Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

6 Практическое занятие «расчет самозапуска электродвигателей и защита минимального напряжения»

6 Практическое занятие «расчет самозапуска электродвигателей и защита минимального напряжения»

6 ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

«РАСЧЕТ САМОЗАПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ЗАЩИТА МИНИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ»

6.1 Задание

Проверить возможность самозапуска электродвигателей, питающихся от секционированных сборных шин подстанции, с устройством включения резерва АВР. При невозможности выполнения условия самозапуска предусмотреть защиту минимального напряжения для части неответственных электродвигателей.

Рисунок 6.1 – Расчетная схема для расчета режима самозапуска

Максимальный ток при к. з. на сборных шинах приведенный к высокой стороне трансформатора подстанции: Iк. max = 1,5 кА

Трансформатор типа ТДН-40000/115/6,6 кВ

Кабельная линия L = 0,30 км, худ. = 0,087 Ом/км

Электродвигатель Рном = 2000 кВт, Cosц = 0,85, kп = 7, n = 6

Мощность нагрузки Sн составляет 70 % от номинальной мощности трансформатора подстанции.

11.2 Решение

6.2.1 Расчет самозапуска электродвигателей

Расчет самозапуска необходим для выбора уставок защит элементов энергосистемы, а также для определения предельной мощности самозапускающихся электродвигателей, т. е. нахождение максимального количества электродвигателей, которые будут участвовать в самозапуске.

Задача расчета сводится к определению суммарного тока самозапуска электродвигателей и остаточного напряжения на их зажимах. Расчет самозапуска электродвигателей выполняется для наиболее тяжелого режима при остановленных электродвигателях.

Рисунок 6.2 –Схема замещения для расчета режима самозапуска

Ток в момент пуска или самозапуска электродвигателя равен току трехфазного к. з. за сопротивлением остановленного электродвигателя.

Для схемы, представленной на рисунке 6.1 при включении секционного выключателя устройством АВР после исчезновения напряжения на первой секции шин нагрузка Sн и электродвигатели ЭД переходят в режим самозапуска. Задача сводится к определению остаточного напряжения Uост (рисунок 6.2).

Найдем сопротивления схемы замещения для расчета самозапуска электродвигателей, представленной на рисунке 6.2.

Определим единичную номинальную мощность электродвигателя:

Определим номинальный и пусковой токи электродвигателя:

Суммарное сопротивление цепи питания:

где Iк. макс – максимальный ток к. з. за трансформатором подстанции

Сопротивление нагрузки второй секции шин с учетом электродвигателей:

где Sн – мощность обобщенной нагрузки секции шин

Sном – номинальная мощность электродвигателя

n – количество электродвигателей на одной секции шин

Сопротивление нагрузки первой секции шин:

где хн. отн – относительное сопротивление обобщенной нагрузки

Sном – номинальная мощность трансформатора

Сопротивление кабельной линии:

где худ. – удельное сопротивление кабеля, худ. = 0,087 Ом/км

Пусковое сопротивление одного электродвигателя:

Эквивалентное сопротивление всех электроприемников равно:

Суммарный ток самозапуска и нагрузки на шинах низкого напряжения подстанции:

Напряжение на секции шин равно:

Остаточное напряжение на электродвигателе находится по следующей формуле:

Условие самозапуска не обеспечивается. Поэтому необходимо исключить часть двигателей и заново проверить возможность процесса самозапуска для оставшихся электродвигателей.

Это возможно с применением защиты минимального напряжения, которое отключает электродвигатель при исчезновении напряжения питания и препятствует повторному автоматическому включению его после восстановления питания.

Для начало проверим возможность выполнения условия с 5 электродвигателями на каждой секции шин, т. е. исключаем из самозапуска по одному электродвигателю с каждой секции шин. Вновь проверим условия самозапуска для оставшихся двигателей.

