книги из ГПНТБ / Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей

му процессов при разгоне и вхождении в синхрбниШ синхронного двигателя после перерыва его питания мож­ но получить с помощью аналоговых вычислительных машин [Л. 33]. При этом одновременно можно вести наблюдение на экране осциллоскопа, уточнять парамет­ ры синхронного двигателя и записывать на бумагу инте­ ресующие величины, применяя шлейфовый осцилло­ граф.

Уравнения Парка—Горева записывают, исходя из векторной диаграммы в осях d и ц, жестко связанных с ротором (рис. 4-3). За положительное направление мощности принимается направление из сети в машину. В соответствии с принятыми условиями уравнения для напряжений, токов, потокосцеплений, моментов и мощ­ ности записываются в следующем виде:

где p = ± .

Уравнения решаются применительно к схеме заме­ щения синхронной машины с активно-емкостными свя­ зями, предложенной Д. А. Городским. Наличие одного успокоительного контура в каждой оси, как правило, достаточно для исследования возможности ресинхрони­ зации синхронных двигателей всех типов. Существенным упрощением структурной схемы модели является замена

70

первых двух уравнений системы на соответствующие:

—Ud.= 'фд + rid]

—Uq= —Ipd+ r/q,

что допустимо при синусоидальном изменении суммар­ ного потокосцепления синхронного двигателя [Л. 33].

Одновременный неучет трансформаторных э. д. с. рфй, рфд и э. д. с. вращения styd, позволяет провести

Рис. 4-3. Векторная диаграмма син­ хронного двигателя.

такую замену. Если предположить, что активное сопро­ тивление статора относительно мало, то

рфй+фд(1—S)

— (1—s) ф(2 + рфд= —Фй,

отсюда

Р ф й — si|>g = 0 ;

P^>q + S^d = 0.

Такая замена практически не отражается на резуль­ татах расчета ресинхронизации. Структурная схема син­ хронного двигателя, работающего от шин бесконечной мощности через внешнее сопротивление, приведена на рис. 4-4. При наборе коэффициентов схемы удобно вы­

71

бы при отсутствии возбуждения ток статора по продоль­

ивсегда равен нулю.

2.Измеряются переходные и сверхпереходные ин­ дуктивные сопротивления и постоянные времени по двум осям машины и сопоставляются с параметрами заводаизготовителя. В этом случае суммирующие точки и вы­ ходы усилителей Id и lq одновременно замыкаются на землю. При этом записываются и строятся зависимости

Id=fi(i) и Iq=fz(t), по которым определяются указан­ ные параметры машины.

3. Определяется характеристика асинхронного момен­ та двигателя. Характеристика строится по точкам, для чего вход и выход усилителя 9 отключаются. На вход усилителя 10 подается напряжение измерения от 0 до 100 В, что соответствует изменению скольжения от 0 до 0,5 с учетом выбранного выше масштаба. Значения асин­ хронного момента считываются с выхода усилителя 8. В зоне малых скольжений от 0 до 2s'd шаг измерения должен быть малым и не превышать 0,2s'd. Медленные колебания момента можно измерить по шкале вольт­ метра со средней нулевой отметкой или по осциллоско­ пу. В дальнейшем шаг измерения выбирается произ­ вольным, но не более 0,2s"a- Полученная характеристи­ ка момента сопоставляется с заводской или расчетной по формуле (4-19). Наиболее правильным является со­ поставление с характеристикой асинхронного момента, полученной экспериментально (по асинхронным режи­ мам загруженного двигателя без возбуждения и пуску двигателя на холостом ходу), если такая имеется. Сов­ падения скольжения s"d асинхронной характеристики, полученной на модели, и эталонной характеристики сле­ дует добиваться главным образом путем изменения по­

73

корректировки коэффициентов усилений по току стато­

ра в осях d и q. . . .

Исследования на аналоговых вычислительных маши­ нах (АВМ) еще раз подтверждают возможность при­

тивного сопротивления сети хс. Параметры двигателя,

71

Внешнее индуктивное сопротивление сети вводилось в сопротивление рассеивания двигателя по схеме сле­ жения тока статора {Л. 33]. При этом в уравнениях (4-31) к индуктивным сопротивлениям, содержащим индуктивности рассеяния статора, добавляется внешнее индуктивное сопротивление сети. Пунктирными линиями показаны результаты, полученные на АВМ. Как видно из графика, результаты расчета на АВМ для Т;<6 с и

При времени ускорения менее 6с начинает сказы­ ваться влияние динамических процессов. Характе­ ристики асинхронных моментов двигателя в области малых скольжений располагаются выше «статических», в результате чего ресинхронизация может происходить при несколько больших скольжениях, чем полученных аналитически при сопоставлении среднего скольжения по (4-29) со скольжением двигателя по (4-25) в асин­ хронном режиме (Scp^Sa.p).

На рис. 4-6 видно, что при работе двигателя в асин­ хронном режиме его скольжение, определяемое по ста­ тической характеристике асинхронного момента (кри­ вая 1), выше, чем скольжение scp. Поэтому по расчет­ ным данным, полученным аналитически, двигатель в синхронизм не войдет. Однако если принять во вни­ мание, что в динамике движения ротора характеристи-

75

ка асинхронного момента будет несколько искажена (кривая 2) в области скольжений меньших s"<i, то скольжение sCp>sa(Aim) и возбужденный синхронный дви­ гатель войдет в синхронизм.

