0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое самозапуск асинхронного двигателя

Что такое самозапуск асинхронного двигателя

Объектом исследования является система электроснабжения блочной и общестанционной нагрузки собственных нужд ТЭС, имеющей большую рассредоточенность по территории самой станции и на значительном расстоянии от нее.

Целью исследований является определение возможностей подключения к секциям собственных нужд энергоблоков дополнительной рассредоточенной нагрузки. Применительно к исследуемой станции она состоит из насосной технической воды и багерной насосной второго подъема, которые сейчас получают питание от сетевых подстанций города, что позволит повысить надежность и экономичность работы ТЭС.

Расчеты токов короткого замыкания, режимов самозапуска двигателей проводились методами математического моделирования с применением матричных методов узловых потенциалов для расчета многоузловых схем, решения дифференциальных уравнений группы электродвигателей при моделировании группового их выбега и решения систем нелинейных алгебраических уравнений при синтезе параметров глубокопазных асинхронных двигателей системы собственных нужд.

На данный момент магистерская работа еще не окончена.

2. Актуальность темы

На исследуемой ТЭС применена оборотная система технического водоснабжения с градирнями башенного типа. Для пополнения значительных потерь технической воды реализована схема подпитки контура техводы из водохранилища. Согласно проекта, перекачивающая эту воду насосная технической воды получает питание от одной из сетевых подстанций. Схема питания насосной имеет недостаточно высокую надежность.

В аналогичном положении оказалась и багерная насосная второго подъема, перекачивающая золошлаковую пульпу на золоотвал электростанции. Насосная получает питание по двум кабельным линиям от сетевой подстанции. Из-за повреждений кабелей, проложенных по скальному грунту, схема питания этой насосной имеет низкую надежность.

В целях повышения надежности и экономичности работы указанных насосных станций на исследуемой электрической станции предусматривается выполнить перевод их питания от системы собственных нужд энергоблоков напряжением 6 кВ. Задачей данной работы является определение технических условий указанного перевода питания. Для этого в работе исследованы загрузки секций собственных нужд энергоблоков, изменения величин токов короткого замыкания, условия самозапуска электродвигателей собственных нужд энергоблока при различных режимах их работы, а также определены принципы построения релейных защит.

3. Содержание работы

Подключение к секциям собственных нужд энергоблоков дополнительной нагрузки должно привести к ухудшению условий самозапуска ответственных механизмов собственных нужд. Для количественной оценки режимных параметров при самозапуске электродвигателей были выполнены расчеты этих режимов на ПЭВМ по программе, разработанной в пакете MathCAD.

Рисунок 1 — Схема питания насосной технической воды (выделено вновь устанавливаемое оборудование)

3.1 Методика расчета многоузловой схемы

Рисунок 2 — Расчетная схема системы собственных нужд 6 кВ

Для расчета многоузловых схем был применен метод узловых напряжений в матричной форме. Его основное уравнение имеет вид:

Uu — вектор искомых узловых напряжений;

Yu — квадратная матрица узловых проводимостей схемы;

Iu — вектор узловых токов.

Квадратная матрица узловых проводимостей Yu рассчитывается по формуле:

Расчетная формула для вектора узловых токов Iu:

Читать еще:  Волга с двигателем тойота характеристики

Матрица связей ветвей с узлами Р может быть сформирована исходя из известных векторов номеров начальных (N) и конечных (К) узлов веток. Для формирована матрицы Р используется следующая функция пользователя:

В процессе расчета режима самозапусков асинхронных двигателей изменяются величины только тех диагональных элементов матрицы Yu, которые отвечают секциям с двигательной нагрузкой. Диагональные элементы матрицы Yu, которые отвечают секциям с двигательной нагрузкой, во время расчета режимов самозапуска из-за изменения частот вращения асинхронных двигателей. Для сокращения времени расчета матрицу Yu разбиваем на две части: постоянную и переменную. Постоянная формируется из веток с постоянными значениями сопротивлений (системы, трансформаторы и т.д.) один раз в начале расчета режимов самозапуска асинхронных двигателей. Переменная часть матрицы Yu формируется на каждом шаге расчета режима в виде вектора диагональных элементов асинхронных двигателей секций, который потом присоединяется к постоянной части матрицы Yu.

