книги из ГПНТБ / Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей

вой зависимости индуктивного сопротивления от Сколь­ жения и может быть найдена аналитически. Если на­ чальное скольжение после перерыва питания синхронно­ го двигателя равно Зм, двигатель вводится в схему за­ мещения своим индуктивным переходным сопротивле­ нием по продольной оси:

Зависимость индуктивного сопротивления синхронно­ го двигателя можно найти также по характеристикам, полученным опытным путем. Индуктивные сопротивле­ ния двигателей, рассчитанные по формуле (4-3), срав­ нивались с частотными характеристиками двигателей, полученными экспериментально. Относительная погреш­ ность не превышала 5—7%.

Напряжение на зажимах асинхронного двигателя

сети.

Из выражения (4-4) видно, что при уменьшении со­ противления двигателя или увеличении сопротивления сети напряжение на зажимах статора двигателя при самозапуске снижается. Напряжение на асинхронном или невозбужденном синхронном двигателе будет равно половине напряжения системы при равенстве сопротив­ лений двигателя и сети (примерно половине номиналь­ ного напряжения двигателя).

При определении среднего значения напряжения дви­

50

Б. Определение напряжения при самозапуске с учетом влияния соседних нормально работающих двигателей

Выражения для эквивалентного сопротивления дви­ гателей, участвующих в самозапуске по формуле (4-6), и для определения напряжения двигателей по формуле (4-4) справедливы при расчете самозапуска, вызванно­ го отключением питания секции и непосредственным подключением этой секции через некоторый промежуток времени к ненагруженному источнику питания. Это име­ ет место, например, при автоматическом повторном включении питания (АПВ) линий электропередачи, автоматическом вводе резерва (АВР) на ненагруженный трансформатор или генератор, мощность которого на порядок больше номинальной мощности двигателей, участвующих в самозапуске.

В случае, если АВР двигателей происходит на пред­ варительно загруженный трансформатор, то при опреде­ лении напряжения необходимо учитывать влияние со­ седних нормально работающих двигателей (рис. 3-1). Эти двигатели в начальный момент включения следует рассматривать как дополнительные источники питания. Для момента включения они вводятся в схему замеще­ ния своими сверхпереходными э. д. с., а также пуско­ выми (для асинхронных) и сверхпереходными сопротив­ лениями (для синхронных) двигателей.

Сверхпереходные э. д. с. определяются приближен­ но из режима, предшествующего АВР.

Для асинхронного двигателя [Л. 1]

Еа-Д ^ 1 /дАГд.пЗШЧ»

иможет быть принята примерно 0,9 [Л. 29].

Для перевозбужденного синхронного двигателя (Л. 1]

тавшие двигатели, объединяются по тем же правилам, что и при расчете токов короткого замыкания.

Для примерного расчета все источники питания объединяются в один, эквивалентное напряжение кото-

52

poro t/"a~0,95—1,05. Большие значения соответствуют отсутствию нормально работавших асинхронных двига­ телей или преобладающей мощности синхронных двига­ телей, меньшие — отсутствию синхронных или преобла­ дающей мощности асинхронных двигателей.

Напряжение на двигателях, подключенных к шинам подстанции, получится на основании (4-1):

где эквивалентное сопротивление источников питания

эквивалентное сопротивление и э. д. с. двигателей, уча­ ствующих в самозапуске.

Напряжение при наличии соседних нормально рабо­ тающих двигателей, рассчитанное по (4-8), будет выше, чем напряжение двигателей; найденное по (4-1), по­ скольку х с . з < х с, а эквивалентная э. д. с. близка к еди­ нице. Физически это объясняется тем, что соседние нор­ мально работающие двигатели в начальный момент АВР служат дополнительными источниками реактивной мощности, повышая напряжение при самозапуске.

По величине напряжения в начальный момент АВР можно судить о дальнейшем состоянии работы двигате­ лей, которые до этого находились в нормальном режиме работы.

