивной мощности в системе электроснабжения.

Следует также отметить и вторичное явление, связанное с увели­чением потери напряжения из-за увеличения реактивной мощности, — снижение напряжения у электроприемников, что при неизменном значении их мощности приводит к увеличению токов и снижению пропускной способности всех элементов системы электроснабже­ния. Если средствами искус­ственной

42. Мероприятия по уменьшению реактивных нагрузок.

Большая часть промышленных приемников в процессе работы потребляет из сети помимо активной, реактивную мощность. Основными потребителями реактивной мощности являются: асинхронные двигатели, трансформаторы, воздушные электрические сети, реакторы, преобразователи и другие установки. Передача значительного количества реактивной мощности по линиям и через трансформаторы системы электроснабжения невыгодна по следующим основным причинам: 1) Возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью. 2) Возникают дополнительные потери напряжения. 3) Уменьшается пропускная способность систем электроснабжения и трансформаторов. Поэтому целесообразно снижать потребляемую реактивную мощность. Любое решение должно быть обосновано технико-экономическими расчетами.

Мероприятия по снижению потребления реактивной мощности могут быть разделены на три группы:

1) не требующие применения компенсирующих устройств; 2) связанные с применением компенсиру­ющих устройств; 3) допускаемые в виде исключения.

Последние две группы мероприятий должны обосновываться тех­нико-экономическими расчетами и применяются при согласовании с энергосистемой.

Мероприятия, не требующие применения ком­пенсирующих устройств:

1)упорядочение технологического процесса, ведущее к улучше­нию энергетического режима оборудования, а следовательно, и к повы­шению коэффициента мощности; 2) понижение напряжения у малозагруженных двигателей; 3) регулирование напряжения, подводимого к электродвигателю при тиристорном управлении; 4) замена, перестановка и отключение трансформаторов, загружа­емых в среднем менее чем на 30% от их номинальной мощности; 5) замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности, если изъятие избыточной мощности влечет за собой уменьшение суммарных потерь активной энергии в энерго­системе и двигателе; 6) замена асинхронных двигателей синхронными двигателями той же мощности, где это возможно по технико-экономическим сообра­жениям; 7) применение синхронных двигателей для всех новых установок электропривода, где это приемлемо по технико-экономическим сообра­жениям; 8) устранение режима работы асинхронных двигателей без на­грузки (холостого хода) путем установки ограничителей холостого хода, когда продолжительность межоперационного периода превы­шает 10 мин; 9) повышение качества ремонта двигателей с сохранением их номинальных данных;

Мероприятия по ¯ потребления приемниками Q должны рассм-ся в первую очередь, т.к для их осущ-я, как правило, не тр-ся значительных кап. затрат.

Мероприятия, связанные с применением компенсирующих устройств:

1) установка статических конденсаторов;

2) использование синхронных двигателей в качестве компенса­торов.

Мероприятия по повышению коэффициента мощности, допу­скаемые в виде исключения:

1) использование имеющихся на предприятиях синхронных гене­раторов в качестве синхронных компенсаторов; 2) синхронизация асинхронных двигателей, допускаемая при на­грузке на валу не выше 70% от номинальной мощности и соответ­ствующем технико-экономическом обосновании.

При питании постоянным током фазный ротор втягивается в син­хронизм и может работать с опережающим коэффициентом мощности; двигатель при этом приобретает свойства, сходные со свойствами синхронного двигателя, но со значительно меньшей перегрузочной способностью.

Синхронизация асинхронных двигателей с фазным ротором при­меняется только для двигателей, уже находящихся в эксплуа­тации.

6 Практическое занятие «расчет самозапуска электродвигателей и защита минимального напряжения»

6 ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

«РАСЧЕТ САМОЗАПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ЗАЩИТА МИНИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ»

6.1 Задание

Проверить возможность самозапуска электродвигателей, питающихся от секционированных сборных шин подстанции, с устройством включения резерва АВР. При невозможности выполнения условия самозапуска предусмотреть защиту минимального напряжения для части неответственных электродвигателей.