3.2 Расчет индивидуального выбега механизмов собственных нужд

Процессу самозапуска предшествует режим выбега агрегатов. Различают индивидуальный и групповой выбег электродвигателей. Снижение частоты вращения электродвигателя при индивидуальном выбеге происходит под действием момента сопротивления механизма. Для каждого асинхронного двигателя определяется новая частота вращения на основе решения основного уравнения движения ротора:

где Моб=0 — для режима индивидуального выбега;

wi и wi-1 — частота вращения на i-м и предыдущем шаге расчета;

Δt — шаг расчета.

M — начальный момент сопротивления, о.е.;

KЗ — коэффициент загрузки, о.е.;

w — частота вращения агрегата, о.е.;

n — показатель степени, зависящий от типа механизма.

Для режима выбега и самозапуска M=0.

Рисунок 3 — Изменение частот вращения АД при индивидуальном выбеге в процессе их самозапуска на секции после перерыва питания продолжительностью 0,4 сек

Механическая постоянная времени Tj, определяется по известному суммарному моменту инерции агрегата и номинальным параметрам приведенного асинхронного двигателя:


Рисунок 4 — Изменение напряжений в узлах расчетной схемы в процессе самозапуска асинхронных двигателей

Рисунок 5 — Изменение токов секций собственных нужд (кА) в процессе самозапуска асинхронных двигателей

Рисунок 6 — Изменение сопротивлений секций собственных нужд (Ом) в процессе самозапуска асинхронных двигателей

3.3 Расчет группового выбега механизмов собственных нужд

При подпитке двигателями близкого короткого замыкания выбег происходит по крутой характеристике, вследствие возникновения дополнительного тормозного момента. При групповом выбеге часть двигателей, имеющих большие постоянные времени агрегатов, переходят в генераторный режим и отдают часть своей кинетической энергии двигателям, которые имеют меньшие постоянные времени агрегатов и работающих при этом в двигательном режиме. Так, например, для собственных нужд ТЭС при продолжительности перерыва питания 1-2,5 с. частота вращения двигателей вентиляторов при групповом выбеге оказывается примерно на 5% ниже, чем при индивидуальном, а средняя частота вращения двигателей насосов — примерно на 15% выше, чем при индивидуальном выбеге.

При выбеге двигателей, если пауза вызвана отключением источника питания, на шинах сохраняется остаточное напряжение, генерируемое двигателями, перешедшими в генераторный режим. Величина и скорость затухания этого напряжения определяется многими факторами: предыдущим режимом работы, условиями выбега, типом двигателя и механизма, электромагнитными параметрами двигателя.

Читать еще:  Шинная пилорама своими руками чертежи параметры двигателя

Остаточное напряжение на шинах собственных нужд электростанций меняется не только по модулю, но и по фазе относительно напряжения сети. Когда напряжение двигателей будет сдвинуто на 180° по отношению к напряжению сети, их разница окажется максимальной. При повторной подаче напряжения в этот момент ток включения двигателя может превысить пусковой ток более чем в 2 раза [6]. Для системы собственных нужд электростанций изменение угла между вектором остаточного напряжения и вектором напряжения сети до 180° происходит за 0,3-0,5 с, а величина остаточного напряжения в это время составляет 0,5-0,7 номинального. Максимальное значение ударного электромагнитного момента, превышающего в 1,5-2 раза момент при коротком замыкании достигается при углах включения 180°±(45°-75°). С этой точки зрения желательно иметь достаточно большой промежуток времени до восстановления напряжения, чтобы обеспечить достаточное снижение остаточного напряжения и приобрести допустимые значения ударного тока и момента при повторном включении. Напряжение на шинах собственных нужд электростанций практически полностью затухает за 2 с [6]. С другой стороны, в настоящее время стремятся максимально сократить время перерыва питания, чтобы снижение частоты вращения двигателей было как можно меньшим, что облегчает самозапуск, но при этом возникает опасность несинхронных включений. Поэтому для асинхронных двигателей с большой мощностью и всех синхронных двигателей требуется осуществлять контроль угла включения при малых перерывах питания.