Проведенные экспериментальные исследования и расчеты показывают, что если напряжение, найденное по формуле (4-8), составляет приблизительно 0,5 номи­ нального и ниже, то указанные нормально работающие двигатели могут потерять устойчивость, что вызовет еще большее снижение напряжения на секции, и самозапуск всех двигателей пои этом будет неуспешным. При на­

53

пряжении, равном 0 , 8 номинального и ниже, на рабо­ тающих синхронных двигателях, как правило, начнет действовать форсировка возбуждения, которая стремит­ ся поднять уровень напряжения на секции. При напря­ жении выше 0 ,8 номинального форсировка возбуждения синхронных двигателей работать не будет и учитывать ее не следует.

Спустя некоторое время (0,3—0,5 с) после подклю­ чения резервного источника питания сверхпереходные и переходные процессы в двигателях прекращаются. Если нормально работающие двигатели не потеряли устойчи­ вости, то их роль как дополнительных источников реак­ тивной мощности несколько изменится.

Асинхронные двигатели переходят в нормальный двигательный режим и вновь потребляют реактивную

индуктивное сопротивление примерно равно синхронно­

му ИНДУКТИВНОМУ СОПрОТИВЛеНИЮ ПО ПРОДОЛЬНОЙ ОСИ Xd,

и двигатель отдает реактивную мощность в сеть. При наличии форсировки возбуждения э. д. с. синхронных двигателей принимается с учетом коэффициента форси­ ровки &ф = 1,4—1,8 . Насыщение можно не учитывать, так как по мере увеличения насыщения уменьшается не

разгона двигателей при самозапуске после затухания свободных процессов напряжение на шинах, к которым

54

а для среднего значений (за период частоты скольжения

4-2. РАЗГОН И НАГРЕВ ОБМОТОК АСИНХРОННЫ Х ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ САМ О ЗА П УСК Е

После подачи напряжения на двигатели, частично снизившие свою скорость вращения при перерыве элек­ троснабжения, их разгон происходит под действием вра­ щающего электромагнитного момента, называемого «мо­ ментом двигателя».

На вал ротора загруженного двигателя также дей­ ствуют момент сопротивления механизма, противопо­ ложный по знаку Электромагнитному вращающему мо­ менту, и тормозной момент двигателя, обусловленный потерями в активном сопротивлении цепи статора, поте­ рями в стали, механическими потерями и др. При рас­ чете самозапуска все моменты, действующие на вал двигателя, целесообразно рассматривать в относитель­ ных единицах. За единицу принимается номинальный момент двигателя на валу.

Характеристику вращающего момента асинхронного двигателя можно получить расчетным путем по извест­

55

На рис. 4-2 приведены характеристики вращающих моментов в зависимости от скольжения, построенные по формуле (4-14). Так, как согласно (4-14), момент опреде­ ляется по напряжению на статоре двигателя, то тм и sM в этой формуле не зависят от внешних сопротивлений.

Величина электромагнитного момента двигателя /им

редь меняет ха ((4-2) и (4-3)] и £/д. Поэтому более пра­ вильно представить формулу для определения характе­ ристики вращающего момента двигателя в общем виде:

Если внешнее индуктивное сопротивление хс.э равно нулю, т. е. питающая сеть является источником неогра­ ниченной мощности (изменение напряжения происходит в самом источнике), скольжение sMбудет неизменным и соответствовать скольжению sM, указанному в электри­ ческих параметрах двигателя. С увеличением хс сколь­ жение sM снижается. При работе от питающей сети од-

56

ного двигателя его скольжение $м* можно приближен­ но определить по каталожному значению простым пере­ счетом:

более чем на 25—30%. Чем большее количество двигате­ лей подключено к питающей сети, тем меньше изменя­ ются скольжения двигателей sM относительно каталож­ ных данных и тем труднее их расчет. Практические испытания и расчеты показывают, что при работе от питающей сети трех двигателей и более изменением скольжения sMот индуктивности хс.э можно пренебречь. В дальнейшем расчет группового самозапуска двигате­ лей производится без учета изменения sM.

Значения величин максимального момента и соответ­ ствующего ему скольжения являются основными пока­ зателями характеристики вращающего момента.