Произведенные расчеты также не дали результатов. Поэтому повторяем операцию, т. е. исключаем по два электродвигателя с каждой секции шин.

Сопротивление нагрузки второй секции шин с учетом ЭД:

Эквивалентное сопротивление всех электроприемников равно:

Суммарный ток самозапуска и нагрузки на шинах низкого напряжения подстанции:

Напряжение на секции шин равно:

Остаточное напряжение на электродвигателе:

Условие самозапуска обеспечивается.

6.2.2 Защита минимального напряжения

Рисунок 6.3 – Принципиальная схема двухступенчатой защиты минимального напряжения

Напряжение срабатывания первой ступени защиты выбирается по условию обеспечения самозапуска электродвигателей и возврата реле при восстановлении напряжения после отключения к. з. и принимается:

Выдержка времени первой ступени отстраивается от действия токовой отсечки электродвигателя и принимается равным:

Напряжение срабатывания второй ступени защиты отстраивается от снижения напряжения на шинах, вызванного самозапуском и принимается:

Выдержка времени второй ступени защиты выбирается в зависимости от технологических условий работы электродвигателя и составляет:

Напряжение срабатывания реле-фильтра напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М должно быть отстроено от напряжения небаланса при нормальном режиме и при отклонениях частоты и принимается:

На рисунке 6.3 представлена принципиальная схема двухступенчатой защиты минимального напряжения. Схема работает следующим образом:

В нормальном режиме реле напряжения 1 и 2 сработаны и их контакты разомкнуты. При снижении напряжения на шинах до 70% и ниже номинального значения срабатывает реле 1 и через выдержку времени первой ступени отключает неответственные электродвигатели, которые не участвуют в процессе самозапуска. При снижении напряжения на шинах до 50% и ниже номинального значения срабатывает реле 1 и 2 и через выдержку времени первой и второй ступени отключают неответственные и ответственные электродвигатели, так как при такой посадке напряжения процесс самозапуска не осуществим и поэтому отключаются все электродвигатели. При неисправностях в цепях напряжения ТН появляются напряжения обратной последовательности, которые обнаруживает реле РНФ-1М и блокирует защиту минимального напряжения и одновременно сигнализирует дежурному персоналу о неисправностях в цепях напряжения (перегорание предохранителя 6 кВ трансформатора напряжения, обрыв провода от ТН и т. д.).

Читать еще:  D20dt что за двигатель

Самозапуск синхронных двигателей

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 СД 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 U ≥ 0,9 при частых и длительных пусках; U ≥0,8 – 0,85 при редких и кратковременных пусках и самозапусках;

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.

Момент, необходимый для подведения двигателя к критическому скольжению с учетом пониженного при самозапуске напряжения, можно приближенно определить выражением

.

Момент М задается заводом с учетом включения в цепь ротора разрядного сопротивления. При расчете самозапуска с глухо присоединенным возбудителем следует подставлять асинхронный момент

,

где Δm – изменение асинхронного момента синхронного двигателя при пуске с непосредственно присоединенным возбудителем [1].

Время перерыва электроснабжения, в течение которого двигатель не выпадает из синхронизма, можно оценить приближенно:

.

Среднее критическое скольжение, с которого после подачи напряжения возбуждения под действием входного момента обеспечивается вхождение двигателя в синхронизм, можно рассчитать по формуле

,

где Кв – кратность тока возбуждения при ресинхронизации.