Рисунок 6.1 – Расчетная схема для расчета режима самозапуска

Максимальный ток при к. з. на сборных шинах приведенный к высокой стороне трансформатора подстанции: Iк. max = 1,5 кА

Трансформатор типа ТДН-40000/115/6,6 кВ

Кабельная линия L = 0,30 км, худ. = 0,087 Ом/км

Электродвигатель Рном = 2000 кВт, Cosц = 0,85, kп = 7, n = 6

Мощность нагрузки Sн составляет 70 % от номинальной мощности трансформатора подстанции.

11.2 Решение

6.2.1 Расчет самозапуска электродвигателей

Расчет самозапуска необходим для выбора уставок защит элементов энергосистемы, а также для определения предельной мощности самозапускающихся электродвигателей, т. е. нахождение максимального количества электродвигателей, которые будут участвовать в самозапуске.

Задача расчета сводится к определению суммарного тока самозапуска электродвигателей и остаточного напряжения на их зажимах. Расчет самозапуска электродвигателей выполняется для наиболее тяжелого режима при остановленных электродвигателях.

Рисунок 6.2 –Схема замещения для расчета режима самозапуска

Ток в момент пуска или самозапуска электродвигателя равен току трехфазного к. з. за сопротивлением остановленного электродвигателя.

Для схемы, представленной на рисунке 6.1 при включении секционного выключателя устройством АВР после исчезновения напряжения на первой секции шин нагрузка Sн и электродвигатели ЭД переходят в режим самозапуска. Задача сводится к определению остаточного напряжения Uост (рисунок 6.2).

Найдем сопротивления схемы замещения для расчета самозапуска электродвигателей, представленной на рисунке 6.2.

Определим единичную номинальную мощность электродвигателя:

Определим номинальный и пусковой токи электродвигателя:

Суммарное сопротивление цепи питания:

где Iк. макс – максимальный ток к. з. за трансформатором подстанции

Сопротивление нагрузки второй секции шин с учетом электродвигателей:

где Sн – мощность обобщенной нагрузки секции шин

Sном – номинальная мощность электродвигателя

n – количество электродвигателей на одной секции шин

Сопротивление нагрузки первой секции шин:

где хн. отн – относительное сопротивление обобщенной нагрузки

Sном – номинальная мощность трансформатора

Сопротивление кабельной линии:

где худ. – удельное сопротивление кабеля, худ. = 0,087 Ом/км

Пусковое сопротивление одного электродвигателя:

Эквивалентное сопротивление всех электроприемников равно:

Суммарный ток самозапуска и нагрузки на шинах низкого напряжения подстанции:

Напряжение на секции шин равно:

Остаточное напряжение на электродвигателе находится по следующей формуле:

Условие самозапуска не обеспечивается. Поэтому необходимо исключить часть двигателей и заново проверить возможность процесса самозапуска для оставшихся электродвигателей.

Читать еще:  Газель двигатель 4216 горит лампа давления масла

Это возможно с применением защиты минимального напряжения, которое отключает электродвигатель при исчезновении напряжения питания и препятствует повторному автоматическому включению его после восстановления питания.

Для начало проверим возможность выполнения условия с 5 электродвигателями на каждой секции шин, т. е. исключаем из самозапуска по одному электродвигателю с каждой секции шин. Вновь проверим условия самозапуска для оставшихся двигателей.

Произведенные расчеты также не дали результатов. Поэтому повторяем операцию, т. е. исключаем по два электродвигателя с каждой секции шин.

Сопротивление нагрузки второй секции шин с учетом ЭД:

Эквивалентное сопротивление всех электроприемников равно:

Суммарный ток самозапуска и нагрузки на шинах низкого напряжения подстанции:

Напряжение на секции шин равно:

Остаточное напряжение на электродвигателе:

Условие самозапуска обеспечивается.

