Резкие изменения в системах электроснабжения.

Основные ПП, влияющие на режим узлов нагрузок ЭС:

1) пуск АД соизмерим по мощности с мощностью системы;

2) автоматическое повторное включение или переключение на резервное питание;

3) самозапуск АД;

4) резкие толчки тока.

Пуск АД – это процесс перехода АД и рабочих механизмов из неподвижного (ω=0, S=1) состояния в состояние вращения с нормальной скоростью (S₀, ω=(1–S₀)ω₀).

При проектировании двигателя и электропривода определяют время пуска, его плавность, нагрев АД, величину ускорения и т.д. То есть определяют может ли данный АД «развернуть» присоединенный к нему механизм.

Основные задачи: определение пусковых токов АД и их допустимость с точки зрения работы системы и сетей. Кратности пускового тока у АД с КЗ ротором 5÷8, с фазным ротором, при реостатном пуске: 1÷2.

В зависимости от механизма условия пуска делятся на легкие, нормальные и тяжелые.

При легких условиях требуемый момент в начале вращения двигателя составляет 10÷40% от номинального.

К нормальным условиям пуска относятся такие, при которых механизм требует пускового момента, равного 50÷75% от номинального.

К тяжелым условиям относятся такие, при которых требуемый начальный момент составляет 100% номинального и выше.

При пуске важно решить задачу ограничения пусковых токов, т.к. при больших пусковых токах АД может и не запуститься.

Для ограничения пусковых токов применяются реакторный и автотрансформаторный пуск.

Можно рассмотреть два случая пуска АД общий и частный.

Общий случай: М_МЕХ=f(S). Предполагая, что М и М_МЕХ не зависят ни от времени, ни от ускорения и целиком определяются скольжением S, построим статические характеристики М=φ(S) и, как разность их, зависимость ΔМ=φ(S). Разобьем ΔM(S) на ряд равных интервалов (см. рис.) по скольжению: ΔS₁=ΔS₂=…=ΔSi.

Тогда уравнение движения ΔМ=М–М_МЕХ= – TjdS/dt; будет иметь вид:

ΔMi=TjΔSi/Δti; или ΔSi=(ΔMi/Tj)Δti;

Также можно выразить и приращение скорости вращения:

Δni=K(ΔMi/Tj)Δti;

где ΔМi – среднее значение избыточного момента на данном интервале.

Время от момента пуска до конца любого i-го интервала:

Точность решения возрастает с уменьшением величины ΔS и соответственно с увеличением количества интервалов.

Частный случай: М_МЕХ=const. Аналитическое решение уравнения движения можно получить, если принять, что М_МЕХ=const в течение всего процесса разбега (или выбега);

Резкие изменения в системах электроснабжения.

пусть при этом М определяется выражением, соответствующим упрощенной схеме замещения двигателя:

где b=MmU²f²₀/(M_НОМU²₀f²); S_КР=R/X;

Тогда избыточный момент:

причем b_C=b/M_МЕХ.

В общем случае время разбега (или выбега) от S₁ до S₂:

При снижении U или увеличении М_МЕХ происходит наброс нагрузки или толчок, который может вызвать неустойчивость. Причинами этому могут послужить: 1) КЗ или перегрузка в сети и последующее ее устранение; 2) перерыв питания, отключение двигателя от напряжения и повторное его включение; 3) увеличение момента сопротивления при увеличении нагрузки на приводном механизме с последующем восстановлением.

Самозапуск двигателей.

Самозапуск – это процесс восстановления нормального режима работы двигателей после кратковременного отключения источника питания. Задача самозапуска заключается в том, чтобы не допустить массового отключения электродвигателей. Самозапуск отличается от пуска тем, что: а)одновременно пускается целая группа двигателей; б)в момент восстановления питания какая-то часть или все двигатели вращаются с некоторой скоростью; в)самозапуск происходит под нагрузкой.

По условиям самозапуска механизмы делятся на две группы:

1)механизмы, имеющие постоянный момент сопротивления и при кратковременном прекращении питания быстро теряющие скорость (транспортеры, прокатные станы, подъемные краны и т.п.);

2)механизмы, имеющие вентиляторные характеристики момента (центробежные насосы, вентиляторы, дымососы, центрифуги и др.). Самозапуск этой группы проходит легче, чем механизмов первой группы, т.к. момент сопротивления механизмов снижается при уменьшении скорости.

Для обеспечения успешного самозапуска определяют суммарную мощность электродвигателей, которые могут быть запущены после перерыва питания. Суммарная неотключаемая мощность электродвигателей определяется при условии, что остаточное напряжение в режиме самозапуска обеспечивает вращающий момент, превышающий момент механизма.

Расчет самозапуска предполагает решение нескольких задач:

1. Рассчитывается момент вращения двигателей при пониженном напряжении и проверяется его превышение над моментами механизмов.

2. Устанавливается температура дополнительного нагрева двигателей из-за увеличения времени разгона.

Скольжение двигателей к моменту самозапуска может быть определено численным интегрированием уравнения движения ротора двигателя. Рассматривая самозапуск АД, предположим, что питание двигателей осуществляется по наиболее характерной схеме, показанной на рис.а.

Напряжение на зажимах двигателей при самозапуске:

U_M=E_СZ_ЭКВ/(Z_ЭКВ+Х_BH); (1)

где Z_ЭКВ=Z_MZ_H/(Z_M+Z_H); причем Z_M - сопротивление эквивалентного двигателя, замедляющего все n подключенных двигателей;

Х_BH=Х_С+Х_T+Х_L; - внешнее сопротивление.

Сопротивление двигателя в момент самозапуска:

Z_M=U²_HOM/S_СЗ; (2)

где S_СЗ - суммарная мощность двигателей, самозапуск которых будет успешным; U_HOM - номинальное напряжение двигателей.

Подставляя (2) в (1), найдем мощность S_СЗ:

S_СЗ=(U²_HOM/(Z_HХ_BH))[E_СZ_H/U_M─(Z_H+Х_BH)]; (3)

 

 

Самозапуск двигателей.

Мощность самозапуска связана с номинальной мощностью следующим образом (при КПД двигателей, равном 1): S_СЗ=S_HOMK_S; (4)

Причем

где К – кратность пускового тока.

Подставляя (4) в (3), получаем выражение для мощности, которую можно назвать неотключаемой мощностью двигателей при самозапуске:

Минимальное допустимое напряжение на зажимах двигателей по условию осуществимости самозапуска для механизмов с постоянным моментом сопротивления определяется как:

Для механизмов с характеристиками вентиляторного типа:

где M_{M MIN} – минимальный момент вращения двигателя, который часто принимают равным пусковому; M_{M MAX} – максимальный момент вращения двигателя.