8.5. Самовозбуждение асинхронных двигателей во время пуска при применении последовательной ёмкостной компенсации в сети

Одним из эффективных средств уменьшения потерь напряжения в сети, питающей двигатели, является применение последовательной емкостной компенсации реактивного сопротивления сети. При включении конденсаторов С последовательной компенсации могут возникнуть некоторые необычные с точки зрения нормальной эксплуатации явления: качание синхронных машин, «застревание» асинхронных двигателей на скоростях, меньших нормальной, самовозбуждение при пуске асинхронного двигателя или при асинхронном пуске синхронного. При изменении частоты вращения асинхронного двигателя ω его индуктивные сопротивления xd и x ‘ d изменяются (кривые 1 и 2 на рис. 8.5). Емкостное сопротивление xc = 1/ ωC также изменяется, причем зависимости xc = φ(ω) (кривые 3,4,5) различно располагаются относительно области x ’ d – xd , показанной на рис. 8.5. В случае кривой 3 , самовозбуждения во время пуска не будет; в случае, соответствующем кривой 4, оно должно быть вплоть до нормального режима; в случае, соответствующем кривой 5, во время пуска на интервале скорости от ω1 до ω2 появится самовозбуждение, которое может исчезнуть, не развившись полностью, если двигатель быстро «проскочит» зону самовозбуждения.

Рис. 8.5. К рассмотрению самовозбуждения асинхронного двигателя

Самовозбуждение является нежелательным по следующим причинам:

— ток статора и мощность, потребляемая от сети, могут в несколько раз превышать номинальные значения, вследствие чего сильно перегревается двигатель, снижается напряжение на его шинах, уменьшается вращающий момент;

— двигатель во время пуска может «застревать», не достигнув номинальной скорости (в связи с уменьшением вращающего момента);

— при «застревании» двигателя появляются биения тока и момента и, как следствие, качание ротора машины.

Читать еще:  Вега 108 стерео обороты двигателя

При анализе основных факторов, влияющих на появление самовозбуждения асинхронных электродвигателей, необходимо учесть:

1) во время разбега двигателя замещающее его сопротивлениепо мере увеличения частоты вращения ротора возрастает от минимального до максимального;

2) во время разбега двигателя при некотором значении скольжения ротора индуктивность двигателя может резонировать с емкостью последовательной компенсации, т.е. создать контур самовозбуждения с собственной частотой, которая будет ниже промышленной. Двигатель при этом вращается с частотой, соответствующей собственной частоте колебательного контура, т.е. с числом оборотов ниже нормального;

3) длительная работа двигателя с такой частотой при наличии активных потерь (которые неизбежны) возможна при источнике достаточной мощности, поддерживающем колебательный процесс контура самовозбуждения. Таким источником и является асинхронный двигатель;

4) во время разгона двигателя частота вращения ротора достигает значения, соответствующего частоте собственных колебаний контура, и превышает его. При этом создается отрицательное скольжение ротора по отношению к резонансной частоте и, таким образом, асинхронный двигатель переходит в режим генератора по отношению к контуру самовозбуждения.

Частота вращения зависит от потерь в контуре ротора, определяемых с учетом насыщения стали двигателя; при равенстве потерь и генерируемой мощности создается возможность устойчивой работы двигателей в этом режиме. Если потери превышают генерируемую мощность асинхронного генератора, то самовозбуждение либо не возникает, либо становится неустойчивым, позволяя, однако, двигателю разворачиваться до нормальной скорости.

Частота резонирующего контура зависит от параметров сети, емкостного сопротивления устройства последовательной компенсации и сопротивления двигателя.

Самовозбуждение может быть устранено либо выбором соответствующей емкости продольной компенсации, либо последовательным или параллельным включением с емкостью активного сопротивления.

Что такое пусковой момент асинхронного двигателя, как его рассчитать и увеличить

Переход двигателя из покоя в рабочее состояние называют пусковым моментом асинхронного электродвигателя. При этом подразумевается, что на обмотки двигателя подано номинальное напряжение стандартной частоты. Этот временной промежуток называют «моментом трогания», «начальным моментом» или «начальный пусковой момент асинхронного двигателя». При этом электродвигатель потребляет максимальное количество электроэнергии. Она расходуется на преодоление тормозного момента вала, потерь в двигателе для придания вращательного момента механизмам. В этой статье мы расскажем читателям сайта Сам Электрик, как рассчитывается пусковой момент электродвигателя и как его можно увеличить.

