Файл: Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей.pdf

1. В первый момент времени появляется свободная составляющая тока возбуждения [Л. 14]

Xd ХГд г j

Дif irf

которая сравнительно ^быстро затухает, после чего ток возбуждения приближается к значению, определяемому возбудителем, аналогично тому, как это происходит при отключении двигателя (по уравнению (2 -1 1 )].

2.Под влиянием снижения частоты вращения воз­ будителя уменьшаются э. д. с. возбудителя и ток воз­ буждения.

3.Под влиянием снижения частоты вращения двига­ теля и изменения тока возбуждения меняется э. д. с. синхронного двигателя.

4.С уменьшением частоты вращения изменяется мас­ штаб времени, так как синхронный вектор будет повора­

ни ускорения агрегата. Момент сопротивления агрегата не зависит от угловой скорости.

Из этих кривых видно, что разница в угловой скоро­ сти через 1 с после начала выбега при наличии к. з. по сравнению с отключением составляет при тг3= 1 0 с ме-

нее 0,01 юн, при т, = 2,5с— 0,04 юи и только при т ,= 1 с становится существенной. Аналогичные результаты по­ лучаются и для других машин.

Следовательно, дополнительные тормозные моменты

с синхронными двигателями встречается редко. Кроме того, если между двигателем и точкой к. з. есть реактор, трансформатор соизмеримой мощности или достаточно длинная линия с малым активным сопротивлением, то тормозной момент от генераторного эффекта резко па­ дает и может не приниматься во внимание.

Г л а в а т р е т ь я

ТОК ВКЛЮЧЕНИЯ ПРИ САМОЗАПУСКЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

3-1. ДОПУСТИМЫЙ ТОК ВКЛЮЧЕНИЯ

Из формулы (1-1) и рис. 2-8 видно, что в момент восстановления напряжения ток включения может зна­ чительно превысить пусковой.

Все асинхронные двигатели рассчитаны на режим, возникающий при быстром отключении близкого к. з. релейной защитой. Бросок тока при таком режиме может превышать величину пускового тока и мало отличается от тока включения при самозапуске I", который в худ­ шем случае, когда векторы напряжения сети UGи э. д. с. двигателя Ея находятся в противофазе, согласно (1-1) получается равным:

Так как величина Ея для асинхронного двигателя невелика (см. § 2 -2 ,А), то ток I" ненамного превышает пусковой.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, выпускаемые электропромышленностью СССР, допуска­ ют включение в режиме самозапуска. При этом расчет тока включения не требуется.

36

Асинхронные двигатели с фазным ротором допускают самозапуск без проверки тока включения, если перед восстановлением напряжения вводится пусковое сопро­ тивление. Если же обмотка ротора остается закорочен­ ной, вопрос о допустимости самозапуска подлежит со­ гласованию с заводом-изготовителем. В большинстве случаев при этом требуется дополнительное крепление обмоток в лобовых частях.

В синхронном двигателе э. д. с. в момент восстанов­ ления электроснабжения может быть равна напряжению сети и даже превышать его.

Ток включения при малом сопротивлении сети может более чем в 2 раза превышать пусковой и вызвать по­ вреждения в двигателе.

Как показали исследования и опыт эксплуатации, наиболее опасным узлом в момент включения является обмотка статора синхронного двигателя {Л. 30].

При пуске двигателя относительная величина дефор­

риментов, выполненных Всесоюзным научно-исследова­ тельским институтом электроэнергетики (ВНИИЭ), уста­ новлено, что для синхронных двигателей мощностью до 2 000 кВт при относительных деформациях до 150Х ХЮ- 5 отн. ед. {Л. 14] не происходит нарушения изоля­ ции, если такие деформации не слишком многочисленны. Так как деформации и усилия примерно пропорциональ­ ны квадрату тока [Л. 13], то предельно допустимое зна­

чение тока включения составит У 3 от его пускового значения [Л. 18].

Вращающий момент, развиваемый двигателем при включении (в сверхпереходном режиме), не должен вы­ звать механических повреждений вала и других конст­ руктивных элементов.

Учитывая накопленный промышленностью опыт экс­ плуатации синхронных двигателей при быстрых отклю­ чениях к. з., а также запасы прочности двигателей об­ щего назначения мощностью до 2 000 кВт, за предельно допустимые можно считать моменты, превышающие мо­ менты к. з. в 1,5 раза.

Наибольший начальный момент при несинхронном включении возникает в том случае, когда угол между векторами напряжения сети и остаточной э. д. с. двига­ теля составляет 105—135°. Тогда при £д>0,5 макси­

37

мальный момент двигателя составит [Л. 14]:

щей тока статора по продольной оси, рад; та— постоян­ ная времени апериодического свободного тока статора, рад; х"а и x'd — сверхпереходное и переходное индуктив­ ные сопротивления машины по продольной оси; £ д.пр— приведенная э. д. с. двигателя (§ 3-2).

Анализ (3-2) показывает, что значения моментов, превышающие момент к. з. в 1,5 раза, получаются при­ мерно при тех лее значениях э. д. с. двигателя, при кото­ рых сверхпереходный ток в худшем случае [см. формулу (3-1)] равен 1,7 от пускового.

Отклонение угла б между векторами напряжения се­ ти и остаточной э. д. с. двигателя на 15° от наиболее неблагоприятного положения (105—135° по условию мо­ мента двигателя и примерно 180° по условию деформа­ ции изоляции обмотки) приводит к снижению началь­ ного момента и тока на 30%.

Учитывая изложенное, а также сравнительно редкую необходимость осуществления самозапуска и малую ве­ роятность того, что векторы напряжения сети и э. д. с. двигателя в момент включения окажутся в противофазе, можно для всех синхронных двигателей мощностью до 2 000 кВт считать самозапуск допустимым, если в самом

38

неблагоприятном случае ток включения не будет превы­ шать 1,7 от пускового [Л. 18]:

Под неблагоприятным случаем понимается наихуд­ шее взаимное расположение векторов напряжения ( 6 = = 180°), максимальный режим системы (наибольшая мощность источников питания и наименьшее суммарное сопротивление сети), минимальное число подключенных электроприемников.

Для более мощных синхронных двигателей вопрос о допустимом токе включения и о возможности самозапуска с глухоподключенным возбудителем должен ре­ шаться совместно с заводом-изготовителем.

Если применяется схема ресинхронизации с введени­ ем в цепь ротора разрядного сопротивления или гаше­ ние поля введением сопротивления в цепь возбуждения возбудителя, расчета тока включения не требуется, так как э. д. с. двигателя при выбеге быстро снижается (ана­ логично случаю асинхронного двигателя).

Не требуется расчета тока включения при самозапуске, происходящем после глубокого понижения напря­ жения, вызванного близким к. з., которое отключаетсясоответствующей релейной защитой.

Самозапуск мощных синхронных и асинхронных дви­ гателей, пускаемых через реактор или трансформатор, осуществляется также с включением этих элементов, при­ чем для синхронных двигателей — с гашением поля. В этих случаях ток включения находится в пределах до­ пустимого.

3-2. ТОК ВКЛЮЧЕНИЯ ПРИ ОД И Н О ЧН О М САМ О ЗА П УСК Е СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Величина и положение вектора э. д. с. двигателя от­ носительно вектора напряжения сети в момент восста­ новления питания определяют значение тока включения. Пренебрегая влиянием активного сопротивления, форму­ лу (1-1 ) можно написать в виде

39

Здесь не только э. д. с. Еп, но и величина суммар­ ного сопротивления х? во втором члене равенства явля­ ются функциями угловой скорости. Для того чтобы в знаменателе обоих членов можно было использовать без пересчетов индуктивные сопротивления сети х с и двигателя х"а, которые при частоте, отличной от 50 Гц, и соответствующей ей угловой скорости составляют

- (В

- X -----,

со„

необходимо в числителе использовать приведенное зна­ чение э. д. с.

т. е. пересчитанное на синхронную скорость.

Обозначив угол между векторами 0 С и £ д через б, получим

видно, что величина Еддр может быть найдена по харак­ теристике холостого хода непосредственно после опре­ деления тока ротора.

Если величина тока включения, найденная по (3-5), удовлетворяет условию (3-3), то самозапуск синхронно­ го двигателя с глухоподключенным возбудителем явля­ ется допустимым.

Очевидно, ток включения может оказаться в преде­ лах допустимого в двух случаях:

1) когда величина э. д. с. двигателя снизится на­

2 ) если э. д. с. двигателя велика, но угол б сравни­ тельно мал.

В первом случае возможно включение в любой мо­ мент периода. Во втором — только при благоприятном положении векторов. Однако улавливание такого поло­ жения представляет значительные трудности. Примене­ ние устройства улавливания синхронизма значительно усложняет установку и не может быть признано прием­ лемым. Отстройка по времени возможна только в том случае, если нагрузка и, следовательно, механическая постоянная времени агрегата всегда остаются постоян-

40