Самозапуск асинхронных двигателей

Самозапуск асинхронных двигателей

Для повышения устойчивости и надежности электроснабжения ряда наиболее ответственных установок при кратковременных сни­жениях или отключениях напряжения источника питания применя­ется система самозапуска электродвигателей. Самозапуск — это процесс восстановления нормальной работы двигателей после крат­ковременного отключения питающего напряжения.

При самозапуске значение остаточного напряжения на шипах или зажимах электроприемников должно быть таким, чтобы враща­ющий момент электродвигателей превышал статический момент со­противления механизмов. Для этого в режиме самозапуска остав­ляют включенными только часть электродвигателей наиболее от­ветственных механизмов. Электродвигатели, самозапуск которых недопустим по условиям техники безопасности, обязательно отключаются защитой.

Для осуществления самозапуска определяют допустимое коли­чество и суммарную мощность неотключаемых электродвигателей при работе которых остаточное напряжение обеспечивает вращаю­щий момент, превышающий статический момент механизма.

Считают самозапуск обеспеченным, если при пониженном пита­ющем напряжении избыточный момент электродвигателей достаточен для доведения механизмов до номинальной частоты вращения и если за время разгона нагрев обмоток электродвигателей не превы­шает допустимого.

По условиям самозапуска электроприемники условно делятся на две группы:

1. Электроприемники с постоянным моментом сопротивления. Двигатели этих электроприемников 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 при восстановлении напряжения двига­тель обладал моментом, равным ,а время перерыва в электроснабжении должно быть сокращено до минимума, чтобы не произошло значительное снижение частоты вращения.

Рис. 5.9. Подключение электроприемников без секционирования (а) и с двумя межсекционными выключателями (б)

Рис.5.10. Схема питания двигательной нагрузки (а) и ее схема замеще­ния (б)

2. Электроприемники, обладающие вентиляторными механиче­скими характеристиками (центробежные насосы, вентиляторы, цент­рифуги и т. д.). Самозапуск двигателей этой группы электропри­емников обеспечивается легче, поскольку их момент сопротивления уменьшается со снижением частоты вращения.

Самозапуск группы электроприемников (рис. 5.9, а) может быть облегчен путем секционирования РУ (рис. 5.9, б) и умень­шения мощности двигателей, участвующих в самозапуске. Прак­тическая задача самозапуска состоит в том, чтобы не допустить массового отключения электродвигателей и обеспечить беспере­бойную работу электроприемников.

Расчет самозапуска асинхронных двигателей заключается в про­верке возможности их самозапуска. Для этого необходимо выяс­нить, достаточен ли момент вращения при сниженном питающем напряжении, и установить допустимый нагрев при увеличении вре­мени разгона двигателя.

Наиболее характерные схемы питания двигательной и смешан­ной нагрузок с осуществлением самозапуска показаны на рис. 5.10,а 5.11, а.

Из схемы замещения, изображенной на рис. 5.10, б, следу­ет, что остаточное напряжение на зажимах двигателей при самоза­пуске определяется выражением

(5.24)

где , , , — эквивалентные активные и реактивное сопротивления двигателей при скольжении, соответствующем началу самозапуска.

Для схемы замещения, показанной на рис. 5.11, б, в которой нагрузка представлена двигателями и неизменным сопротивлением , остаточное напряжение при самозапуске определяется так:

(5.25)

Рис. 5.11. Схема питания смешанной нагрузки (а) и ее схема замеще­ния (б)

где поскольку сопротивления двигателей и нагрузки включены параллельно.

Следовательно, между напряжениями и при самозапуске должно соблюдаться соотношение

(5.26)

Зная минимально допустимое напряжение при самозапуске, можно определить допустимое значение неотключаемой мощности двигателей.

Сопротивление двигателя в момент самозапуска определяется выражением

(5.27)

где — базисная мощность; — номинальное питающее на­пряжение электродвигателя; — базисное напряжение; — рас­четная мощность двигателя при номинальном напряжении и сколь­жении, соответствующем моменту самозапуска.

Приняв в соотношении (5.26) знак равенства и подставив в него (5.27), получим

(5.28)

Из (5.28) находим мощность самозапуска:

или (5.29)

Мощность самозапуска можно определить также по номинальной мощности двигателя:

(5.30)

где -кратность тока двигателя при скольжении , соответст­вующем началу самозапуска; — номинальные cosφ и к. п. д. двигателя.

Величина определяется выражением

где -кратность пускового тока.

Приравняв правые части (5.29) и (5.30), можно получить вы­ражение для определения допустимого значения неотключаемой мощности двигателя.

