5.8.3 Оценка возможности самозапуска

Целью данного раздела является расчёт процесса восстановления нормальной работы электропривода без вмешательства персонала после кратковременного перерыва электроснабжения или глубокого снижения напряжения.

Главная задача самозапуска – сохранить работоспособность технологической линии и наиболее полно использовать средства автоматизации СЭС.

При кратковременном нарушении электроснабжения самозапуск обычно допустим как для самих механизмов, так и для их ЭД.

Промышленные механизмы, обычно участвующие в самозапуске, могут быть разделены на две группы:

– механизмы с постоянным моментом сопротивления, не зависящим от частоты вращения (конвейеры, дробилки и т.д.);

– механизмы, у которых основной момент сопротивления, зависит от частоты вращения (вентиляторы, центробежные насосы и т.д.).

Если невозможно обеспечить самозапуск всех ЭД, то в первую очередь необходимо обеспечить самозапуск ЭД ответственных механизмов первой категории по надёжности электроснабжения, отключение которых по условиям технологии недопустимо.

При расчёте выбега и разгона необходимо знание зависимости момента сопротивления механизма (m) от скольжения, которая чаще всего задана в виде:

, (5.8.11)

где – начальный момент прио.е.; для характерных механизмов принимается следующим: для конвейеров=1,0, воздушных центробежных насосов=0,1 о.е.; для водяных центробежных насосов=0,2 о.е.

- коэффициент загрузки;

–показатель степени, характеризующий механизм. Для механизмов с постоянным моментом сопротивления . К ним относятся транспортёры, дробилки, шаровые мельницы, поршневые компрессоры. Для линейной зависимости момента сопротивления от частоты вращения. К таким механизмам можно отнести двигатель-генератор. Для механизмов с вентиляторной механической характеристикой, к которым относятся центробежные насосы, вентиляторы,, либо.

Расчёт самозапуска асинхронных двигателей.

Определение возможности самозапуска АД в итоге сводится к решению двух вопросов:

– установлению достаточности вращающего момента ЭД с учётом пониженного при этом напряжения;

– определению дополнительного нагрева ЭД, вызванного увеличенным временем разгона.

При расчёте самозапуска необходимо определить:

– выбег за время нарушения электроснабжения;

– сопротивление ЭД и сети;

– напряжение и избыточный момент ЭД;

– время самозапуска и дополнительный нагрев.

Механическая постоянная времени механизма и ЭД определяется выражением:

=, (5.8.12)

где – момент инерции механизма и ЭД, приведённый к валу ЭД, ;

n₀ – синхронная частота вращения ЭД, об./мин.;

–номинальная мощность ЭД, кВт.

Частота вращения за время нарушения электроснабжения для механизмов с постоянным моментом сопротивления определяется по выражению:

, (5.8.13)

где n– частота вращения до которой происходит выбег, о.е.;

–момент сопротивления механизма, о.е.;

–время нарушения электроснабжения, с.

Выбег для механизмов с вентиляторным моментом сопротивления определяется по универсальным кривым [17], либо расчетом численным методом.

Рис. 5.8.5 – Схемы питания и замещения

Напряжение самозапуска при питании от источника бесконечной мощности с учётом активного сопротивления (рисунок 5.8.5), определяется последующему выражению:

, (5.8.14)

где

; (5.8.15)

; (5.8.16)

(5.8.17)

(5.8.18)

. (5.8.19)

Пусковая мощность при номинальном напряжении определяется выражением, кВּА:

; (5.8.20)

Кратность пускового тока ЭД при скольжении s:

. (5.8.21)

В выражениях (5.8.14-5.8.22):

- пусковая мощность, кВּА

–базисная мощность, кВּА;

–номинальная мощность ЭД, кВּА;

–напряжение на зажимах ЭД при самозапуске, о.е.;

–напряжение источника питания, о.е.;

–номинальное напряжение ЭД, кВ;

–базисное напряжение, кВ;

–полное сопротивление ЭД, нагрузки и эквивалентное сопротивление ЭД и нагрузки соответственно, о.е.;

–индуктивное сопротивление системы, трансформатора, линии, ЭД и нагрузки соответственно, о.е.;

–активное сопротивление линии, ЭД, нагрузки и эквивалентное сопротивление ЭД и нагрузки, о.е.;

–номинальная мощность ЭД, кВт;

–номинальный КПД ЭД;

–номинальный коэффициент мощности;

–коэффициент мощности при самозапуске;

–скольжение на начальном этапе самозапуска;

–критическое скольжение;

–кратность пускового тока по каталогу.

Возможно пренебрежение активным сопротивлением, в случае когда выполняется условие:

. (5.8.22)

Тогда напряжение самозапуска без учёта активного сопротивления:

, (5.8.23)

где

(5.8.24)

По условиюнеобходимого момента вращения самозапуск обеспечивается, если выполняются следующие условия:

1) для механизмов с постоянным моментом сопротивления

, (5.8.25)

2) для механизмов с вентиляторным моментом сопротивления

, (5.8.26)

где – минимальный момент вращения ЭД, о.е.;

–максимальный момент вращения ЭД, о.е.;

–момент сопротивления механизма при номинальной скорости, о.е.

Длительность самозапуска определяется следующими выражениями:

1) при постоянном избыточном моменте ЭД

, (5.8.27)

где – скольжение в начале самозапуска;

–избыточный момент ЭД, о.е.

2) при переменном избыточном моменте время самозапуска определяется в соответствии с формулами [17], либо расчетывается численным методом [50].

Дополнительный нагрев статорной обмотки ЭД при самозапуске, С:

, (5.8.28)

где - дополнительный нагрев статорной обмотки ЭД при самозапуске,С;

–плотность тока в обмотках, (рекомендуется принимать);

–кратность пускового тока при скольжении

Дополнительный нагрев допускают до 135 С.

Нагрев стержней ротора при самозапуске, С:

, (5.22.18)

где – нагрев стержней ротора при самозапуске,С

–средний пусковой момент, кВтс;

–масса стержней ротора, кг.

Для одноклеточных АД допустимый нагрев ротора равен 250 С и для двуклеточных – 300С.

Практически нагрев ротора следует проверять при продолжительности самозапуска более 10 с.

Методика расчёта самозапуска СД аналогична методике для АД. Ток самозапуска определяется по характеристике I= f(s). По условию необходимого момента вращения обычно наиболее тяжёлой является зона входного момента (s = 0.02-0.08). Подробное описание расчёта самозапуска СД приведено в [17].

Приведённый выше метод является упрощённым и как следствие даёт значительную погрешность. Поэтому, при выполнении дипломного проекта, предпочтение отдаётся численным методам расчёта самозапуска [50], которые помимо всего прочего, позволяют учитывать изменение активного сопротивления в момент выбега, а также вид механизма при помощи показателя степени в выражении (5.22).