9.2. 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
2
38
Рис. 9.3. Расчетная схема узла промышленной комплексной нагрузки с АД
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 Pпр,Qпер.
Двигатели в общем случае удалены от секции РУ за комплексными сопротивлениями Zbд, 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 Zс = Rс + jxс и источника ЭДС Ес бесконечной мощности.
Расчеты пуска или группового самозапуска АД целесообразно осуществлять в относительных единицах. Независимыми базисными величинами являются базисная мощность Sб, принимаемая равной номинальной мощности ближайшего трансформатора, и базисное напряжение
239
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:
(9.23)
(9.24)
(9.25)
где Uy и Iy - напряжение на шинах РУ и узловой ток; Ia, Iпр - токи АД прочей нагрузки; Uв.д - напряжение на выводах АД; Sном.а полная номинальная мощность АД.
Уравнения, характеризующие параметры режима АД:
(9.26)
(9.27)
(9.28)
(9.29)
(9.30)
где Ра , Qa, Ма — активная и реактивная мощности и электромагнитный момент АД; Z (х) - входное комплексное сопротивление АД, определяемое выражением (9.8); Рном.а — номинальная мощность на валу АД.
Уравнение электромеханических переходных процессов АД имеет вид:
(9.31)
где ТJa — электромеханическая постоянная времени агрегата АД -
240
механизм; а - частота вращения ротора АД; Mмех - момент сопротивления механизма.
Уравнение, характеризующее момент сопротивления механизма, имеет вид:
(9.32)
где М0 — момент сопротивления механизма при а =0; Му — момент сопротивления механизма в установившемся режиме АД при а = уi а - показатель степени, характеризующий зависимость момента сопротивления механизма от частоты вращения ротора. Выбором соответствующих значений М0 и 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 Pн.пр , Qн.пр; напряжение на шинах РУ узла нагрузки. В установившемся режиме АД уравнение (9.31) примет вид Мa= Ммех.
В установившемся режиме, предшествующем пуску или групповому само запуску АД, определяются параметры установившегося режима АД, узла нагрузки в целом и ЭДС Е 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 а (0) = 0, для остальных, подключенных к шинам РУ, а (0) = 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 а(0) = ост, где остаточная частота АД в момент восстановления электроснабжения qct зависит от времени перерыва в электроснабжении Тп узла нагрузки и может определяться путем интегрирования (9.31) на этапе перерыва в электроснабжении.
241