&_ИДО_СТУДЕНТАМ_(Эл. энерг. СиС)_2013г.) / PDF_Уч. пос._Мастерова / глава9(2009)

9.4. Пуск двигателей

Пуск двигателей – нормальный переходный процесс, который заключается в переходе двигателей и соответствующих рабочих механизмов из непо-

движного состояния ( 0 ) в состояние вращения с нормальной скоростью

( 0 ).

Пуск двигателей рассматривается с точки зрения нормальной работы системы электроснабжения. При расчете пуска двигателей решаются такие основные задачи, как:

определение пускового тока двигателя;

определение остаточного напряжения на выводах двигателя;

определение пускового момента;

оценка возможности группового пуска двигателей.

Во время пуска двигатель должен развивать вращающий момент, необходимый для преодоления момента сопротивления механизма и для создания определенной кинетической энергии вращающихся масс агрегата. При этом он потребляет значительно большее количество энергии, чем в нормальном режиме, что сопровождается увеличением пускового тока. Кратность пускового тока по отношению к номинальному составляет при пуске с короткозамкнутым ротором – 5…8 , при реостатном пуске – 1,5…2.

Условия пуска обычно разделяют на легкие, нормальные и тяжелые [1]. При легких условиях требуемый момент в начале вращения составляет

10…40 % от номинального.

Кнормальным условиям относятся такие, при которых механизм требует пускового момента, равного 50…75 % от номинального.

Ктяжелым условиям относятся такие, при которых требуемый начальный момент составляет 100 % от номинального и выше.

Для облегчения тяжелых условий пуска в некоторых приводах применяются специальные механизмы: центробежные, гидравлические, сцепные и другие муфты, с помощью которых двигатель нагружается лишь после того, как он достигнет нужной скорости вращения и станет развивать соответствующий этой скорости механический момент.

Для управления пуском и ограничения пускового тока могут применяться пускорегулирующая аппаратура и специальные схемы пуска. Рассмотрим схемы прямого и реакторного пусков как наиболее распространенные в практике эксплуатации.

Прямой пуск производится по схеме, показанной на рис. 9.18, а. Двигатель включается на полное напряжение сети выключателем. Это наиболее простая схема, применяемая при пуске двигателей малой мощности. Достоин-

153

Самозапуск – это процесс восстановления нормального режима работы двигателей после кратковременного отключения источников питания или снижения напряжения. Основная задача самозапуска заключается в том, чтобы не допустить останова ответственных рабочих механизмов и, тем самым, предотвратить нарушение технологического процесса.

Переходный электромеханический процесс при кратковременных нарушениях электроснабжения потребителей с учетом самозапуска может быть условно представлен тремя периодами:

I – групповой выбег, характеризующийся затормаживанием двигателей, увеличением их скольжения. При этом между двигателями, подключенными к общим шинам, происходит переток мощностей за счет запасенной кинетической и электромагнитной энергии;

II – индивидуальный выбег, наступающий после того как напряжение на общих шинах снизится до 50 % от номинального или даже станет равным нулю. Двигатели при этом начинают затормаживаться в основном в соответствии с индивидуальными механическими характеристиками.

III – самозапуск, наступающий после восстановления напряжения на питающих шинах.

Перерыв питания должен быть таким, чтобы к моменту восстановления питания частота вращения самозапускаемых двигателей была больше нуля, и значение остаточного напряжения на зажимах электропремников должно быть таким, чтобы вращающий момент электродвигателей превышал статический момент сопротивления механизмов. Для этого иногда приходится в режиме самозапуска оставлять включенными только часть электродвигателей наиболее ответственных механизмов. Электродвигатели, самозапуск которых недопустим по условиям технологии или техники безопасности, обязательно должны отключаться защитой.

По условиям самозапуска электроприемники условно делятся на две группы:

1. Электроприемники с постоянным моментом сопротивления.

Двигатели этих приемников при кратковременном перерыве в электроснабжении быстро теряют частоту вращения и медленно разгоняются (шаровые мельницы, конвейеры, прокатные станы и т. п.). Для обеспечения самозапуска приводов таких электроприемников необходимо, чтобы после восстановления напряжения двигатель обладал моментом, равным (0,8…0,9) M ном , а время перерыва в электроснабжении должно

быть сокращено до минимума, чтобы не произошло значительного снижения частоты вращения.

156

2. Электроприемники, обладающие вентиляторными механиче-

скими характеристиками (центробежные насосы, вентиляторы, центрифуги и т. д.). Самозапуск двигателей этой группы электроприемников обеспечивается легче, поскольку их момент сопротивления уменьшается с уменьшением частоты вращения.

Практическая задача самозапуска состоит в том, чтобы не допустить массового отключения электродвигателей и обеспечить бесперебойную работу электроприемников.