6.2.2 Защита минимального напряжения

Рисунок 6.3 – Принципиальная схема двухступенчатой защиты минимального напряжения

Напряжение срабатывания первой ступени защиты выбирается по условию обеспечения самозапуска электродвигателей и возврата реле при восстановлении напряжения после отключения к. з. и принимается:

Выдержка времени первой ступени отстраивается от действия токовой отсечки электродвигателя и принимается равным:

Напряжение срабатывания второй ступени защиты отстраивается от снижения напряжения на шинах, вызванного самозапуском и принимается:

Выдержка времени второй ступени защиты выбирается в зависимости от технологических условий работы электродвигателя и составляет:

Напряжение срабатывания реле-фильтра напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М должно быть отстроено от напряжения небаланса при нормальном режиме и при отклонениях частоты и принимается:

На рисунке 6.3 представлена принципиальная схема двухступенчатой защиты минимального напряжения. Схема работает следующим образом:

В нормальном режиме реле напряжения 1 и 2 сработаны и их контакты разомкнуты. При снижении напряжения на шинах до 70% и ниже номинального значения срабатывает реле 1 и через выдержку времени первой ступени отключает неответственные электродвигатели, которые не участвуют в процессе самозапуска. При снижении напряжения на шинах до 50% и ниже номинального значения срабатывает реле 1 и 2 и через выдержку времени первой и второй ступени отключают неответственные и ответственные электродвигатели, так как при такой посадке напряжения процесс самозапуска не осуществим и поэтому отключаются все электродвигатели. При неисправностях в цепях напряжения ТН появляются напряжения обратной последовательности, которые обнаруживает реле РНФ-1М и блокирует защиту минимального напряжения и одновременно сигнализирует дежурному персоналу о неисправностях в цепях напряжения (перегорание предохранителя 6 кВ трансформатора напряжения, обрыв провода от ТН и т. д.).

Что такое пусковой момент асинхронного двигателя, как его рассчитать и увеличить

Переход двигателя из покоя в рабочее состояние называют пусковым моментом асинхронного электродвигателя. При этом подразумевается, что на обмотки двигателя подано номинальное напряжение стандартной частоты. Этот временной промежуток называют «моментом трогания», «начальным моментом» или «начальный пусковой момент асинхронного двигателя». При этом электродвигатель потребляет максимальное количество электроэнергии. Она расходуется на преодоление тормозного момента вала, потерь в двигателе для придания вращательного момента механизмам. В этой статье мы расскажем читателям сайта Сам Электрик, как рассчитывается пусковой момент электродвигателя и как его можно увеличить.

  • Расчет пускового момента
  • Методы увеличения Мпуск
  • Схемы включения асинхронного двигателя
  • Способы снижения пусковых токов АД

Расчет пускового момента

Пусковой момент, который зависит от номинального усилия на валу и кратности пускового момента, можно вычислить по формуле:

  • Мн — номинальное усилие на валу электродвигателя;
  • Кпуск.— кратность пусков, паспортная величина, которая принимает значения от 1,5 до 6.

На практике применяют другую формулу:

Необходимые данные указываются на шильдике двигателя или в паспорте, где F1 — номинальные обороты.

Р2 равна номинальной мощности в кВт, является расчетной величиной.

Для того, чтобы узнать значение Р2, следует воспользоваться формулой, в которой учитываются пусковой ток, напряжение сети, скольжение. Эти данные можно узнать в паспорте, справочнике или на сайте завода-изготовителя.

Методы увеличения Мпуск

Из формулы видно, от чего зависит пусковой момент асинхронного двигателя и как увеличить его, изменяя параметры. Он зависит от мощности трехфазного двигателя и величины скольжения.

Мощность определяется по формуле, корень из 3 умноженный на напряжение и ток. Скольжение изменяет свое значение в зависимости от оборотов вала механизма. При оборотах двигателя равных нулю, скольжение принимает значение равное 1.