Неотключаемую мощность электроприемников, питаемых по схеме, изображенной на рис. 5.10, а, можно рассчитать по формуле

(5.31)

а в случае их питания по схеме, показанной на рис. 5.11, а, — по формуле

(5.32)

Минимально допустимое напряжение на зажимах двигателя находят, исходя из условия возможности осуществления самоза­пуска:

для механизмов с постоянным моментом сопротивления

(5.33)

для механизмов с вентиляторной характеристикой момента «сопротивления

(5.34)

где и — минимальный и максимальный моменты

вращения двигателя; — статический момент приводного механизма.

Дата добавления: 2015-12-08 ; просмотров: 5663 ;

Вопрос 1: Пуск и самозапуск асинхронных двигателей

Пуск и самозапуск электродвигателей

Тема 4

Основными параметрами режима АД являются : активная и реактивная мощности, потребляемые АД из электрической сети; ток статорной обмотки, электромагнитный момент на валу АД; частота вращения и скольжение ротора.

Рис.1. Схема замещения АД

Схема замещения АД имеет вид (рис.1), на которой: R1, хs 1— активное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния статорной обмотки и R2, хs 2 — обмотки ротора; х1 2 — индуктивное сопротивление взаимоиндукции между обмотками статора и ротора.

Асинхронный двигатель характеризуется каталожными данными: номинальной мощностью на валу двигателя Р_ном, кВт; номинальным напряжением U_ном кВ; коэффициентом полезного действия двигателя в номинальном режиме h_ном; коэффициентом мощности в номинальном режиме cos j_ном; скольжением в номинальном режиме s_ном; пусковым током I_п в долях номинального тока статорной обмотки I_ном; пусковым М_ном и максимальным M_max электромагнитным моментами.

При рассмотрении возможных способов пуска асинхронных двигателей необходимо учитывать следующие основные положения:

1. Двигатель должен развивать при пуске достаточно большой пусковой момент, который должен быть больше статического момента сопротивления на валу, чтобы ротор двигателя мог прийти во вращение и достичь номинальной скорости вращения.

2. Величина пускового тока должна быть ограничена таким значением, чтобы не происходило повреждение двигателя и нарушения нормального режима работы сети.

3. Схема пуска должна быть простой, а количество и стоимость пусковых устройств – малыми.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором проще по устройству и обслуживанию, а также дешевле и надежнее в работе, чем двигатели с фазным ротором. Поэтому чаще всего применяют двигатели с короткозамкнутым ротором.

Наиболее простым способом пуска АД с короткозамкнутым ротором является включение обмотки его статора непосредственно в сеть на номинальное напряжение. Такой пуск называется прямым. Прямой пуск всегда возможен, когда сеть достаточна мощная и пусковые токи двигателей не вызывают недопустимо больших падений напряжения в сети (не более 10 – 15%).

Если по условиям падения напряжения в сети прямой пуск двигателя с короткозамкнутым ротором невозможен, применяются различные способы пуска АД при пониженном напряжении (реакторный и автотрансформаторный). Эти способы пуска применимы на холостом ходу АД или неполной нагрузке.

АД с фазным ротором применяются значительно реже, когда АД с короткозамкнутым ротором неприменимы по условиям регулирования их скорости вращения; когда статический момент сопротивления на валу при пуске велик. Пуск АД с фазным ротором производится с помощью пускового реостата.

В электрических сетях в результате КЗ случаются кратковременные, длительностью до нескольких секунд, большие понижения напряжения или перерывы питания. Включенные в сеть АД при этом начинают затормаживаться и чаще всего полностью останавливаются. При восстановлении напряжения начинается одновременный самозапуск всех отключившихся от сети двигателей. Такой самозапуск двигателей способствует быстрейшему восстановлению нормальной работы механизмов, поэтому он целесообразен. Самозапуском АД узла промышленной нагрузки называется режим, возникающий после кратковременного перерыва и автоматического восстановления электроснабжения.

Однако, одновременный самозапуск большого количества АД загружает сеть весьма большими токами, что вызывает в ней большие падения напряжения и задерживает процесс восстановления нормального напряжения. Время самозапуска двигателей при этом увеличивается, а в ряде случаев величина пускового момента недостаточна для пуска двигателей. Самозапуск АД необходим для обеспечения устойчивости технологических процессов непрерывных производств при аварийных ситуациях в системе электроснабжения.