  • Расчет пускового момента
  • Методы увеличения Мпуск
  • Схемы включения асинхронного двигателя
  • Способы снижения пусковых токов АД

Расчет пускового момента

Пусковой момент, который зависит от номинального усилия на валу и кратности пускового момента, можно вычислить по формуле:

  • Мн – номинальное усилие на валу электродвигателя;
  • Кпуск.– кратность пусков, паспортная величина, которая принимает значения от 1,5 до 6.

На практике применяют другую формулу:

Необходимые данные указываются на шильдике двигателя или в паспорте, где F1 – номинальные обороты.

Р2 равна номинальной мощности в кВт, является расчетной величиной.

Для того, чтобы узнать значение Р2, следует воспользоваться формулой, в которой учитываются пусковой ток, напряжение сети, скольжение. Эти данные можно узнать в паспорте, справочнике или на сайте завода-изготовителя.

Методы увеличения Мпуск

Из формулы видно, от чего зависит пусковой момент асинхронного двигателя и как увеличить его, изменяя параметры. Он зависит от мощности трехфазного двигателя и величины скольжения.

Мощность определяется по формуле, корень из 3 умноженный на напряжение и ток. Скольжение изменяет свое значение в зависимости от оборотов вала механизма. При оборотах двигателя равных нулю, скольжение принимает значение равное 1.

При разгоне электродвигателя оно уменьшается и стремится к нулю при достижении номинальных оборотов ротора. Для того чтобы увеличить пусковой момент, достаточно увеличить пусковой ток или питающее напряжение. Величину скольжения изменить нельзя.

Для примера приведем расчет пускового момента, используя паспортные данные некоторых двигателей. Результат сведен в нижеприведенную таблицу:

При этом следует помнить, что использование электродвигателя в механизмах с пусковым моментом, превышающим усилие двигателя на валу – недопустимо. В этом случае электродвигатель не сможет преодолеть потери в двигателе и тормозной момент механизма. Он просто выйдет из строя. Т.е. усилие электродвигателя недостаточно для нормальной работы устройства.

Схемы включения асинхронного двигателя

Для уменьшения воздействия пусковых токов применяются различные схемы включения. Это зависит от механизма и мощности электродвигателя.

Типовое включение двигателя осуществляется напрямую. Напряжение на обмотки подается через магнитный пускатель.

Во время пуска в сети возникает бросок тока, который превышает номинальный в 5-7 раз. Длительность зависит от мощности электродвигателя и нагрузки на валу. Чем мощнее устройство, тем длительнее период разгона.

В результате возникает понижение напряжения в сети, что отрицательно сказывается на аппаратуре, подключенной к этой цепи. Маломощные не оказывают существенного влияния на сети.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя ока 1111

На графике снизу представлена зависимость тока от времени разгона электродвигателя:

При запуске мощного электропривода 10 и более кВт следует ограничивать пусковой ток. Это необходимо, чтобы сети не испытывали значительные перегрузки, в результате, которой происходит понижение напряжения сети, что приводит к нештатной ситуации.

Для этого применяются схемы переключения с треугольника на звезду, используются токоограничивающие устройства или частотные преобразователи.

Способы снижения пусковых токов АД

Уменьшить пусковые токи асинхронного двигателя можно несколькими способами. Перечислим их по порядку.

Наиболее распространенным методом, является запуск двигателя при пониженном напряжении. Для чего коммутируют обмотки асинхронного двигателя. В начальный момент пуска, обмотки переключают с треугольника на звезду. После набора оборотов коммутацию возвращают в первоначальное положение. При этом следует учитывать, что пусковой момент при таком запуске уменьшается. Например, при снижении напряжения в 1,72 (корень квадратный из 3) раза, момент уменьшится в три раза. Такой метод применяется при запуске механизмов с минимальной нагрузкой на валу, где установлены асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Так же ограничение токов во время запуска двигателя осуществляют включением последовательно с обмотками статора индукционных сопротивлений. В некоторых случаях для этих целей используются резисторы. После выхода двигателя на оптимальные режимы, резисторы шунтируются.