Для выявления возможности самозапуска асинхронных двигате-

лей необходимо проверить, достаточен ли момент вращения двигателя для самозапуска (при пониженном напряжении) и установить значение дополнительного нагрева двигателя, вызванного удлинением времени разгона. При расчете самозапуска необходимо определить:

−выбег за время нарушения электроснабжения;

−напряжение и избыточный момент в начале самозапуска;

−время разгона;

−дополнительный нагрев двигателей;

−влияние самозапуска на режим работы СЭС.

Допустимое время и скольжение к моменту самозапуска может

быть найдено путем численного интегрирования. Определение напряжения на двигателях производится на основании схем замещения.

Наиболее характерная схема питания нагрузки, при которой осуществляется самозапуск, показана на рис. 9.20.

Скольжение двигателя к моменту самозапуска может быть определено численным интегрированием уравнения движения ротора двигателя.

Из схемы замещения (рис. 9.20, б ) следует, что напряжение на зажимах двигателя при самозапуске

определяемое при значении скольжения, соответствующем началу самозапус-

Еc

С

а

б

Рис. 9.20. Схема питания нагрузки:

а – принципиальная схема; б – схема замещения

При известном минимально допустимом напряжении самозапуска можно определить допустимое значение неотключаемой мощности двигателей.

Сопротивление двигателя в момент самозапуска

U 2

ZД ном , (9.30)

Sсз

где Uном – номинальное питающее напряжение электродвигателя;

Sсз – расчетная мощность двигателя при номинальном напряжении и

скольжении в момент самозапуска.

Приняв в (9.29) знак равенства, с помощью (9.30) найдем величину мощности:

Umin 1,1Mмех , (9.37)

M дв.max

где Mдв.min и Mдв.max − минимальный и максимальный моменты вращения двигателя соответственно.

Самозапуск синхронных двигателей обладает рядом особенностей по сравнению с асинхронными.

Если при понижении напряжения или при его кратковременном исчезновении синхронные двигатели не были отключены и не выпали из синхронизма, то при восстановлении напряжения происходит процесс самозапуска. Если двигатель выпадает из синхронизма и к моменту восстановления напряжения работает как асинхронный со скольжением s1, то процесс самозапуска надо рассматривать как пуск асинхронного двигателя, но осуществляемый от той промежуточной скорости, до которой успели затормозиться двигатели за время перерыва питания. Самозапуск отличается от пуска еще и тем, что возбужденный двигатель включается прямо на шины нагрузки без дополнительных сопротивлений в цепи возбуждения.

В задачу расчета самозапуска синхронного двигателя входят:

−проверка влияния самозапуска на нормальную работу потребителей, подсоединенных к шинам нагрузки, и на перегрузку элементов сети;

−определение необходимого для разворачивания агрегатов остаточного напряжения на выводах двигателей;

−установление момента двигателя, необходимого для надежного втягивания в синхронизм;

−определение времени пуска и перегрева двигателя.

Во время перерыва питания напряжение на выводах двигателя зависит от его ЭДС, которая уменьшается по мере выбега. Уменьшение скорости до 80 % от синхронной приводит к значительному (до 60…70 %) понижению напряжения. При форсировке возбуждения, которая обычно включается при снижении напряжения на 20…25 %, этого не происходит и напряжение остается в пределах нормального.

Допустимое снижение напряжения на шинах нагрузки во время самозапуска приближенно определяется следующими требованиями:

1)при совместном питании двигателей и освещения:

−при частых и длительных пусках U ≥ 0,9;

−при редких и кратковременных пусках и самозапусках

U ≥ 0 ,8…0,85;

160

2)при раздельном питании двигателей и освещения U ≥ 0,75…0,8 независимо частоты и длительности пусков и самозапусков;

3)при питании двигателей через блок-трансформаторы напряжение U ограничивается минимальным значением момента, требуемого

для разгона агрегата.

Наиболее тяжелыми оказываются условия самозапуска при скольжении 0,02…0,08. Если в этой зоне самозапуск обеспечивается, то в большинстве случаев он будет обеспечен по условию необходимого момента и при других скольжениях.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что понимается под узлом нагрузки?

2.С каких позиций рассматривается устойчивость нагрузки?

3.Что такое действительный предел мощности?

4.Что понимается под критическим напряжением?

5.Что представляют собой статические характеристики асинхронного двигателя?

6.По какому практическому критерию оценивается статическая устойчивость асинхронного двигателя?

7.По каким критериям оценивается статическая устойчивость комплексного узла нагрузки?

8.Каковы основные причины возникновения больших возмущений в узлах нагрузки?

9.Как определить предельное время перерыва питания двигателей по условию сохранения устойчивости?

10.Каковы особенности режима пуска двигателей?

11.Что такое самозапуск двигателей?

161