Самозапуск синхронных двигателей

Если при понижении напряжения или при его кратковременном исчезновении синхронные двигатели не были отключены и не выпали из синхронизма, то при восстановлении напряжения происходит процесс самозапуска. Если двигатель выпадает из синхронизма и к моменту восстановления напряжения работает как асинхронный со скольжением s₁, то процесс самозапуска надо рассматривать как пуск асинхронного двигателя, но осуществляемый от той промежуточной скорости, до которой успели затормозиться двигатели за время перерыва питания. Самозапуск отличается от пуска еще и тем, что возбужденный двигатель включается прямо на шины нагрузки без дополнительных сопротивлений в цепи возбуждения.

В задачу расчета самозапуска СД входят:

-проверка влияния самозапуска на нормальную работу потребителей, подсоединенных к шинам нагрузки, и на перегрузку элементов сети;

-определение необходимого для разворачивания агрегатов остаточного напряжения на выводах двигателей;

-установление момента двигателя, необходимого для надежного втягивания в синхронизм;

-определение времени пуска и перегрева двигателя.

Во время перерыва питания напряжение на выводах двигателя зависит от его ЭДС, которая уменьшается по мере выбега. Уменьшение скорости до 80 % от синхронной приводит к значительному (до 60 – 70 %) понижению напряжения. При форсировке возбуждения, которая обычно включается при снижении напряжения на 20 – 25 %, этого не происходит и напряжение остается в пределах нормального.

Допустимое снижение напряжения на шинах нагрузки во время самозапуска приближенно определяется следующими требованиями:

1) при совместном питании двигателей и освещения U ≥ 0, 9 при частых и длительных пусках; U ≥ 0, 8 – 0, 85 при редких и кратковременных пусках и самозапусках;

2) при раздельном питании двигателей и освещения U≥ 0, 75 – 0, 8 независимо частоты и длительности пусков и самозапусков;

3) при питании двигателей через блок-трансформаторы напряжение U ограничивается минимальным значением момента, требуемого для разгона агрегата.

Наиболее тяжелыми оказываются условия самозапуска при скольжении 0, 02 – 0, 08. Если в этой зоне самозапуск обеспечивается, то в большинстве случаев он будет обеспечен по условию необходимого момента и при других скольжениях.

Момент, необходимый для подведения двигателя к критическому скольжению с учетом пониженного при самозапуске напряжения, можно приближенно определить выражением

.

Момент М задается заводом с учетом включения в цепь ротора разрядного сопротивления. При расчете самозапуска с глухо присоединенным возбудителем следует подставлять асинхронный момент

,

где Δ m – изменение асинхронного момента синхронного двигателя при пуске с непосредственно присоединенным возбудителем [1].

Время перерыва электроснабжения, в течение которого двигатель не выпадает из синхронизма, можно оценить приближенно:

.

Среднее критическое скольжение, с которого после подачи напряжения возбуждения под действием входного момента обеспечивается вхождение двигателя в синхронизм, можно рассчитать по формуле

,

где К_в – кратность тока возбуждения при ресинхронизации.

8.5. Самовозбуждение асинхронных двигателей во время пуска при применении последовательной ёмкостной компенсации в сети

Одним из эффективных средств уменьшения потерь напряжения в сети, питающей двигатели, является применение последовательной емкостной компенсации реактивного сопротивления сети. При включении конденсаторов С последовательной компенсации могут возникнуть некоторые необычные с точки зрения нормальной эксплуатации явления: качание синхронных машин, «застревание» асинхронных двигателей на скоростях, меньших нормальной, самовозбуждение при пуске асинхронного двигателя или при асинхронном пуске синхронного. При изменении частоты вращения асинхронного двигателя ω его индуктивные сопротивления x_d и x^'_d изменяются (кривые 1 и 2 на рис. 8.5). Емкостное сопротивление x_c = 1/ ω C также изменяется, причем зависимости x_c = φ (ω) (кривые 3, 4, 5) различно располагаются относительно области x^’_d – x_d, показанной на рис. 8.5. В случае кривой 3, самовозбуждения во время пуска не будет; в случае, соответствующем кривой 4, оно должно быть вплоть до нормального режима; в случае, соответствующем кривой 5, во время пуска на интервале скорости от ω ₁ до ω ₂ появится самовозбуждение, которое может исчезнуть, не развившись полностью, если двигатель быстро «проскочит» зону самовозбуждения.

Рис. 8.5. К рассмотрению самовозбуждения асинхронного двигателя

Самовозбуждение является нежелательным по следующим причинам:

- ток статора и мощность, потребляемая от сети, могут в несколько раз превышать номинальные значения, вследствие чего сильно перегревается двигатель, снижается напряжение на его шинах, уменьшается вращающий момент;

- двигатель во время пуска может «застревать», не достигнув номинальной скорости (в связи с уменьшением вращающего момента);

- при «застревании» двигателя появляются биения тока и момента и, как следствие, качание ротора машины.

При анализе основных факторов, влияющих на появление самовозбуждения асинхронных электродвигателей, необходимо учесть:

1) во время разбега двигателя замещающее его сопротивлениепо мере увеличения частоты вращения ротора возрастает от минимального до максимального;

2) во время разбега двигателя при некотором значении скольжения ротора индуктивность двигателя может резонировать с емкостью последовательной компенсации, т.е. создать контур самовозбуждения с собственной частотой, которая будет ниже промышленной. Двигатель при этом вращается с частотой, соответствующей собственной частоте колебательного контура, т.е. с числом оборотов ниже нормального;

3) длительная работа двигателя с такой частотой при наличии активных потерь (которые неизбежны) возможна при источнике достаточной мощности, поддерживающем колебательный процесс контура самовозбуждения. Таким источником и является асинхронный двигатель;

4) во время разгона двигателя частота вращения ротора достигает значения, соответствующего частоте собственных колебаний контура, и превышает его. При этом создается отрицательное скольжение ротора по отношению к резонансной частоте и, таким образом, асинхронный двигатель переходит в режим генератора по отношению к контуру самовозбуждения.

Частота вращения зависит от потерь в контуре ротора, определяемых с учетом насыщения стали двигателя; при равенстве потерь и генерируемой мощности создается возможность устойчивой работы двигателей в этом режиме. Если потери превышают генерируемую мощность асинхронного генератора, то самовозбуждение либо не возникает, либо становится неустойчивым, позволяя, однако, двигателю разворачиваться до нормальной скорости.

Частота резонирующего контура зависит от параметров сети, емкостного сопротивления устройства последовательной компенсации и сопротивления двигателя.

Самовозбуждение может быть устранено либо выбором соответствующей емкости продольной компенсации, либо последовательным или параллельным включением с емкостью активного сопротивления.