В ряде случаев представляется возможным получить реальную характеристику вращающего момента двига­ теля на испытательном стенде завода или действующем предприятии.

Однако характеристика, полученная методом прямо­ го пуска двигателя с расцепленным механизмом от сети с номинальным напряжением, может быть искажена

вобласти скольжений s '^ s M. Такое явление также на­ блюдается при прямом пуске двигателя от сети на хо­ лостом ходу механизма, имеющего малый момент инер­ ции. Искажение характеристик объясняется тем, что электромагнитные постоянные времени затухания токов

втеле ротора двигателя при достижении скольжения sM становятся соизмеримы с временем ускорения агрегата тj [Л. 23]. Полученная «динамическая» характеристика должна быть приведена к статической с помощью уни­ версальных характеристик вращающих моментов в со­ ответствии с [Л. 23]. Для получения «статической» ха­ рактеристики экспериментальным путем необходимо производить прямой пуск двигателя, имеющего на валу значительную массу, либо осуществлять пуск двигателя при пониженном напряжении. Расчет самозапуска с при­

менением экспериментальных характеристик дает боль-

57

шую точность по сравнению с использованием расчет­ ных, полученных из формулы (4-14).

Момент сопротивления механизма при расчетах самозапуска может быть принят без учета начального ста­ тического момента то, имеющего место только при пу­ ске из неподвижного состояния.

Если неизвестны заводские характеристики, то па­ раметры и характеристики механизмов можно опреде­ лить экспериментальным путем при пуске и выбеге агре­ гата (двигатель и механизм). В общем случае можно принять зависимости моментов сопротивления механиз­ мов от скольжения в соответствии с § 2-1. С целью упрощения расчетов потерями в активном сопротивле­ нии цепи статора 1 \г можно пренебречь, так как сопро­ тивление цепи статора мало.

Самозапуск двигателя произойдет только в том слу­ чае, если электромагнитный ускоряющий момент пре­ вышает момент сопротивления механизма не менее чем на 1 0 % во всем диапазоне скольжений от начального, имеющего место при восстановлении электроснабжения, до близкого к номинальному.

Процесс разгона при самозапуске анализируется на

^нач

Задача может быть решена графоаналитическим ме­ тодом [Л. 2]. Вся кривая зависимости момента от сколь­ жения разбивается на участки, для каждого из которых определяется среднее значение избыточного момента

58

A/ttj и приращение скольжения ASi (отрицательная ве­ личина). Тогда время разгона

t4163'

i- 1

Это выражение используется, если известны характе­ ристика электромагнитного момента двигателя, момент сопротивления механизма и время ускорения агрегата tj. Чем меньше шаг по скольжению Asit тем точнее рас­ чет времени самозапуска. Особенно важно уменьшить шаг по скольжению в области значительного изменения избыточного момента (в зоне sM> s ^ s H).

Из формулы (4-16) следует, что чем больше время ускорения агрегата t j и начальное скольжение (сколь­ жение в конце выбега), тем длительнее самозапуск дви­ гателя. Время самозапуска тем меньше, чем больше ма­ ксимальный и пусковой моменты и уровень напряжения двигателя в начальный момент самозапуска.

Перегрев обмоток электрических машин переменно­ го тока при самозапуске приближенно можно считать без учета теплоотдачи в окружающую среду [Л. 1, 14].

Существует несколько методов определения превы­ шения температуры обмоток машин переменного тока. Наиболее простым из них является метод, предложен­ ный заводом «Электросила» [Л. 14], основанный на квадратичной зависимости перегрева обмотки статора над температурой в нормальном режиме от плотности тока в обмотке:

плотность тока обмотки, А/мм2.

Перегрев обмотки ротора во время самозапуска за­ висит от разности энергий: 1 ) потребляемой двигателем из сети; 2 ) суммы израсходованной энергии на преодо­ ление момента сопротивления механизма и создание ускорения ротору, обеспечивающего восстановление но­ минальной частоты вращения.

Допустимые превышения температуры, рассчитанные по (4-17), не должны быть более45°С для изоляции класса А и 60 °С для изоляции класса В.

59