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

Тогда в соответствии с уравнением (П-27)

250000(1 — 0,704)

Следовательно, при форсировке возбуждения указанного двига­ теля напряжение на шинах подстанции повышается на 10,2%.

Согласно ПУЭ, синхронные двигатели, как правило, должны иметь устройства релейной форсировки, действу­ ющие при понижении на 15—20% напряжения питающей сети. На всех станциях управления синхронными двига­ телями нормализованной серии (кроме станций, пред­ назначенных для синхронных двигателей с глухоподключенным возбудителем, расположенным на одном валу с двигателем) для облегчения условий втягивания в син­ хронизм предусмотрена форсировка возбуждения при пуске.

Релейная форсировка выполняется автоматической и является частным случаем более общего автоматиче­ ского регулирования возбуждения (АРВ), когда увели­ чение силы тока возбуждения осуществляется по опреде­ ленному закону при действии тех или иных возмущений.

3. РЕСИНХРОНИЗАЦИЯ И САМОЗАПУСК СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

При нарушении электроснабжения в результате ко­ роткого замыкания или переключении на резервный ис­ точник питания синхронный двигатель переходит в ре­ жим выбега и затормаживается. Если время перерыва питания не превышает 0,5 с, то при нормальных техноло­ гических нагрузках на валу двигателя в большинстве случаев после восстановления напряжения двигатель остается в синхронизме. Более длительные перерывы в подаче напряжения приводят к тому, что после восста­ новления напряжения двигатель переходит в асинхрон­ ный режим. При этом, если асинхронный момент больше момента сопротивления механизма, скорость двигателя может увеличиться до значения, при котором скольжение будет меньше критического, определяемого форму­ лой (П-19), и двигатель самопроизвольно без каких-либо переключений в цепях его обмоток может вновь войти

всинхронизм.

Вдругих случаях, при недостаточном асинхронном моменте двигатель продолжает работать в асинхронном

70

режиме и для его втягивания в синхронизм необходимо или произвести разгрузку, или включить в цепь обмотки возбуждения для гашения поля разрядное сопротивле­ ние, т. е. требуется применение специальных схем авто­ матической ресинхронизации.

Схема автоматической ресинхронизации должна ра­ ботать в следующей последовательности: в цепь обмотки возбуждения включается разрядное сопротивление (или она замыкается на разрядное сопротивление)1с выдерж­ кой времени, определяемой временем достижения" двига­ телем подсинхронной скорости, включается форсировка возбуждения, подается возбуждение на обмотку ротора; через 1—3 с после втягивания двигателя в синхронизм форсировка возбуждения снимается.

Ресинхронизация осуществляется подачей импульса от устройств релейной защиты, реагирующих на наличие переменной составляющей в цепи обмотки возбуждения или на увеличение и колебания тока статора. На время пуска устройство ресинхронизации выводится из работы.

Для синхронных двигателей, при пуске которых об­ мотка ротора замкнута на якорь возбудителя через доба­ вочное сопротивление или обмотка ротора замкнута на разрядное сопротивление, ресинхронизация осуществля­ ется переключением на нормальную пусковую схему. Для машин с глухоподключенным возбудителем устанав­ ливается специальное разрядное сопротивление, вели­ чина которого должна быть примерно в три раза больше сопротивления обмотки возбуждения.

Под самозапуском понимают восстановление нор­ мальной работы синхронного двигателя без отключения его от питающей сети после выпадания из синхронизма в результате кратковременного нарушения электроснаб­ жения. При самозапуске можно выделить следующие этапы: прекращение питания (или сильное понижение напряжения в результате короткого замыкания), выбег двигателей, восстановление напряжения, разгон двига­ теля в асинхронном режиме до подсинхронной скорости (собственно самозапуск), втягивание двигателя в син­ хронизм.

1 В зависимости от мощности синхронного двигателя, его ре­ жима работы и электромеханической постоянной времени агрегата гашение поля можно осуществить введением сопротивления в цепь обмотки возбуждения возбудителя (ПУЭ, V-3—54).

71

От обычного пуска самозапуск отличается тем, что: 1) включение напряжения и начало самозапуска про­ исходит при вращающемся с некоторой скоростью ро­

торе;

2)как правило, самозапуск осуществляется под на­ грузкой;

3)самозапуск возможен при возбужденном двига­

теле. . • Обычно пуск осуществляют последовательно по од­

ному двигателю. При самозапуске одновременно может разгоняться несколько машин. Такой самозапуск приня­ то называть групповым.

