5. Самозапуск двигателей

Самозапуском двигателей называется процесс восстановления нормальной работы двигателей без вмешательства персонала после кратковременного перерыва электроснабжения или глубокого снижения напряжения.

Весь процесс самозапуска можно разделить на два этапа.

Первый этап – это процесс от момента отключения (или снижения напряжения) до момента восстановления питания электродвигателей. В течение этого этапа происходит выбег агрегатов, т.е. их торможение под действием момента сопротивления механизма.

Второй этап – это собственно самозапуск агрегатов, он начинается от момента восстановления питания, включает разгон механизмов и заканчивается восстановлением нормального рабочего режима. Разгон происходит при сниженном напряжении, значение этого напряжения зависит от параметров сети, от параметров разгоняющихся двигателей и присоединенной нагрузки.

Для успешного самозапуска значение напряжения после восстановления электроснабжения должно быть достаточным для обеспечения положительного значения избыточного момента, при котором восстанавливается нормальный технологический режим агрегатов без перегрева двигателей.

Расчеты режимов самозапуска выполняются для различных целей: для проверки допустимости режимов работы электротехнического оборудования, возможности восстановления режимов работы электроприводов, правильности настройки уставок устройств релейной защиты и автоматики, для выявления наиболее тяжелых режимов и разработки необходимых мероприятий по восстановлению нормальной работы электротехнического оборудования.

В зависимости от целей в настоящее время используются различные методики расчета самозапуска с различной степенью сложности.

На первом этапе анализа и рассмотрения режимов самозапуска рекомендуется методика упрощенного расчета. Расчет самозапуска по этой методике заключается в проверке возможности самозапуска. Для этого необходимо выяснить достаточен ли момент вращения при восстановлении питания для доведения двигателей до рабочей скорости.

Рассмотрим этапы расчета самозапуска на примере расчетной схемы, приведенной на рис.5.1.

При исчезновении напряжения на шинах электродвигателей происходит выбег агрегатов, т.е. их торможение под действием момента сопротивления механизма.

Рис. 5.1. Расчетная схема

При перерыве питания ряда электродвигателей на первом этапе происходит групповой выбег. Особенностью группового выбега является то, что некоторое время все двигатели, подключенные к шинам питания выбегают во взаимной связи друг с другом. Выбег асинхронных двигателей остается групповым, пока напряжение на общих шинах не снизится примерно до 25 % номинального [11]. Далее выбег продолжается как индивидуальный в соответствии с собственными значениями момента сопротивления и механической постоянной инерции.

Выбег всех агрегатов происходит с одной и той же механической постоянной всех агрегатов:

(5.1)

где - инерционная постоянная времени i-го агрегата;

- номинальная мощность i-го агрегата;

- суммарная номинальная мощность всех агрегатов;

весовые коэффициенты по активной мощности.

Эквивалентное скольжение в исходном режиме может быть определено в соответствии с выражением (3.14).

Эквивалентный момент сопротивления, усредненный для исходного скольжения (нормальный режим) определяется по выражению:

, (5.2)

где - момент сопротивления i-го механизма,

- весовой коэффициент по активной мощности i-го агрегата.

Для всей группы обесточившихся двигателей групповой выбег происходит с одним и тем же изменением скорости вращения. И через время t перерыва питания эквивалентное скольжение двигателей можно упрощенно определить по выражению [11]:

(5.3)

Для определения напряжения на зажимах двигателей после восстановления питания необходимо определить сопротивления двигателей, участвующих в самозапуске. Расчетное сопротивление заторможенного двигателя в момент восстановления питания определяется по выражению:

, (5.4)

где - сопротивление двигателя при его работе в номинальном режиме,

- кратность пускового тока двигателя при скольжении в момент восстановления питания, определяемая по выражению [11]:

, (5.5)

где - кратность пускового тока (паспортное значение),

- критическое скольжение двигателя определяется по (4.10). Схема замещения расчетной схемы (рис.5.1) при самозапуске приведена на рис.5.2.

Рис. 5.2. Схема замещения

Напряжение в момент восстановления питания определяется по выражению:

, (5.6)

где .

Для определения возможности успешного самозапуска проверяется условие:

(5.7)

Если условие (5.7) выполняется, самозапуск будет обеспечен.

Момент вращения определяется по выражению (4.7) либо (4.8) при полученных значениях напряжения и эквивалентном скольжении . Момент сопротивления агрегата определяется по выражению (4.11) при полученных значениях скольжения в момент восстановления питания.

Пример 5.1. Для условий задачи, указанных в примере 4.1 проверить возможность группового самозапуска двигателей М1 и М2 при исчезновении напряжения на первой секции шин (рис.4.4) и восстановлении питания после срабатывания АВР и включения секционного выключателя через 1,5 с. Определить начальное напряжение на шинах первой секции в момент восстановления ее питания.

Решение.

Для определения эквивалентных параметров при групповом выбеге выполним расчеты.

Определим постоянные времени агрегатов двигатель-механизм по выражению (4.2):

с,

с.

Определим эквивалентную постоянную времени двигателей М1 и М2 по выражению (5.1):

с.

Определим эквивалентный момент сопротивления двигателей М1 и М2 по выражению (5.2):

.

Эквивалентное скольжение двигателей М1 и М2 в исходном режиме согласно выражения (3.14) равно:

.

Через 1,5 с после исчезновения напряжения эквивалентное скольжение двигателей определим по выражению (5.3):

.

Значение критического скольжения для каждого из двигателей, участвующих в самозапуске (М1 и М2) определим по выражению (4.10):

,

.

Кратность пускового тока при скольжении в момент восстановления питания найдем по выражению (5.5)

для двигателя М1:

,

для двигателя М2:

.

Сопротивление двигателей М1 и М2 при скольжении определим по выражению (5.4).

,

.

Расчетная схема замещения при восстановлении питания и скольжении двигателей М1 и М2 будет иметь вид (рис.5.3).

Рис.5.3

Начальное напряжение в момент восстановления питания можно определить с помощью программы TKZ или по выражению:

(5.8)

где

.

Вращающий момент двигателей М1 и М2 при скольжении и =0,77 определим по выражению (4.8):

,

.

Момент сопротивления при скольжении для каждого из агрегатов найдем по выражению (4.8)

,

.

Проверим условие успешного самозапуска.

Вращающий момент для каждого из двигателей первой секции оказался меньше момента сопротивления:

0,54 < 0,596 ,

0,52 < 0,595 .

Условие (5.7) успешного самозапуска для двигателей М1 и М2 не выполняются, следовательно, после восстановления питания через 1,5 с двигатели М1 и М2 будут продолжать тормозиться и в конечном итоге остановятся, самозапуска не произойдет.

При увеличении ЭДС эквивалентного источника до Е = 1,2 напряжение в момент восстановления питания будет равно:

.

Вращающие моменты двигателей М1 и М2 при скольжении и напряжении 0,5 будут равны:

,

.

Проверим условие успешного самозапуска:

.

Условие (5.7) успешного самозапуска выполняется, следовательно, после восстановления питания двигатели запустятся.