Длительность перерыва в электроснабжении в зависимости от конкретных условий составляет от десятых долей секунды до одной-двух секунд, и большинство АД не успевает затормозиться до полной остановки. Поэтому после автоматического восстановления электроснабжения разгон АД начинается с некоторой остаточной частоты вращения. В отличие от режима пуска в режиме самозапуска может участвовать несколько двигателей, т.е. самозапуск является групповым.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Пуск и самозапуск асинхронных электродвигателей

Основным способом пуска АД является прямой пуск от полного напряжения электрической сети. Из пусковых характеристик АД (см. рис. 9.2) следует, что при разгоне вплоть до скольжений, меньших критического, двигатель потребляет из сети значительную реактив­ную мощность. За счет реактивной мощности существенно увеличива­ется ток статорной обмотки. Это приводит к увеличению падения напряжения в элементах системы электроснабжения, находящихся в цепи питания АД, следовательно, к снижению напряжения на выводах АД в период пуска.

Снижение напряжения на шинах РУ, от которых питается запускае­мый АД, оказывает неблагоприятное влияние как на двигатель в свя­зи с уменьшением электромагнитного момента, так и на другие потре­бители электроэнергии, подключенные к этому РУ.

Самозапуском АД узла промышленной нагрузки называется ре­жим, возникающий после кратковременного перерыва и автоматиче­ского восстановления электроснабжения. Самозапуск АД необходим

для обеспечения устойчивости технологических процессов непрерывных производств при аварийных ситуациях в системе электроснабжения, вызванных, например, короткими замыканиями или отключением выключателя в цепи питания узла нагрузки. Двигате­ли, участвующие в самозапуске, при кратковременных перерывах электроснабжения от электричес­кой сети не отключаются.

Длительность перерыва в электроснабжении в зависимости от кон­кретных условий составляет от десятых долей секунды до одной-двух секунд, и большинство АД не успевает затормозиться до полной оста­новки. Поэтому после автоматического восстановления электроснаб­жения разгон АД начинается с некоторой остаточной частоты враще­ния. В отличие от режима пуска в режиме самозапуска может участво­вать несколько двигателей, т. е. самозапуск является групповым. Сни­жение напряжения в узле промышленной нагрузки при самозапуске больше, чем при пуске АД. Поэтому необходимо определение расчет­ных условий группового самозапуска. Общая схема узла промышлен­ной нагрузки для определения расчетных условий пуска или группово­го самозапуска АД приведена на рис. 9.3. Узел промышленной комплексной нагрузки моделируется секцией распределительного устрой­ства, к которой подключены АД и несиловая нагрузка, учитываемая статическими характеристиками P_nр,Q_nр.

Двигатели в общем случае удалены от секции РУ за комплексными сопротивлениями Z_вд, отражающими сопротивления, находящиеся между выводами АД и секцией РУ. Система электроснабжения отно­сительно узла промышленной нагрузки может быть представлена схе­мой замещения, состоящей из эквивалентной ветви с комплексным сопротивлением Z_c = R_c + jх_с и источника ЭДС е_с бесконечной мощ­ности.

Расчеты пуска или группового самозапуска АД целесообразно осуществлять в относительных единицах. Независимыми базисными величинами являются базисная мощность S_б, принимаемая равной номинальной мощности ближайшего трансформатора, и базисное напряже-

ние, принимаемое равным номинальному напряжению узла нагрузки. Параметры режима АД целесообразно определять в относительных единицах, когда за базисную мощность принята полная номинальная мощность двигателя.

Параметры режима узла промышленной нагрузки (рис. 9.3) опреде­ляются уравнениями, характеризующими режим:

где U_у и I_у — напряжение на шинах РУ и узловой ток; I_a, I_nр — токи АД прочей нагрузки; U_в.д. — напряжение на выводах АД; S_hom.a — полная номинальная мощность АД.

Уравнения, характеризующие параметры режима АД:

где Р_а, Q_а, М_а — активная и реактивная мощности и электромагнитный момент АД; Z (s) — входное комплексное сопротивление АД, опреде­ляемое выражением (9.8); Р_ном.а — номинальная мощность на валу АД

Уравнение электромеханических переходных процессов АД имеет вид:

где Т_ja – электромеханическая постоянная времени агрегата АД –

механизм; w_а — частота вращения ротора АД; М_мех — момент сопротивления механизма.

Уравнение, характеризующее момент сопротивления механизма, имеет вид:

где М — момент сопротивления механизма при w_а = 0; М_у — момент сопротивления механизма в установившемся режиме АД при w_а = w_уi; g_а — показатель степени, характеризующий зависимость момента со­противления механизма от частоты вращения ротора. Выбором соот­ветствующих значений М и g_а можно достаточно точно характеризо­вать большинство промышленных механизмов.

