Министерство образования и науки Российской Федерации

Севастопольский государственный университет

Институт кораблестроения и морского транспорта

Кафедра судового электрооборудования

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению курсового проекта по дисциплине

«СУДОВОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД»

Тема: «Расчет режима пуска асинхронного двигателя от судового синхронного генератора соизмеримой мощности»

для студентов по специальности

25.05.07 Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики

профиль подготовки: Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики водного транспорта

всех форм обучения

Севастополь

2016

УДК 629.12.03(07)

М545

Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Судовой автоматизированный электропривод» для студентов специальности 25.05.07 Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики по профилю подготовки: Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики водного транспорта для всех форм обучения /Сост., К.П.Путилин, А.К. Пронина -Севастополь: Изд-во СевГУ, 2016-48 с.

Целью методических указаний является оказание помощи студентам при выполнении расчетно-графической работы по дисциплине «Судовой автоматизированный электропривод».

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры «Судовое электрооборудование», протокол № _ от ______ 2016 г.

Рецензент: канд. техн., наук, доцент Мазепов В.Г.

Введение

Прямой пуск асинхронного двигателя является наиболее характерным переходным режимом в судовой электроэнергетической системе. Пуск двигателя из неподвижного состояния сопровождается возникновением пускового тока, который в 5-7 раз превосходит номинальный ток двигателя. Большой пусковой ток при ограниченной мощности генераторов ЭЭС способен вызвать провал напряжения в сети, затяжной разгон двигателя и, как следствие, увеличенный нагрев машины. Прежде всего опасен нагрев обмотки статора. Так как потери в обмотках пропорциональны квадрату тока, то мощность пусковых потерь в 25÷50 раз превышает потери при номинальной загрузке. «Спасает» положение кратковременность переходного процесса разгона двигателя (в обычных условиях время пуска не должно превышать 2 сек).

При пусках мощных АД от судовой сети в ней могут возникать значительные провалы напряжения (провалом напряжения называют кратковременное его снижение). При включении двигателя в сеть из сети потребляется большой реактивный ток. Этот ток вызывает в синхронных генераторах размагничивание полюсов, создающих основной магнитный поток машины. Вследствие этого ЭДС и напряжение генератора падают. По мере разгона ток двигателя уменьшается, а напряжение восстанавливается.

Воздействие тока якоря на магнитное поле полюсов в теории машин получило название реакции якоря. Наиболее сильное размагничивающее действие реакции якоря имеет место при реактивном (индуктивном) характере тока. Именно такой ток возникает при пусках АД.

Заметим, что при расчетов режимов нагрузки размагничивающее действие реакции якоря учитывается через введение в рассмотренные так называемого индуктивного синхронного сопротивления . При этом ЭДС синхронного генератора Е представляется неизменной (идеальной) и зависящей только от тока возбуждения , а размагничивающее действие реакции якоря учитывается в виде падения напряжения от тока якоря на синхронном сопротивлении: . Тогда напряжение на выводях генератора (на шинах) будет определяться как разность:

.

При чисто индуктивном (отстающем) токе равном получаем:

,

т.е. наибольшее уменьшение напряжения, т.к. падение напряжения алгебраически вычитается из ЭДС генератора.

Для уменьшения больших провалов напряжения при увеличении реактивного тока нагрузки в синхронных генераторах предусматривается автоматическое увеличение тока возбуждения (АРВ). При этом система АРВ учитывает как величину, так и характер тока нагрузки (такие системы автоматики получили название систем амплитудно-фазового компаундирования). При использовании быстродейстующих систем АРВ провалы напряжения уменьшаются по длительности, но не исчезают. Начальный провал напряжения остается практически неизменным, так как система возбуждения СГ более инерционна, чем цепь статора.

При возникновении провала напряжения разгон двигателя затягивается. Увеличение же времени разгона при пуске всегда приводит к увеличению пусковых потерь и интенсивному нагреву обмотки статора АД.

В ряде эксплуатационных режимов, таких как снижение напряжения в сети, или повышенная нагрузка на двигатель, процесс разгона также может принять затяжной характер и вызывать увеличение пусковых потерь. Особенностью нагрева обмоток при пуске является то, что из-за тепловой инерции (или, как говорят, из-за большой постоянной времени теплоотдачи) вся энергия потерь идет на увеличение температуры меди обмоток. При этом, обмотка статора может оказаться перегретой при холодном корпусе машины. В этой связи по нормам эксплуатации допускается только три пуска подряд из холодного состояния, и два пуска – из нагретого состояния (после предварительной работы).

Перегрев обмотки, если он превышает норму, вызывает резкое температурное старение изоляции, что сокращает отведенный ресурс времени работы машины (обычно это 30 лет).

Снизить пусковые потери можно уменьшив время разгона за счет увеличения вращающего момента двигателя (увеличением пускового момента) или уменьшения пускового тока. Этим требованиям отвечают специально спроектированные асинхронные двигатели, предназначенные для частых пусков.

Важным фактором, определяющим величину пусковых потерь, является момент нагрузки на валу и момент инерции ротора двигателя. С их увеличением потери пуска будут возрастать.

Прежде чем сформулировать задачи на курсовое проектирование, рассмотрим физические закономерности, характерные для переходных режимов.

Переходный процесс разгона двигателя определяется уравнением второго закона Ньютона для вращательного движения:

(В.1)

где - вращающий момент двигателя, величина которого зависит от скорости ; - момент сопротивления рабочего механизма, который в общем случае также является функцией скорости ; J - момент инерции ротора двигателя и рабочего механизма - угловое ускорение ротора.

Разность вращающего момента двигателя и противодействующего вращению (полезного) момента сопротивления образует динамический (избыточный) момент:

Динамический момент будет определять знак ускорения:

• при > 0 имеем положительную производную от скорости, при которой скорость увеличивается;

• при < 0 – имеем отрицательную производную, при которой скорость уменьшается, (что характерно, например, для тормозных режимов);

• для случая = 0 вращение характеризуется постоянной, установившейся скоростью, производная которой равна нулю.

Решение дифференциального уравнения движения (В.1) дает зависимость скорости от времени, т.е функцию (t).