Самоза'пуск может считаться удачным, если двига­ тель при пониженном напряжении на его зажимах разво­

превышает значений, допустимых с точки зрения нагрева двигателя и динамических усилий, возникающих в лобо­ вых частях обмотки статора.

При расчете самозапуска одиночного двигателя опре­ деляют возможность разгона двигателя до подсинхрон­ ной скорости и втягивание его в синхронизм при задан­ ном времени перерыва питания. Иногда при проектиро­ вании приходится иметь дело с так называемым обратным расчетом: определяют максимально возмож­ ное время перерыва питания, по истечении которого вос­ становление напряжения на зажимах двигателя обеспе­ чивает в. асинхронном режиме избыточный момент, до­ статочный для разгона двигателя до подсинхронной скорости.

Расчет возможности самозапуска группы двигателей обычно сводится к определению остаточного напряже­ ния на шинах питающей подстанции и мощно­ сти неотключаемых Т[по услрвию самозапуска) дви­ гателей.

Возможность самозапуска определяется на основа­ нии расчета следующих параметров двигателя и сети:

1)снижения скорости двигателя в процессе выбега за время перерыва питания;

2)силы тока включения после восстановления напря- ' жения;

3)остаточных напряжений в начале самозапуска на зажимах двигателя и на шинах питающей подстан­ ции.

72

Снижение скорости двигателя в процессе выбега

При выбеге отдельного двигателя в случае прекраще­ ния питания и, следовательно, отсутствия вращающего момента основное уравнение движения электропривода имеет вид

где Мт = М с— тормозной момент двигателя, определя­ емый моментом сопротивления механиз­ ма, относительные единицы.

Решая это уравнение относительно времени торможе­ ния U, получаем

Момент сопротивления для большинства механизмов с синхронными приводными двигателями можно выра­ зить в общем виде формулой

ния механизма; Мс.н— номинальный момент сопротивления меха­

низма; па— номинальная скорость вращения.

Для механизмов с постоянным моментом сопротивле­ ния а —0 и МС=Л 4С.Н= const.

Для механизмов с вентиляторной характеристикой — дымососов, газодувок, вентиляторов, насосов, работаю­

где tT— время выбега (в данном случае соответствует времени перерыва питания);

73

As = s2—Si — изменение скольжения за время вы­ бега;

s2— скольжение в конце выбега;

sx— скольжение в начале выбега; при Si = 0

Из выражения (Н-31) при s; = 0 имеем

ты ~ ПН ’

откуда скорость в конце выбега в относительных еди­ ницах

Если выбег происходит при некотором остаточном на­ пряжении и двигатель создает вращающий момент, то скорость в конце выбега при Afc = const можно найти из равенства

= 1 Mc —Ma(s) tт»

где Afa(s)— вращающий асинхронный момент двигате­ ля при выбеге, относительные единицы.

Для механизмов с вентиляторным моментом сопро­ тивления

V Мс.а (М с. н - М с.п)

Учитывая, что (1 — s2) = пк = —

Пд

для скорости в-конце выбега получим равенство

74

(ii-3S)

ь

В производственных условиях скорость вращения двигателя в конце выбега определяется эксперименталь­ но осциллографированием.

Если от шин подстанции питается несколько синхрон­ ных двигателей и подстанция в результате кратковремен­ ного нарушения электроснабжения обесточивается,' то после восстановления напряжения происходит групповой самозапуск этих двигателей. Групповому самозапуску предшествует групповой выбег. В этом случае двигатели остаются подключенными к общим шинам, т. е. связаны между собой через сеть, и процесс выбега будет опреде­ ляться параметрами отдельных агрегатов группы: мощ­ ностью двигателей, электромеханическими постоянными времени агрегатов, загрузкой в момент, предшествую­ щий выбегу.

При идентичных агрегатах и идентичной загрузке ха­ рактеристика группового выбега практически не отлича­ ется от характеристики индивидуального выбега отдель­ ного агрегата. Если же в группе находятся агрегаты с различными параметрами, то при выбеге те из них, которые имеют большую электромеханическую постоян­ ную и, следовательно, обладают большим запасом кине­ тической энергии, работают в генераторном режиме и яв­ ляются источниками питания для двигателей агрегатов, имеющих меньший запас кинетической энергии. В ре­ зультате обмена энергией выбег всех двигателей в тече­ ние некоторого промежутка времени совершается с оди­ наковым замедлением. Выбег по общей характеристике с одинаковой скоростью продолжается до тех пор, пока напряжение, создаваемое работающими'в генераторном режиме двигателями на шинах подстанции, не упадет примерно до 0,25 UH.

