Глава 11. Пуск и самозапуск электрических двигателей

Рис. 11.6. Расчетная схема узла промышленной ком­плексной нагрузки с АД

_О

степени, характеризующий зависимость мо­ мента сопротивления механизма от частоты вращения ротора. ц -у -у --у в общем случае определение возможно-

_J7-

_О

Л+/£

~ сти самозапуска АД складывается из следу­ ющих трех этапов: 1) расчет предшествую- i„_P щего установившегося режима узла ^p_np⁺jQ_np нагрузки; 2) определение снижения частоты U._n—|— —|— вращения АД за время перерыва питания и

АДК-М

АДК-

скольжения к моменту восстановления на­пряжения; 3) определение напряжения на выводах двигателей, вращающегося элект­ромагнитного момента и момента сопро­тивления механизма после восстановления электроснабжения.

Q_np. Двигатели в

Расчет предшествующего самозапуску АД установившегося режима узла на­грузки. Общая схема узла промышленной комплексной нагрузки для опреде­ления установившегося режима и расчетных условий пуска и группового са­мозапуска АД приведена на рис. 11.6. Узел нагрузки представляет собой секцию распределительного устройства, к которой подключены АД и прочая

нагрузка, учитываемая статическими характеристиками Р

общем случае удалены от секции РУ за комплексными сопротивлениями Z_aa, отражающими наличие элементов электрической сети (например, кабелей), находящихся между выводами АД и секцией РУ. Система электроснабжения относительно рассматриваемого узла нагрузки может быть представлена схе­мой замещения, состоящей из эквивалентной ветви с комплексным сопротив­лением Z_c = R_c + jX_c и источника ЭДС Д, бесконечной мощности.

Исходные данные для расчета установившегося режима узла нагрузки: ко­эффициенты загрузки АД по моменту на валу двигателя; прочая нагрузка /* , 0„ _пр; напряжение на шинах РУ узла нагрузки. В установившемся режиме АД уравнение (11.17) примет вид М_э ~ М_жх.

В режиме, предшествующем пуску или групповому самозапуску АД, опре­деляют:

• параметры установившегося режима АД по уравнениям (11.3) — (11.5), (11.18);

• узла нагрузки в целом и ЭДС Е_с электрической системы в относитель­ных единицах по соотношениям

■ZJ_y;

U =Е

— У —с

U =U -Z I

-=<в.д —у —в.д -i

(11.20) /_y=/_np+Z/.,-

ном( /')

(11.21) (11.22)

где И... /.. — напряжение на шинах РУ и узловой ток; /.„ /_п„ — токи АД и про-

11.2. Пуск и самозапуск асинхронных и синхронных двигателей 367

чей нагрузки; S_H0M — полная номинальная мощность АД; U_BR — напряжение на выводах двигателей. За базисные величины приняты номинальное напря­жение сети и номинальная мощность ближайшего трансформатора 5₆ = S_{H0M T}.

Определение снижения частоты вращения АД за время перерыва питания и скольжения к моменту восстановления напряжения. При коротких замыканиях и отключениях выключателей в цепи питания узла нагрузки с асинхронными двигателями происходит групповой выбег АД, связанных друг с другом через общие шины РУ.

Групповой выбег АД на значительном интервале времени является син­хронным, т. е. характеризуется одинаковой средней частотой вращения. Дви­гатели, имеющие больший запас кинетической энергии (с большими электро­механическими постоянными времени Г_Уа), переходят в генераторный режим работы и имеют дополнительный тормозной момент по сравнению со свобод­ным выбегом

T_Ja^=-M₃-M_MCX. (11.23)

Двигатели с меньшим запасом кинетической энергии (с меньшими Г_Л) пе­реходят в двигательный режим и благодаря дополнительному электромагнит­ному моменту (11.17) тормозятся с меньшей скоростью, чем при индивиду­альном выбеге, когда М_э = 0.

Таким образом, скорости выбега двигателей выравниваются, что и обу­словливает синхронность их выбега. Поскольку источниками ЭДС, поддержи­вающими напряжение на шинах РУ, являются внутренние ЭДС двигателей, такой выбег характеризуется также единой частотой напряжения в узле на­грузки.

Частота синхронного группового выбега ю_э может быть определена путем интегрирования уравнения

" ■^Уно_М(/) d(Q, _ у d(u₃ (\\-)А\

<=' Лом.э ^{dt dt}

из состояния установившегося режима до времени восстановления электро­снабжения; 5_{И0М э} — эквивалентная мощность асинхронных двигателей узла нагрузки,

м

**ном.э ⁼ £ ^ном(;) > (11 -25)

/ = 1

T_j3 — эквивалентная электромеханическая постоянная времени агрегатов дви­гатель-механизм, м

2- Л/а,/ "ном(0

7},=*=Ч ■ (11-26)

368 Глава 11. Пуск и самозапуск электрических двигателей

Начальное скольжение двигателей при самозапуске вычисляют по соотно­шению

*_нач=1-со_э. (11.27)

Определение напряжения на выводах двигателей, вращающего электромаг­нитного момента и момента сопротивления механизма после восстановления электроснабжения. Разгон асинхронных двигателей, участвующих в самозапу­ске, происходит под действием электромагнитного момента, величина кото­рого зависит от квадрата напряжения (11.3), (11.18). Поэтому анализ процес­са разгона электродвигателей невозможен без определения напряжения на их зажимах.

В общем случае расчет напряжения на выводах двигателей, подключенных к электрической сети, выполняется для расчетной схемы (см. рис. 11.6) по уравнениям узловых напряжений (11.20)—(11.22) и уравнениям режима АД (11.3)-(11.5).

Расчет самозапуска АД осуществляется путем интегрирования уравнений электромеханических переходных процессов (11.17) для каждого двигателя, подключенного к узлу промышленной нагрузки с учетом соотношения (11.27) в качестве начального условия переходного процесса.

Для приближенной оценки возможности самозапуска АД может быть ис­пользована методика на основе определения минимального допустимого ос­таточного напряжения на выводах двигателей.

Известно, что ток, протекающий в обмотке статора /_: в момент восстанов­ления питания АД, достигает значений близких к пусковому /_п и сохраняет практически неизменной свою величину на достаточно большом интервале частот вращения двигателя. Одновременно величина электромагнитного мо­мента АД близка к значению пускового момента М_П, также мало меняющем­ся при 0,5 < со < 0.

Поэтому для агрегатов с неизменной механической характеристикой Л/_мех = const и с характеристикой, описываемой уравнением (11.19), разгон двигателя возможен при условии

KUL>M_ua (11.28)

практически для всего интервала частот вращения от со = 0 до со = со_уст.

Отсюда условие успешности самозапуска АД при начальных скольжениях больше критического, s_m4 > s_Kp,

Для определения успешности самозапуска АД немаловажную роль играет время переходного процесса, так как длительный разгон вызывает повышен­ный нагрев обмоток двигателя. Поэтому успешным считается такой самоза-

11.2. Пуск и самозапуск асинхронных и синхронных двигателей

369

пуск, когда АД может разогнаться до рабочей скорости и при этом темпера­тура его обмоток не превысит допустимого значения.

Существует несколько методов расчета нагрева обмоток машин перемен­ного тока. Однако практически все асинхронные двигатели, выпускаемые промышленностью в настоящее время, обеспечивают возможность как мини­мум однократного самозапуска без превышения температуры обмоток сверх допустимой.