9.2. Пуск и самозапуск асинхронных электродвигателей

Основным способом пуска АД является прямой пуск от полного напряжения электрической сети. Из пусковых характеристик АД (см. рис. 9.2) следует, что при разгоне вплоть до скольжений, меньших критического, двигатель потребляет из сети значительную реактив­ную мощность. За счет реактивной мощности существенно увеличива­ется ток статорной обмотки. Это приводит к увеличению падения напряжения в элементах системы электроснабжения, находящихся в цепи питания АД, следовательно, к снижению напряжения на выводах АД в период пуска.

Снижение напряжения на шинах РУ, от которых питается запускае­мый АД, оказывает неблагоприятное влияние как на двигатель в свя­зи с уменьшением электромагнитного момента, так и на другие потре­бители электроэнергии, подключенные к этому РУ.

Самозапуском АД узла промышленной нагрузки называется ре­жим, возникающий после кратковременного перерыва и автоматиче­ского восстановления электроснабжения. Самозапуск АД необходим

для обеспечения устойчивости технологических процессов непрерывных производств при аварийных ситуациях в системе электроснабжения, вызванных, например, короткими замыканиями или отключением выключателя в цепи питания узла нагрузки. Двигате­ли, участвующие в самозапуске, при кратковременных перерывах электроснабжения от электричес­кой сети не отключаются.

Длительность перерыва в электроснабжении в зависимости от кон­кретных условий составляет от десятых долей секунды до одной-двух секунд, и большинство АД не успевает затормозиться до полной оста­новки. Поэтому после автоматического восстановления электроснаб­жения разгон АД начинается с некоторой остаточной частоты враще­ния. В отличие от режима пуска в режиме самозапуска может участво­вать несколько двигателей, т. е. самозапуск является групповым. Сни­жение напряжения в узле промышленной нагрузки при самозапуске больше, чем при пуске АД. Поэтому необходимо определение расчет­ных условий группового самозапуска. Общая схема узла промышлен­ной нагрузки для определения расчетных условий пуска или группово­го самозапуска АД приведена на рис. 9.3. Узел промышленной комплексной нагрузки моделируется секцией распределительного устрой­ства, к которой подключены АД и несиловая нагрузка, учитываемая статическими характеристиками P_nр,Q_nр.

Двигатели в общем случае удалены от секции РУ за комплексными сопротивлениями Z_вд, отражающими сопротивления, находящиеся между выводами АД и секцией РУ. Система электроснабжения отно­сительно узла промышленной нагрузки может быть представлена схе­мой замещения, состоящей из эквивалентной ветви с комплексным сопротивлением Z_c = R_c + jх_с и источника ЭДС е_с бесконечной мощ­ности.

Расчеты пуска или группового самозапуска АД целесообразно осуществлять в относительных единицах. Независимыми базисными величинами являются базисная мощность S_б, принимаемая равной номинальной мощности ближайшего трансформатора, и базисное напряже-

ние, принимаемое равным номинальному напряжению узла нагрузки. Параметры режима АД целесообразно определять в относительных единицах, когда за базисную мощность принята полная номинальная мощность двигателя.

Параметры режима узла промышленной нагрузки (рис. 9.3) опреде­ляются уравнениями, характеризующими режим:

где U_у и I_у — напряжение на шинах РУ и узловой ток; I_a, I_nр — токи АД прочей нагрузки; U_в.д. — напряжение на выводах АД; S_hom.a - полная номинальная мощность АД.

Уравнения, характеризующие параметры режима АД:

где Р_а, Q_а, М_а — активная и реактивная мощности и электромагнитный момент АД; Z (s) — входное комплексное сопротивление АД, опреде­ляемое выражением (9.8); Р_ном.а — номинальная мощность на валу АД

Уравнение электромеханических переходных процессов АД имеет вид:

где Т_ja – электромеханическая постоянная времени агрегата АД –

механизм; _а — частота вращения ротора АД; М_мех — момент сопротивления механизма.

Уравнение, характеризующее момент сопротивления механизма, имеет вид:

где М₀ — момент сопротивления механизма при _а = 0; М_у — момент сопротивления механизма в установившемся режиме АД при _а = _уi; _а — показатель степени, характеризующий зависимость момента со­противления механизма от частоты вращения ротора. Выбором соот­ветствующих значений М₀ и _а можно достаточно точно характеризо­вать большинство промышленных механизмов.

Система уравнений (9.23)-(9.32) характеризует узел промышлен­ной нагрузки с АД как в переходных процессах, так и в установив­шемся режиме. Расчетам процессов пуска или группового самозапус­ка АД предшествует расчет установившегося режима узла нагрузки. Исходными данными для расчета установившегося режима помимо параметров схемы замещения узла нагрузки (рис. 9.3) и параметров схемы замещения АД, определенных по каталожным данным, явля­ются: коэффициенты загрузки АД по моменту на валу двигателя; прочая нагрузка р_н.пр, Q_н.пр; напряжение на шинах РУ узла нагруз­ки. В установившемся режиме АД уравнение (9.31) примет вид М_а = М_мех.

В установившемся режиме, предшествующем пуску или групповому само запуску АД, определяются параметры установившегося режима АД, узла нагрузки в целом и ЭДС е_с электрической системы.

При расчетах переходных процессов, соответствующих режиму пус­ка АД, систему уравнений (9.23) —(9.30) следует дополнить началь­ными условиями к дифференциальным уравнениям электромеханиче­ских переходных процессов в АД [см. (9.31)]. Для запускаемого дви­гателя начальным значением частоты вращения ротора является _а(0) = 0, для остальных, подключенных к шинам РУ, _а(0) = _у. Решение системы алгебраических уравнений (9.23) —(9.30) осуществляется на каждом шаге интегрирования уравнений (9.31) электромеханических переходных процессов в АД.

Начальными значениями частоты вращения роторов при расчетах группового самозапуска являются _а(0) = _ост где остаточная частота АД в момент восстановления электроснабжения _ост зависит от вре­мени перерыва в электроснабжении Т_п узла нагрузки и может опреде­ляться путем интегрирования (9.31) на этапе перерыва в электроснаб­жении.