Точное аналитическое определение характеристики группового выбега весьма сложно. Для приближенных практических расчетов можно принять формулу [26]

75

где n(t) — скорость вращения в процессе выбега через - время t;

I'm;— электромеханическая постоянная t-того агре­ гата;

S Hi— номинальная полная мощность двигателя i-того агрегата;

s; — скольжение t-того агрегата при индивиду­ альном выбеге через время t;

k — число агрегатов, участвующих в выбеге.

Величина тока включения после восстановления напряжения

При самозапуске синхронный двигатель может быть возбужденным и невозбужденным. В первом случае дви­ гатель в режиме выбега генерирует переменное напряже­ ние, уменьшающееся по мере снижения скорости. Поэто­ му после восстановления напряжения в сети происходит наложение двух напряжений: генерируемого двига­ телем и сети, геометрическая разность которых опреде­ ляет силу тока включения двигателя при самозапуске/с

двигателя по продольной оси.

Для случая, когда сдвиг по фазе между напряжением сети и э. д. с. двигателя равен 180°, имеем

Uc + Ef

(И-38)

*в.н + ха '

Чем больше продолжительность перерыва питания, тем ниже скорость двигателя в процессе выбега и тем меньше э.д .с. (Ef). Следовательно, допустимая величи--

76

на тока включения определяет минимальное время пи­ тания — время срабатывания АПВ (автоматического по­ вторного включения) или АВР (автоматического вклю­ чения резервного источника). С точки зрения уменьшения силы тока включения время срабатывания АПВ или АВР должно быть достаточно большим.1

Предельно допустимую величину тока включения для двигателей мощностью до 2000—2500 кВт можно при­ нять равной

—— = й/— кратность пускового тока при номиналь­

на

ном напряжении.

Вследствие трудности определения величины э.д .с. двигателя в момент восстановления напряжения силу тока включения при индивидуальном самозапуске воз­ бужденного синхронного двигателя определяют экспери­ ментально осциллографированием.

Процесс самозапуска невозбужденного двигателя можно рассматривать как обычный пуск с некоторой промежуточной скорости. Величина тока включения в этом случае определяется по выражению

где k9— кратность тока включения;

sK— скольжение двигателя при максимальном

_________асинхронном моменте.

1 Чем быстрее осуществляется самозапуск, тем быстрее двига­ тели втягиваются в синхронизм, т ,е. для обеспечения большего зна­ чения входного момента время срабатывания АПВ или АВР должно быть минимальным. Поэтому при выборе времени срабатывания АПВ или АВР односторонний подход не допустим.

77

Остаточное напряжение на зажимах двигателя и на шинах питающей подстанции

Остаточное напряжение на зажимах двигателя при самозапуске должно быть таким, чтобы избыточный мо­

78

где U0— 1,04—1,05 — напряжение сети;

хэ— эквивалентное индуктивное сопротивление двигателя и нагрузки;

дгв.н— индуктивное сопротивление последовательно включенных элементов сети от источника пи­ тания до шин подстанции,

*в.н = хс -+- хл1 -Ь хт;

хя — добавочное сопротивление в цепи двигателя;

хя = хр + хл2;

ха — эквивалентное сопротивление нагрузки.

Мощность включения двигателя в начале самозапуска

где / с — сила тока включения.

Введем понятие мощности включения цепи двигателя при наличии в ней добавочного сопротивления хд:

где / с.д — сила тока включения при наличии в цепи двигателя добавочного сопротивления хж.

Если до начала самозапуска напряжение на шинах было равно Um= U Bи сила тока нагрузки / н, то в первый момент самозапуска суммарная сила тока через сопро­ тивление хэ будет равна /э = /с.д+/нагр, а следовательно, эквивалентная мощность включения цепи двигателя и нагрузки будет равна

где kc,3— кратность суммарной силы тока или мощно­ сти в сети.

Учитывая, что

и, подставляя его значение в выражение (II-41), полу­ чаем

79