Система уравнений (9.23)-(9.32) характеризует узел промышлен­ной нагрузки с АД как в переходных процессах, так и в установив­шемся режиме. Расчетам процессов пуска или группового самозапус­ка АД предшествует расчет установившегося режима узла нагрузки. Исходными данными для расчета установившегося режима помимо параметров схемы замещения узла нагрузки (рис. 9.3) и параметров схемы замещения АД, определенных по каталожным данным, явля­ются: коэффициенты загрузки АД по моменту на валу двигателя; прочая нагрузка р_н.пр, Q_н.пр; напряжение на шинах РУ узла нагруз­ки. В установившемся режиме АД уравнение (9.31) примет вид М_а = М_мех.

В установившемся режиме, предшествующем пуску или групповому само запуску АД, определяются параметры установившегося режима АД, узла нагрузки в целом и ЭДС е_с электрической системы.

При расчетах переходных процессов, соответствующих режиму пус­ка АД, систему уравнений (9.23) —(9.30) следует дополнить началь­ными условиями к дифференциальным уравнениям электромеханиче­ских переходных процессов в АД [см. (9.31)]. Для запускаемого дви­гателя начальным значением частоты вращения ротора является w_а(0) = 0, для остальных, подключенных к шинам РУ, w_а(0) = w_у. Решение системы алгебраических уравнений (9.23) —(9.30) осуществляется на каждом шаге интегрирования уравнений (9.31) электромеханических переходных процессов в АД.

Начальными значениями частоты вращения роторов при расчетах группового самозапуска являются w_а(0) = w_ост где остаточная частота АД в момент восстановления электроснабжения w_ост зависит от вре­мени перерыва в электроснабжении Т_п узла нагрузки и может опреде­ляться путем интегрирования (9.31) на этапе перерыва в электроснаб­жении.

Самозапуск электродвигателей

Самозапуском называется восстановление нормальной работы двигателей ответственных механизмов без участия персонала после кратковременного нарушения электроснабжения. При исчезновении или глубоком снижении напряжения выключатели самозапускаемых двигателей остаются включенными, а двигатели неответственных механизмов до восстановления напряжения отключаются. При наличии средств автоматического восстановления питания перерыв обычно составляет 0,5—5 с. После прекращения питания самозапускаемые двигатели начинают выбег до промежуточной частоты вращения, зависящей от длительности перерыва питания и характеристики механизма. Когда электроснабжение восстановится, начинается разгон двигателей до нормальной частоты вращения при повышенных токах самозапуска двигателей, вызывающих снижение напряжения сети. При этом пусковой и максимальный моменты самозапускаемых двигателей снижаются, что приводит к увеличению длительности разгона и повышению температуры обмоток двигателей.

Для успешного самозапуска необходимо, чтобы вращающий момент двигателя М был больше статического момента сопротивления Л4е. Из курса электрических машин известно, что вращающий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения: М =

На рис. 22.2 приведены совмещенные характеристики М и Л1с при различных значениях (У и р = 0, с помощью которых можно определить условия самозапуска двигателей. После исчезновения напряжения скольжение двигателя будет увеличиваться. Пусть оно до момента подачи напряжения увеличилось до 0,5. При этом если в момент подачи напряжения ?/ >0,7, то М >МС и двигатели за-

Практический расчет самозапуска двигателей выполняют в такой последовательности.

Определяют скольжение, до которого затормозится двигатель при исчезновении напряжения по кривым выбега, взятым из справочного материала, или по формуле

Электроприводы с нерегулируемыми синхронными двигателями (СД) при кратковременном отключении могут оставаться в синхронизме с сетью или выйти из него. В первом случае при самозапуске толчков тока практически не будет, во втором двигатели нужно перевести в пусковой режим путем отключения обмотки возбуждения.

Если при самозапуске нескольких СД напряжение снижается до значения, при котором невозможно вхождение в синхронизм, то следует определить эквивалентное сопротивление двигателей Хсэ, которое можно оставить в режиме самозапуска при напряжении, обеспечивающем самозапуск:

Пуск СД происходит в асинхронном режиме с использованием пусковых обмоток, поэтому выбег и напряжение при самозапуске СД определяется так же, как и АД.

Наиболее тяжелой при самозапуске СД является зона входного момента (s = 0,05).

Для доведения СД до критического скольжения необходимо, чтобы входной момент с учетом пониженного напряжения удовлетворял условию

Под критическим скольжением СД понимается максимальное скольжение, при котором после подачи возбуждения обеспечивается вхождение в синхронизм:

Следовательно, чем больше sKP, тем меньший входной момент требуется для обеспечения самозапуска.

Время нарушения электроснабжения пер, в течение которого СД не выйдет за пределы критического скольжения,