Отправить статью по E-mail Обеспечение пуска асинхронных электродвигателей
- Авторы: Мезенцева А.В.1
-
Учреждения:
- Нижневартовский государственный университет
- Выпуск: 2024: Культура, наука, образование: проблемы и перспективы: материалы ХI Международной научно-практической конференции (г. Нижневартовск, 9–10 ноября 2023 г.)
- Страницы: 310-315
- Раздел: Секция 7. Передовые исследования в математических и физических науках
- URL: https://journals.eco-vector.com/kultura_nvsu2023/article/view/630948
- DOI: https://doi.org/10.36906/KSP-2023/43
- ID: 630948
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Проводится исследование условий, обеспечивающих пуск электрических двигателей, питающихся от трансформаторных подстанций и работающих параллельно между собой, в ходе которого установлено, что при снижении напряжения важно, чтобы в период запуска, для его обеспечения и дальнейшей устойчивой работы электрических двигателей, пусковой момент был больше или равен величине приведенного к валу электродвигателя момента рабочей машины.
Полный текст
Трансформаторные подстанции промышленных потребителей, как правило, рассчитаны на мощности, которые по своей величине соответствуют мощностям присоединенных к ним электрических двигателей, поэтому можно принять, что сопротивления подстанций и потребителей по своей величине являются соизмеримыми. В момент пуска пусковой ток электрического двигателя достигает величины, в несколько раз превышающей его номинальный ток. Увеличение тока в линии электропередачи приводит к падению напряжения в линии электропередачи и на зажимах двигателя ниже номинального. Чем мощнее двигатель, тем значительнее будет снижение напряжения на электрическом двигателе, соответственно условия устойчивой работы двигателя ухудшаются [3, с. 336].
Момент электрического двигателя, в том числе и пусковой, зависит от квадрата приложенного напряжения, поэтому при снижении напряжения момент также будет в значительной степени снижаться. При снижении момента ниже допустимого, когда пусковой момент станет меньше момента сопротивления приводного механизма, электродвигатель не запустится, а недопустимо большой действующий пусковой ток в случае несрабатывании защиты электродвигателя может привести к выходу его из строя.
Недопустимое понижение питающего напряжения в момент пуска мощных электрических двигателей влияет и на другие параллельно работающие двигатели. Их перегрузочная способность из-за снижения напряжения также падает и в периоды высоких пиковых нагрузок, это может привести к останову электрических двигателей ответственных потребителей [2, с. 254].
Успешный пуск электрического двигателя возможно осуществить при соблюдении необходимого условия: пусковой момент электрического двигателя в случае снижения напряжения должен быть больше или равен моменту сопротивления при трогании с места приводного механизма на валу рабочей машины, приведенного к валу электрического двигателя [4, с. 229], при этом необходимо учесть и величину избыточного момента, позволяющий осуществить пуск системы электропривода. Избыточный момент принимается равным 25% от номинального Мном.
Коэффициент снижения напряжения в момент пуска равен:
(1.1)где Uп – напряжение при пуске, приложенное к электрическому двигателю, В;
Uн – напряжение двигателя при номинальных условиях, В.
Учитывая квадратичную зависимость пускового момента от приложенного напряжения, с учетом (1.1) получим необходимое условие пуска электрического двигателя:
(1.2)где Мп.ном – пусковой момент двигателя, соответствующий номинальным условиям, Н·м;
Мпр.т – приведенный момент трогания рабочей машины, Н·м;
Мном – номинальный момент электродвигателя, Н·м. Приведенный момент рабочей машины при трогании с места:
(1.3)где Мтр – момент трогания машины;
η – коэффициент полезного действия передачи;
i – передаточное отношение:
(1.4)где ωдв – скорость электродвигателя, рад/с;
ωм – скорость приводного механизма – рабочей машины, рад/с.
Момент при трогании приводного механизма можно определить по его технической характеристике. Если таких данных нет, то момент трогания приводного механизма можно определить по усилию, возникающем на шкиве рабочей машины в момент запуска, а именно:
(1.5)где Fт – усилие трогания, Н;
r – радиус шкива, м.
Разделив обе части уравнения (1.2) на номинальный момент, получим:
(1.6)где μп и μт – кратности пускового момента и момента трогания.
Из уравнения (1.6):
(1.7)Потеря напряжения в момент пуска электрического двигателя:
(1.8)откуда
(1.9)Подставив (1.9) в (1.7) получим:
(1.10)Из анализа выражения (1.10) следует, что допускаемая потеря напряжения в момент пуска двигателя зависит от кратности рассматриваемых моментов сопротивления и пускового. Уменьшение величины приведенного момента сопротивления приводного механизма и увеличение пускового момента электродвигателя позволяет увеличить диапазон допустимого снижения напряжения на зажимах двигателя.
Определение снижения напряжения в соответствии с (1.10) при соответствующих кратностях моментов пускового и сопротивления дает возможность проверить возможность обеспечения пуска электрического двигателя. При выполнении данного условия пуск электрического двигателя обеспечивается и не требует его повторного включения.
Для определения снижения допустимого напряжения ∆U% рассмотрим электрическую цепь с последовательным соединением трансформатора и линии, с соответствующими полными сопротивлениями Zт, Zл и общим эквивалентным сопротивлением и всех электродвигателей, параллельно подключенных с запускаемым и питающихся от линии Zэ [5, с. 25]. Коэффициент мощности с учетом допущений для всех сопротивлений принимаем одинаковым. С учетом равномерной загрузки, ток в каждой фазе можно определить как:
(1.11)где Uн – номинальное напряжение трансформатора, В.
Потеря напряжения в обмотке трансформатора и в линии в момент пуска электрического двигателя зависят от соответствующих сопротивлений:
(1.12)Подставив (1.11) в (1.12) получим:
(1.13)В выражении (1.13) сопротивление трансформатора можно определить при номинальных условиях, используя расчетные значения напряжений к.з.:
(1.14)где Iт – ток трансформатора при номинальных условиях,
А; ΔUк% – напряжение к.з., В.
Сопротивление линии электропередачи от трансформаторной подстанции до электрического двигателя:
(1.15)где Z0 – удельное сопротивление линии длиной в 1 км, Ом/км;
l – длина соответствующей линии электропередачи, км.
Сопротивление параллельно работающих электродвигателей, участвующих в запуске:
(1.16)где Zп – полное пусковое сопротивление рассматриваемого двигателя в момент запуска, Ом;
Zд – эквивалентное сопротивление параллельно подключенных с запускаемым электрических двигателей, Ом;
cos(φп – φд) – коэффициент мощности при пуске запускаемого двигателя и параллельно работающих с ним электрических двигателей.
Если принять Zн=∞ и Zэ=Zп, то можно проверить обеспечивается ли запуск только одного двигателя (в случае, когда другие отсутствуют) или пуск невозможен.
Работа параллельно подключенных электрических двигателей связана с потерей устойчивости при резких скачках напряжения, обусловленных запуском других мощных электродвигателей. Для того, чтобы они не остановились, и их устойчивая работа не нарушилась необходимо также выполнить определенное условие – момент сопротивления рабочих органов механизмов, приведенный к валу электрического двигателя не должен превышать наибольший критический момент двигателя [1, с. 45], то есть:
(1.17)где Мкр – критический момент двигателя, Н·м;
Мс.пр –момент сопротивления, приведенный к валу двигателя, Н·м. Из выражения (1.17) следует, что:
(1.18)где μс и μм – кратности приведенного момента сопротивления и наибольшего максимального момента приводимого в движение механизма.
Подставив (1.9) в (1.18), получим:
(1.10)Если после подстановки значений потери напряжения ∆U% и кратностей, соответствующих, приведенного момента сопротивления и наибольшего максимального момента приводимого в движение механизма μс и μм неравенство (1.10) соблюдается, то значит проверяемый электрический двигатель после запуска работает устойчиво.
Таким образом, уменьшая момент сопротивления рабочей машины и увеличивая максимальный момент приводного двигателя можно добиться более устойчивой работы электродвигателей и обеспечить успешный запуск системы электропривода.
Недопустимо большие потери напряжения при пуске электрических двигателей в большей степени оказывают влияние на технологическое оборудование, что может привести к проблемам в его работе, снижению производительности и качества выпускаемой продукции, на осветительные приборы и ряд других потребителей.
Для того, чтобы уменьшить падение напряжения в момент пуска электрических двигателей, необходимо произвести замену:
-проводников питающих потребителей линий электропередачи на проводники с сечением большей величины и из материала с большей температурой нагрева;
-перегруженных и отработавших свой срок эксплуатации трансформаторов на более современные трансформаторы большей мощности с более совершенными типами защит.
Если установку возможно запускать на холостом ходу, то нужно использовать специальные электрические двигатели с возможностью переключения схемы обмотки статора со звезды на треугольник на период пуска или с использованием устройств плавного пуска для снижения пускового тока и обеспечения устойчивого запуска.
Об авторах
А. В. Мезенцева
Нижневартовский государственный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: uni@nvsu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9927-0286
канд. техн. наук
Россия, г. НижневартовскСписок литературы
- Алиев И.И. Асинхронные двигатели трехфазном и однофазном режимах. М.: ИП РадиоСофт, 2004. 128 с.
- Громков А.С. Влияния качества электроэнергии на работу электроприемников и способы повышения показателей качества электроэнергии // Экономика и социум. 2020.
- №4(71). С. 253-256.
- Мелешкин Г.А., Меркурьев Г.В. Устойчивость энергосистем. Книга 1. СПб.: Центр подготовки кадров энергетики, 2006. 369 с.
- Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных электродвигателей. Л.: Энергоатомиздат, 1984. 240 с.
- Фурсанов М.И. Определение и анализ потерь электроэнергии в электрических сетях энергосистем. Минск: Белэнергосбережение, 2005. 207 с.
Дополнительные файлы