При разгоне электродвигателя оно уменьшается и стремится к нулю при достижении номинальных оборотов ротора. Для того чтобы увеличить пусковой момент, достаточно увеличить пусковой ток или питающее напряжение. Величину скольжения изменить нельзя.

Для примера приведем расчет пускового момента, используя паспортные данные некоторых двигателей. Результат сведен в нижеприведенную таблицу:

При этом следует помнить, что использование электродвигателя в механизмах с пусковым моментом, превышающим усилие двигателя на валу – недопустимо. В этом случае электродвигатель не сможет преодолеть потери в двигателе и тормозной момент механизма. Он просто выйдет из строя. Т.е. усилие электродвигателя недостаточно для нормальной работы устройства.

Схемы включения асинхронного двигателя

Для уменьшения воздействия пусковых токов применяются различные схемы включения. Это зависит от механизма и мощности электродвигателя.

Типовое включение двигателя осуществляется напрямую. Напряжение на обмотки подается через магнитный пускатель.

Во время пуска в сети возникает бросок тока, который превышает номинальный в 5-7 раз. Длительность зависит от мощности электродвигателя и нагрузки на валу. Чем мощнее устройство, тем длительнее период разгона.

В результате возникает понижение напряжения в сети, что отрицательно сказывается на аппаратуре, подключенной к этой цепи. Маломощные не оказывают существенного влияния на сети.

На графике снизу представлена зависимость тока от времени разгона электродвигателя:

При запуске мощного электропривода 10 и более кВт следует ограничивать пусковой ток. Это необходимо, чтобы сети не испытывали значительные перегрузки, в результате, которой происходит понижение напряжения сети, что приводит к нештатной ситуации.

Для этого применяются схемы переключения с треугольника на звезду, используются токоограничивающие устройства или частотные преобразователи.

Способы снижения пусковых токов АД

Уменьшить пусковые токи асинхронного двигателя можно несколькими способами. Перечислим их по порядку.

Наиболее распространенным методом, является запуск двигателя при пониженном напряжении. Для чего коммутируют обмотки асинхронного двигателя. В начальный момент пуска, обмотки переключают с треугольника на звезду. После набора оборотов коммутацию возвращают в первоначальное положение. При этом следует учитывать, что пусковой момент при таком запуске уменьшается. Например, при снижении напряжения в 1,72 (корень квадратный из 3) раза, момент уменьшится в три раза. Такой метод применяется при запуске механизмов с минимальной нагрузкой на валу, где установлены асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Так же ограничение токов во время запуска двигателя осуществляют включением последовательно с обмотками статора индукционных сопротивлений. В некоторых случаях для этих целей используются резисторы. После выхода двигателя на оптимальные режимы, резисторы шунтируются.

На рисунке снизу показаны варианты запуска при пониженном напряжении:

Пуск при пониженном напряжении

При уменьшении нагрузки на валу можно регулировать пусковые токи. В первоначальный промежуток времени подключается часть нагрузки. После достижения оптимальных оборотов, подается полная нагрузка.

Для мощных устройств применяют реостатный запуск. Такой пуск используют для приводов укомплектованных асинхронными электродвигателями с фазным ротором. Регулировка производится ступенчато, т.е. резисторы отключаются постепенно с набором скорости вращения. Таким образом обеспечивается плавный пуск.

На рисунке снизу представлена принципиальная схема запуска:

График токов при прямом и плавном пуске электропривода:

Наиболее щадящий запуск механизмов обеспечивает пуск с помощью частотного преобразователя. В этом случае частотный преобразователь самостоятельно выбирает оптимальные режимы. При этом можно увеличить пусковой момент, не повышая нагрузку на сети. Использование частотного преобразователя полностью исключаются нежелательные броски тока в сети.

Вот и были рассмотрены способы увеличения пускового момента асинхронного двигателя, а также правильный его расчет. Если остались вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector