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

' П + (5с.д + ■5нагP^b.hISc

Формулы (11-41) и (11-48) могут быть также исполь­ зованы для определения остаточного напряжения на за­ жимах двигателя и. на шинах при пуске двигателя, если вместо kc подставить kn (соответственно мощность вклю­ чения заменить на пусковую мощность).

Если в самозапуске участвует п двигателей с одина­ ковыми параметрами, питающиеся от общих шин, то их эквивалентное сопротивление

■*Дэкв

тогда выражения (11-45) и (11-48) принимают вид

Остаточное напряжение при самозапуске п двигате­ лей с различными параметрами определится по выра­

80

Асинхронный момент двигателя и момент сопротив­

=0,02-4-0,1). Если на этом участке по условию необхо­ димого момента самозапуск обеспечивается, то в боль­ шинстве случаев он будет обеспечен и при других сколь­ жениях. В каталогах обычно дается значение момента М0,os при скольжении s=0,05.

Так какв зоне малых скольжений ( s = 0 ,024-0,1) асин­ хронный момент двигателя с обмоткой возбуждения, зам­ кнутой на разрядное сопротивление, изменяется практи­ чески линейно, для критического скольжения значение момента двигателя будет равно

двигателя можно определить также по выражению [27]

хтивное сопротивление по продольной и поперечной осям;

T'd, Td, T "—q постоянные времени пусковой обмотки

по продольной и поперечной осям при замкнутой обмотке статора, эл. рад*.

82

При самозапуске возбужденного синхронного двига­ теля его асинхронный момент будет меньше, чем опреде­ ленный по уравнению (П-56), что необходимо учитывать при расчете. Например, если сравнить самозапуск при замкнутой на 10-кратное разрядное сопротивление об­ мотке возбуждения с самозапуском при глухоподключенном возбудителе, то во втором случае асинхронный момент уменьшится на величину, определяемую выра­ жением

0 ,0 9 sTd

ДМа

1 + 0 ,0 0 8 1 s2 Тд

(11-57)

1 + s2Td

Если в результате расчета процесса самозапуска окажется, что момент двигателя недостаточен для дове­ дения его до критического скольжения, то предусматри­ вают меры по автоматической разгрузке двигателя при работе в асинхронном режиме. В этом случае необходи­ мо проверить двигатель на нагрев при работе в асин­ хронном режиме.

При групповом самозапуске двигателей с различны­ ми параметрами рассчитывают остаточное напряжение на шинах подстанции и мощность неотключаемых по условиям самозапуска двигателя по выражению (П-51).

4. ВЫСШИЕ ГАРМОНИЧЕСКИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА РАБОТУ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

На современных металлургических заводах значи­ тельная часть электроэнергии (30—40%) потребляется на постоянном токе. Для преобразования переменного тока в постоянный применяются электромашинные и статические (ионные и полупроводниковые) преобразо­ ватели. Все более широкое распространение получают тиристорные преобразователи. Однако, обладая рядом несомненных достоинств, все статические преобразова­

тели имеют и недостатки. В частности, они являются ис­ точником высших гармонических1.

В цепях первичных обмоток трансформатора, питаю­ щего выпрямительную установку, напряжение и ток явля­ ются несинусоидальными (рис. 23,а). Если не учитывать

Рис. 23. Форма кривых напряжения и тока:

а —-в первичной обмотке трансформатора, питающего мощный вентильный пре­ образователь; б—в цепи статора синхронного двигателя, работающего парал­ лельно с мощным ионным выпрямителем; в —при частичном резонансе в цепи

батареи косинусных конденсаторов, работающих параллельно с мощным ион­ ным выпрямителем; а —в цепи батареи косинусных конденсаторов при отклю­ ченном ионном выпрямителе

коммутацию вентилей, то форму кривой тока в этих це­ пях можно представить в виде некоторой ступенчатой ломаной, число ступеней которой зависит от числа фаз выпрямления. Так как кривая тока симметрична относи­

1 На металлургических предприятиях источником высших гар­ монических являются также дуговые электропечи, сварочные агре­ гаты и некоторые другие электроприемники. Однако их влияние на искажение формы кривой напряжения и тока сказывается гораздо меньше, чем влияние статических преобразователей. Поэтому в ка­ честве основного источника высших гармонических рассматривают­ ся только выпрямительные установки.

84

тельно оси абсцисс при разложении ее в ряд Фурье от­ сутствуют четные гармонические составляющие. Кроме того, отсутствуют гармонические, кратные трем.

В общем случае в цепях первичных обмоток транс­ форматора возникают лишь нечетные гармоники, поря­ док которых зависит от числа фаз выпрямления и опре­ деляется выражением

где v — порядок гармонической тока;

k — последовательный ряд целых чисел; т — число фаз выпрямления.

Так, для шестифазной схемы выпрямления получаем 1, 5, 7, 11, 13, и т. д. гармоник. Относительная величина

Вследствие коммутации форма кривой несколько приближается к синусоиде. С учетом угла коммутации у относительная величина высших гармонических тока определяется из выражения

I-i sin (V — 1) . V

(II-60)

V (v— 1)

т. е. в этом случае относительная величина гармониче­ ских составляющих уменьшается, хотя порядок их ос­ тается без изменения.

При протекании несинусоидального тока по элемен­ там сети, питающей выпрямительную установку, напря­ жение в такой сети будет отличаться от синусоидально­ го, так как возникают несинусоидальные падения на­ пряжения в сопротивлениях сети. Содержание высших гармонических в кривой напряжения в отдельных точ­ ках цепи переменного тока от источника питания до вы­ прямительной установки тем выше, чем ближе эта точка находится к выпрямительной установке.

Согласно ГОСТ 13109—67, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения на зажимах лю­ бого электроприемника не должен превышать 5%

85

кривой напряжения;

Uvm— амплитудное значение напряжения v-й гар­ монической;

Uim— амплитудное значение напряжения основной гармонической.

Сравнительно большая величина установленной мощ­ ности ст-атических преобразователей в системах электро­ снабжения предприятий черной металлургии обусловли­ вает более высокий коэффициент km, т. е. выше допусти­ мых 5%.

Значения гармонических составляющих определяют или графоаналитически разложением в гармонический ряд Фурье заосциллографированных несинусоидальных кривых тока и напряжения, или замерами с использова­ нием спектральных анализаторов.

Как показали исследования, проведенные на ряде прокатных ста­ нов Ждановским металлургическим институтом [28], в амплитудном спектре напряжения сетей этих станов, кроме гармонических, опреде­ ляемых выражением (П-58), содержатся нечетные, кратные трем, и четные гармоники, т. е. v = l , 2, 3, 4, 5, 6 ... га. Причиной появления этих гармонических является стабильный разброс углов зажигания вентилей и питание систем сеточного управления от источника неси­ нусоидального напряжения. При наличии этих гармонических v при­ нимает значения 1, 2, 3, 4, 5,... га, где га — максимальный порядок интересующей нас гармонической.

Кроме того, как показали те же исследования, в амплитудном спектре напряжения могут существовать также дробные гармониче­ ские, появление которых объясняется технологическими особенностя­ ми прокатки — равномерным чередованием участков повышенного нагрева металла.

Для измерения гармонических составляющих в элект­ рической цепи применяют низкочастотные спектральные анализаторы электрических сигналов. Для этой цели пригодны выпускаемые отечественной промышленностью анализаторы спектра типа СКЧ-3 с диапазоном частот 20—20000 Гц, СЧ-7 с диапазоном частот 20—60 000 Гц, СЧ-12 (20—500 000 Гц). В качестве индикаторов этих анализаторов используются электроннолучевые трубки (СКЧ-3, СЧ-12), стрелочные приборы или самописцы

(СЧ-7).

86

Высшие гармонические в кривой напряжения сети наносят определенный ущерб. Помимо ухудшения коэф­ фициента мощности как выпрямительной установки, так и всей сети в целом, искажение формы кривых тока и напряжения может привести к возникновению резо­ нансных режимов. Такие режимы возникают в том слу­ чае, если в сети имеются значительные емкостные сопро­ тивления, например, ненагруженные линии электропере­ дачи или батареи косинусных конденсаторов. При этом величина гармонических составляющих тока, для кото­ рых имеются условия резонанса, может достигнуть недо­ пустимо больших значений.

На рис. 23, в приведена осциллограмма тока и напря­ жения батареи косинусных конденсаторов, работающей параллельно с мощным (8000 кВт) ионным преобразо­ вателем. Разложение кривой тока в ряд Фурье и пост­ роение по данным разложения амплитудного спектра гармонических тока показало, что в пределах сделанного разложения (по 35-ю гармонику) есть четыре явно вы­ раженных резонанса токов на частотах 11-й, 19-й, 29-й и

амплитуду основной гармоники. Действующее значение несинусоидального тока в цепи батареи конденсаторов значительно превышает допустимое, в результате чего ряд конденсаторов батареи выходит из строя. Для срав­ нения на рис. 23,г приведены кривые тока и напря­ жения батареи при неработающем ионном преобразо­ вателе.

В электрических машинах переменного тока в неси­ нусоидальных режимах возникают дополнительные по­ тери, отражающиеся на ох экономических показателях

[29, 30].

Дополнительные потери мощности в статорной обмотке

При питании синхронного двигателя от несинусоидального напряжения по цепи статора протекает несину­ соидальный ток (рис. 23,6), действующее значение ко­ торого равно

87

где Ix— действующее значение тока основной гармо­ ники;

/ v — действующее значение тока v-й гармоники.

Ток U можно определить по выражению

(11-62)

0,75v x 2 ’

где Uv — напряжение v-той гармоники;

хв— сопротивление обратной последовательности синхронного двигателя.

При синусоидальном токе потери в меди обмотки, включая добавочные, равны

п— число проводников по высоте паза; а — высота проводника;

А— глубина проникновения тока в медный про­ водник,

Дополнительные потери в пусковой обмотке явнополюс­ ного синхронного двигателя

Дополнительные потери можно определить по выра­ жению [31]

люс;

— сопротивление стержня;

Я2V

Рс 1с К

ndl

Pc, lc, dc— удельное сопротивление, длина и диа­ метр стержня;

kvr— коэффициент изменения активного со­ противления круглого паза.

Величина тока Ivn в стержне пусковой обмотки, обу­ словленная высшими гармониками тока статора, опре­ деляется по формуле

где Fv — основная пространственная гармониче­ ская намагничивающей силы от выс­ ших гармонических тока статора;

89