На рисунке снизу показаны варианты запуска при пониженном напряжении:

Пуск при пониженном напряжении

При уменьшении нагрузки на валу можно регулировать пусковые токи. В первоначальный промежуток времени подключается часть нагрузки. После достижения оптимальных оборотов, подается полная нагрузка.

Для мощных устройств применяют реостатный запуск. Такой пуск используют для приводов укомплектованных асинхронными электродвигателями с фазным ротором. Регулировка производится ступенчато, т.е. резисторы отключаются постепенно с набором скорости вращения. Таким образом обеспечивается плавный пуск.

На рисунке снизу представлена принципиальная схема запуска:

График токов при прямом и плавном пуске электропривода:

Наиболее щадящий запуск механизмов обеспечивает пуск с помощью частотного преобразователя. В этом случае частотный преобразователь самостоятельно выбирает оптимальные режимы. При этом можно увеличить пусковой момент, не повышая нагрузку на сети. Использование частотного преобразователя полностью исключаются нежелательные броски тока в сети.

Вот и были рассмотрены способы увеличения пускового момента асинхронного двигателя, а также правильный его расчет. Если остались вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Способы пуска асинхронного двигателя

Существуют различные способы пуска асинхронного двигателя. Непосредственное подключение агрегата к сети – это прямой пуск асинхронного двигателя, который применим для моторов с короткозамкнутым ротором. При проектировании подобных устройств специалисты разрабатывают конструктивное решение, при котором пусковые токи, возникающие в обмотке статора, не провоцируют большое механическое усилие и не перегревают обмотку.

В связи с этим прямой пуск асинхронного двигателя высокой мощности невозможен, поскольку он приводит падению напряжения (больше 15%) в сети. Это, в свою очередь, ведет к неустойчивой работе пусковой аппаратуры, провоцирует подгорание контактов и, как результат – пуск асинхронного двигателя становится невозможен.

Для снижения пускового тока пуск асинхронного двигателя производится при пониженном напряжении.

Пуск асинхронного двигателя, который работает при соединении обмотки статора треугольником и фазное напряжение соответствует напряжению сети, производится путем переключения обмотки статора со звезды на треугольник.

В момент подключения переключатель устанавливается в положение, когда обмотка статора соединена звездой. Это приводит к уменьшению фазного напряжения на статоре и тока в фазных обмотках мотора.

В положении «звезда» фазный ток равен линейному, тогда как в положении «треугольник» он ниже линейного. Таким образом, при включении, когда ротор наберет скорость близкую к номинальной, переключатель переводят в положение треугольник. Возникающий перепад тока, как правило, невелик и не оказывает воздействия на работу сети питания.

Поскольку снижение фазного напряжения приводит к существенному уменьшению пускового момента, это является серьезным недостатком.

Пуск асинхронного двигателя может производиться при помощи автотрансформаторов и реакторов. Как и прочие способы пуска асинхронного двигателя, он основан на уменьшении подводимого напряжения и характеризуется снижением пускового момента.

Схема пуска асинхронного двигателя разрабатывается таким образом, чтобы создавать при небольшом токе большой пусковой момент. В отличие от прямого подключения специальное устройство пуска асинхронного двигателя обеспечивает постепенный разгон и торможение двигателя, что достигается благодаря подаче линейно изменяющегося напряжения от начального до номинального значения.

Устройство плавного пуска асинхронного двигателя в высокой степени снижает вероятность механического повреждения привода и вала электродвигателя, уменьшает электромеханические усилия в обмотках мотора. Сочетает функциональность и высокую надежность, простоту в настройках и эксплуатации.

Узнайте больше у консультантов МИГ Электро по предложенным телефонам, либо электронной почте:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector