книги из ГПНТБ / Вершинин П.П. Применение синхронных электроприводов в металлургии

тем статор переключается на полное напряжение (вклю­ чение выключателя У, ем. рис. 25, б ). При тяжелом пус­ ке этиоперации выполняются в обратном порядке—• сначаластатор переключается на полное напряжение сети, после чего подается возбуждение.

Легкий пуск используется для двигателей с неболь­ шим статическим моментом на валу при пуске и, с точки зрения бросков тока при синхронизации, является более

ван тяжелый пуск (та­ кой двигатель запускается без нагрузки). В процессе эксплуатации схема была переделана на легкий пуск. При этом двигатель свободно входил в синхронизм, а контрольные осциллограммы показали, что в момент синхронизации бросок тока меньше номинального, в то время как при тяжелом пуске он значительно превы­ шал номинальный.

Физическую сторону процесса синхронизации двига­

ли его не возбудить, продолжает вращаться с этой ско­ ростью. При этом ротор приходит в колебательное дви­ жение, что объясняется следующим. Полюсы ротора, стремясь притянуться к обгоняющим их полюсам стато­ ра, сообщают ротору дополнительное ускорение. Однако после того, как угол 0 между осями полюсов ротора й статора превысит 90°, полюса ротора стремятся притя­ нуться к следующим догоняющим их полюсам статора и задерживают вращенйе ротора и т. д. На рис. 32 кри­ вая 1 показывает изменение скольжения невозбужден­ ной. машины.

После включения тока возбуждения появляется еле-

100

дующая причина колебания ротора около средней асин­ хронной скорости, что обусловлено взаимодействием полюсов статора и ротора противоположной полярности. Эта составляющая более значительна по величине и из­ меняется с меньшей в два раза частотой (кривая 2 на рис. 32). Амплитуду ее можно увеличить путем форси­ ровки возбуждения. Результирующие колебания (кри­ вая 3) будут по амплитуде настолько велики, что в от­ дельные промежутки времени скорость ротора превысит синхронную, и тогда начнет действовать синхронизирую­ щий момент. Амплитуда колебаний ротора двигателя в асинхронном режиме и при синхронизации зависит от момента сопротивления, который должен быть меньше Af(),05Среднее значение кратности тока статора при ра­ боте двигателя в асинхронном режиме определяется по выражению (П-1). При подаче возбуждения сила этого тока значительно возрастает за счет составляющей тока с частотой скольжения.

На рис. 33 приведена принципиальная схема управ­ ления с автотрансформаторным пуском и АРВ синхрон­ ного двигателя мощностью 10 000 кВА в приводе преоб­ разовательного агрегата рельсобалочного стана. В схе­ ме предусмотрено ручное и автоматическое регулирова­ ние тока возбуждения. При ручном управлении электромашинный возбудитель работает с самовозбуждением, при использовании АРВ — с независимым возбуждением от электромашинного усилителя ЭМУ. Переключение на АРВ осуществляется контакторами 1КА и 2КА, которые включаются ключом 1УП.

В схеме предусмотрен легкий пуск, так как преобра­ зовательный агрегат запускается без нагрузки. Пуск двигателя осуществляется ключом КУ. При этом вклю­ чается контактор КН, подающий напряжение на вклю­ чающую катушку выключателя Я. Включаясь, послед­ ний соединяет в общую точку концы обмоток автотранс­ форматора АТ и своим замыкающим блок-контактом включает контактор КЛ включения выключателя Л, в результате чего на двигатель подается пониженное на­ пряжение, и он начинает разгоняться.

В результате срабатывания токового реле РПТ и пе­ реключения реле времени в конце разгона (см. рис. 30), контактор М отключает обмотку возбуждения от раз­ рядного сопротивления и присоединяет ее к возбудите­ лю. Двигатель втягивается в синхронизм. Замыкающий

101

блок-контакт М подает напряжение на отключающую катушку выключателя Я, который отключаясь, в свою очередь, включает контактор КУ включения выключате­ ля У. Выключатель У шунтирует автотрансформатор АТ

ина статор двигателя подается полное напряжение сети.

Вто же время контактами У включается реле 1РП и от­ ключается выключатель Л, а замыкающий контакт Л обесточивает реле 2РП.

Схемой предусмотрена параметрическая форсировка возбуждения, осуществляемая автоматическим регуля­ тором возбуждения, и релейная форсировка шунтирова­ нием контактором КФ сопротивления RB в цепи обмотки возбуждения возбудителя. Контактор КФ включает ре­

ле РФ при снижении напряжения сети на 20% или реле времени ЗРВ в период пуска независимо от величины напряжения сети. Реле ЗРВ отключает контактор КФ в конце пуска после включения М с выдержкой времени, достаточной для втягивания двигателя в синхронизм.

Преобразовательный агрегат рельсобалочного стана имеет большие маховые массы и его торможение в режи­ ме свободного выбега длится десятки минут. Поэтому для срочной остановки агрегата, если она необходима, применяют динамическое торможение.

При динамическом торможении двигатель отключа­ ется от сети и его' статорная обмотка выключателем Т замыкается на сопротивление СД. Питание обмотки воз­ буждения оставляют неизменным. Двигатель развивает тормозной момент в результате взаимодействия тока статора с магнитным потоком ротора. Выключатель Т включается переключателем 2УП, подающим через раз­ мыкающие контакты Т и У напряжение на катушку кон­ тактора КТ. Одновременно через замыкающий контакт Т и размыкающие контакты 1РП и 2РП включается кон­ тактор М, и обмотка возбуждения синхронного двигате­ ля присоединяется, к возбудителю.

Станции управления синхронными двигателями

Для синхронных двигателей выпускаются типовые станции управления в виде крупноблочных комплектных устройств — панелей или блоков управления. Панели и блоки выпускаются заводами электротехнической про­ мышленности как общего, так и отраслевого назначения, на что указывает вторая буква типового обозначения.

103

Например, БН — блок управления общего назначений; ПП — панель управления для прокатных цехов; ПГ — панель управления для горнодобывающей промышлен­ ности; БЭ — блок управления для энергетических уста­

новок.

Заводы электротехнической промышленности выпус­ кают нормализованные станции управления новой серии. Станции управления высоковольтных синхронных двига­ телей различаются способом пуска двигателя, схемой подключения возбудителя к обмотке возбуждения и на­ пряжением цепей управления.

В качестве основного метода в станциях данной се­ рии предусмотрен прямой асинхронный пуск от полного напряжения сети. При пуске от пониженного напряже­ ния через реактор или автотрансформатор предусмотрен переход путем несложных переключений с помощью накладок от легкого пуска к тяжелому и нао­ борот.

По способу подключения возбудителя к обмотке воз­ буждения серия делится на две основные группы: а) для возбудителей, подключенных к обмотке возбуждения контактором возбуждения в момент синхронизации (па­ нели управления); б) для возбудителей, присоединен­ ных наглухо к обмотке возбуждения синхронных дви­ гателей (блоки управления).

В станциях новой серии управление моментом по­ дачи возбуждения осуществляется в функции пускового тока статора синхронного двигателя. Для всех панелей и блоков управления новой серии предусмотрены: инди­ видуальная форсировка, осуществляемая при помощи реле напряжения, подключенного ко вторичной обмотке трансформатора напряжения, который используется в схеме управления данного двигателя; групповая фор­ сировка, осуществляемая промежуточным реле, подклю­ ченным к шинам групповой форсировки на распредели­ тельном устройстве.

В панелях управления синхронными двигателями предусматриваются следующие виды защит: максималь­ ная токовая от перегрузки, защита от замыкания на землю, дифференциальная от короткого замыкания в зоне между трансформаторами тока, минимальная токо­ вая от снижения силы тока возбуждения двигателя (РНТ), нулевая от снижения напряжения, защита от асинхронного режима, защита от короткого замыкания

104

в цепях управления. Рассмотрим более подробно дейст­ вие защиты от асинхронного режима работы.

При выпадании синхронного двигателя из синхро­ низма вследствие действия внешнего возмущения, на­ пример глубокой посадки напряжения, он некоторое время работает в асинхронном режиме, а затем, после прекращения действия возмущения, либо возвращается к синхронной работе (самопроизвольно или в результа­ те ресинхронизации), либо отключается от питающей сети. Отключение двигателя от сети происходит под действием защиты от асинхронного режима работы.

Как следует из выражения (II-1), величина тока ста­ тора в асинхронном режиме зависит от ОКЗ,’ поэтому специальную защиту синхронного двигателя устанавли­ вают в тех случаях, когда по величине ОКЗ двигателя при возникновении асинхронного режима не обеспечива­ ется действие защиты от перегрузки.

В зависимости от условий работы двигателя и его характеристик защита от асинхронного режима осуще­ ствляется в функции тока статора. Кроме того, приме­ няют устройство, реагирующее на наличие переменной составляющей тока в цепи обмотки возбуждения. В но­ вой серии нормализованных станций управления высо­ ковольтными синхронными двигателями принята защи­ та от асинхронного режима, реагирующая на появление переменной составляющей в цепи обмотки возбуждения. Величина последней лежит в пределах 0,25—0,5 номи­ нальной силы тока возбуждения при частоте 1—8 Гц.

Краткая характеристика некоторых станций управ­ ления новой серии общего и отраслевого назначения приведена в приложении II.

3. СРАВНЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТИРИСТОРНЫХ И ЭЛЕКТРОМАШИННЫХ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Критериями оценки систем возбуждения синхронных электроприводов являются:

1)быстродействие системы;

2)эксплуатационная надежность;

3)энергетические показатели, гр cos ср;

4)стоимость установки.

Важнейшим преимуществом тиристорных возбудите­ лей по сравнению с электромашинными является высо­

105

кое быстродействие. Постоянная времени обмотки воз­ буждения машинных возбудителей находится в пределах 0,1—0,5 с, а тиристорных — в пределах 0,005—0,01 с.

Между тем многие синхронные приводы, работающие с ударной нагрузкой, особенно преобразовательные аг­ регаты обжимных реверсивных станов, при наличии АРВ требуют быстрого изменения возбуждения синхрон­ ного двигателя/ Высокая инерционность электромашинных возбудителей даже в присутствии АРВ не позволяет полностью использовать эксплуатационные особенности синхронных двигателей — влияние на уровень напряже­ ния и устойчивость узла нагрузки, величину потерь элек­ трической энергии, а также не обеспечивает высокую статическую и динамическую перегрузочную способность самих синхронных двигателей.

что относительные пульсации тока возбуждения, потреб­ ляемой мощности и напряжения при набросе одинаковой нагрузки (одинаковые силы токов прокатных двигате­ лей / д) на приводе с машинным возбудителем выше по сравнению с этими показателями при тиристорном воз­ будителе. Следовательно, переходный процесс при удар­ ном характере нагрузки на приводах с тиристорным воз­ буждением'протекает более благоприятно. Аналогичные результаты получены при осциллографировании режи­ мов других приводов [33].

В системах с АРВ применение тиристорных преобра­ зователей позволяет значительно расширить зону устой­ чивости работы. Граничное значение коэффициента уси­ ления системы с тиристорным возбуждением при регу­

0У— внутрений угол в установившемся режиме.

П р и м е р . Определим граничное значение коэффициента уси­ ления системы возбуждения синхронного электропривода преобразо­

106

Технические данные приводного двигателя трубопрокатного ста-

на МС 213-15/18 следующие: Рн= 5000' кВт, //н = 6кВ, х , d= 1,253,

х'а = 0,27. Приняв 0У= 35°, получим

по другим параметрам показывает, что предельные значения их прак­ тически получить невозможно, и в этом нет необходимости.

Следовательно, системы возбуждения с тиристорными преобразо­ вателями и АРВ будут всегда устойчивы и не нуждаются в приме­ нении специальных стабилизирующих средств.

В процессе наладки и испытаний промышленных ус­

возбудителями, работающих в режиме ударной нагруз­ ки, авторы книги не зарегистрировали ни одного случая неустойчивой работы системы.

Важным фактором, повышающим надежность тири­ сторных возбудителей, является отсутствие вращающих­ ся частей. В работе [34] приведены расчеты надежности тиристорных и-машинных возбудителей. Подсчитано, что интенсивность отказов машинного возбудителя с электромашинным регулятором возбуждения примерно в полтора раза выше интенсивности отказов машинного возбудителя с АРВ на полупроводниковых элементах. В работе [33] дано практическое подтверждение расче­ тов надежности тиристорных возбудителей. Опыт экс­ плуатации в течение ряда лет тиристорных возбудите­ лей на приводах прокатных станов, компрессоров, пре­ образовательных агрегатов мощностью 2; 5; 10; 14 MBA и др. со спокойной, пульсирующей и ударной знакопере­ менной нагрузкой также подтверждает их высокую экс­ плуатационную надежность.

Тиристорные возбудители обладают более высокими экономичес­ кими показателями. Приведем сравнительный расчет потерь мощно­ сти, к. п. д. и коэффициента мощности электромашинного и тиристор­ ного возбудителя синхронного двигателя ДСК 260/24-36, 0,625 мВА,

Uf = 93 В, //= 2 5 2 А.

Параметры машинного возбудителя: генератор П82, Р — 35 кВт,

мальная длительно допустимая мощность на стороне выпрямленного напряжения Ртах = 54,5 кВт; напряжение питания //„= 380 В; на­ пряжение выхода при холостом ходе //<го=180 В; длительно допу­ стимая сила тока на выпрямленной стороне Id max= 320 А; потреб-

108

ляемая мощность из сети при номинальной силе тока 5.=57 кВА, тип тиристоров Т-150, тип трансформатора ТС-63/0,5, 63 кВА.

Расчет потерь

Машинный возбудитель

где /1=240 А — ‘номинальная сила тока на входе преобразователя.

k~2>— коэффициент скважности тока;

—динамическое сопротивление тиристора при максималь­ ном падении напряжения;

Рд = 113-10-5 Ом;

п — число вентилей.

109