4-4. СПОСОБЫ РЕСИНХРОНИЗАЦИИ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Источниками аварий на промышленных предприяти­ ях, в первую очередь на предприятиях с непрерывной технологией производства (химических, металлургиче­ ских, нефтегазовых и др.), в ряде случаев являются ко роткие замыкания (к. з.), происходящие в энергосисте­ мах и энергохозяйстве самих предприятий. Полностью устранить вероятность возникновения к. з. не представ­ ляется возможным, в частности, по причине атмосфер­ ных явлений (гроза, сильный ветер и т. д.).

Для ликвидации к. з. в настоящее время устанавли­ ваются быстродействующие защиты, время работы ко­ торых совместно с временем работы выключателей мо­ жет быть доведено до 0,12—0,15 с. Если к. з. происходит на питающей линии, то время перерыва питания потре­ бителей, подключенных к этой линии, увеличивается и определяется временем действия АПВ или АВР. Пере­ рыв электроснабжения может быть 0,5 с и более. При этом загруженные синхронные двигатели тормозятся и переходят в асинхронный режим. После восстановления напряжения начинается процесс, включающий в себя разгон двигателей и их ресинхронизацию.

Чем меньше перерыв электропитания, тем легче вос­ станавливается нормальная работа двигателей. При перерывах питания малой длительности (0,15 с и менее) синхронные двигатели могут ресинхронизироваться са­ мым простым способом, т. е. без применения средств, способствующих втягиванию двигателей в синхронизм. Следовательно, ресинхронизация синхронных двигателей после отключения близких к. з. наиболее надежно осу­ ществляется при таких схемах электроснабжения, где не создается нарушение питания потребителей на время, большее, чем длительность работы быстродействующих защит. Такую схему можно осуществить жестким под­

76

ииях, отходящих от этих шин. Тогда после отключения к. з. напряжение на зажимах статоров синхронных дви­ гателей восстанавливается без выдержки времени. Ма­ ксимальный ток статора двигателя, приблизительно рав­ ный перед отключением к. з. Га, при включении в про­ тивофазу возрастет до величины I" по формуле (3-6) в момент восстановления напряжения. Следовательно, максимальное значение апериодической составляющей тока статора будет не более

(4-32)

d "Г ЛС

Если двигатель отключается от сети, а затем вклю­ чается в сеть снова, что имеет место при АПВ или АВР, то максимальное значение апериодической составляю­ щей тока статора в момент включения равно значению его периодической составляющей, т. е. на величину Га больше, чем рассчитанное по формуле (4-32). Значение момента «несинхронного включения», являющегося пре­ пятствием для быстрого включения двигателя в сеть после отключения электропитания [Л. 1, 14], будет зна­ чительно больше, так как оно пропорционально квадра­ ту апериодического тока статора.

Следует отметить, что в случае группового выбега (см. гл. 2) электрически связанных двигателей, имею­ щих различные параметры и загрузки и приводящих во вращение неоднотипные механизмы, в двигателях про­ ходят токи статора. Эти токи обусловлены:

а) наличием остаточного напряжения на шинах сек­ ции;

б) тем, что одна часть отключенных двигателей пе­ реходит в режим генераторов активной мощности за счет большей, ранее запасенной энергии (индивидуаль­ но выбегают более медленно), а вторая часть двигате­ лей переходит в режим потребления активной мощности за счет меньшей запасенной энергии (индивидуально выбегают более быстро). Поэтому максимальное значе­

Экспериментальные исследования и расчеты на АВМ показали, что величина токов статора при групповом выбеге с участием форсировки возбуждения синхронных двигателей, как правило, не превышает номинальных

П

т о к ов д в и г а т е л е й и зн а ч и т ел ь н о н и ж е п ер ех о д н ы х ток ов

в момент отключения к. з.

Для того чтобы выявить предельный угол отключе­ ния к. з. бдр и таким образом установить допустимое время к. з., после отключения которого сохраняется устойчивая работа загруженного синхронного двигателя,

где бр находится из нормального режима работы дви­ гателя и приблизительно равен, град, без учета явнополюсности ротора:

8p = arcsin ^макстс

Формула (4-33) справедлива только при постоянных значениях всех тормозных моментов, действующих на вал двигателя, тогда как в действительности момент т'Т характеризуется сложной зависимостью от времени и ча­ стоты вращения [Л. 22, 34]. Однако для инженерных рас­ четов определения устойчивости загруженного двигателя после отключения к. з. вполне допустимо считать сред­ нее значение т'г постоянным и приблизительно равным:

Если угол б за время к. з. не превысил бПр, то самозапуск обеспечивается практически без участия асин­ хронного момента и не требует никаких дополнительных средств ресинхронизации. Переходя к определению до­ пустимого времени к. з., получаем соотношение

где Tjh— время ускорения нагруженного агрегата, с. Разность углов, бцр—бр достаточно точно можно опре­

делить, применяя известное положение теории динами­ ческой устойчивости синхронных машин: площадка тор­ можения (на диаграмме угловых характеристик) при к. з. должна быть равна площадке ускорения на угловой характеристике двигателя после начала восстановления напряжения.

Как уже отмечалось, после отключения к. з. и при восстановлении напряжения на двигатель-, помимо мо-

78

Ментов сопротивления и торможения, будут действовать асинхронный момент, момент явнополюсности и пере­ ходный синхронный момент. Однако основным из этих моментов, способным втянуть загруженный двигатель

Рис. 4-7. Расчетная зависимость допустимого време­ ни отключения близкого к. з. быстродействующей за­ щитой, при котором сохраняется устойчивая работа синхронного двигателя ВДС-375-130-24 с £3= 1,0, от индуктивного сопротивления сети и времени ускоре­ ния агрегата.

в синхронизм, является переходный синхронный момент, равный:

79