Расчет группового выбега выполняется с дифференциальными уравнениями в системе координат х, у с осями, которые синхронно вращаются. Система уравнений приведена к нормальной форме Коши и записана относительно потокосцеплений обмоток статора и ротора:

Начальное значение потокосцепления обмоток статора и ротора определяются с установившегося режима, при котором приращение потокосцеплений равны нулю:

При исчезновении питания происходит скачек потокосцеплений обмотки статора, возникающий в момент отключения группы электродвигателей. Этот скачек является одинаковым для всех двигателей и новые значения потокосцеплений определяются как:

Потом снова рассчитываются потокосцепления цепи намагничивания при условии, что потокосцепления ротора остаются без изменений. Напряжение на секции в процессе группового выбега определяется по следующим зависимостям:

Таким образом, при расчете режима группового выбега, на каждом шаге расчета определяется напряжение на секции по значениям потокосцеплений двигателей и их дифференциала с предыдущего шага расчета, а потом решается для каждого двигателя система дифференциальных уравнений с помощью метода Рунге-Кутта с фиксированным шагом расчета. Расчет ведется до заданного времени перерыва питания.

Совместно с системой решается основное уравнение движения ротора, позволяющая определить частоты вращения на каждом шаге расчета.

Читать еще:  Ваз 2107 инжектор дергается двигатель на холостом ходу

3.4 Расчет режима самозапуска механизмов собственных нужд

Расчет режима самозапуска выполняется на основе расчета напряжений в узлах схемы и решения основного уравнения движения ротора. Для получения этих напряжений целесообразно использовать метод узловых напряжений.

Зная частоту вращения каждого двигателя в конце режима выбега, а также зависимости параметров схемы замещения от скольжения и напряжение на секции, можно определить сопротивление каждого двигателя, который принимает участие в групповом выбеге, а также их общее сопротивление. После этого корректируются соответствующие значения в матрице узловых проводимостей и рассчитывается напряжение на секции в момент восстановления питания.

После определения напряжений в схеме начинается непосредственно расчет режима самозапуска.

Для первого шага расчета самозапуска берутся значения частот вращения асинхронного двигателя с последнего шага режима выбега, а напряжение из метода узловых напряжений. Расчет выполняется до тех пор пока все двигатели не достигнут номинальных частот вращения, или время самозапуска превысит максимально допустимый по технологическим требованиям основного оборудования.

Частота вращения в начале выбега определяется параметрами доаварийного режима и определяется по коэффициенту загрузки агрегата и известной величине скольжения в номинальном режиме [6]:

Рисунок 7 — Изменение частот вращения асинхронных двигателей при групповом выбеге в процессе их самозапуска на секции после перерыва питания продолжительностью 0,4 сек.

Для расчета режима самозапуска необходимо знание пусковых характеристик двигателей, участвующих в самозапуске. Выражение для вращающего момента асинхронного двигателя:

Зная зависимость тока статора от скольжения, можно определить проводимость каждого к-ого двигателя до момента повторной подачи напряжения и общую их проводимость:

Ток и напряжение на зажимах двигателей находится, как:

Расчет ведется до тех пор, пока токи и скорости двигателей не достигнут величины предыдущего режима. Время самозапуска отдельных двигателей определяется как сумма интервалов, в течение которых двигатель получает ускорение, и его скорость была меньше скорости предыдущего режима:


(анимация состоит из 8 кадров с задержкой 50 мс между кадрами; количество циклов воспроизведения ограничено 6-ю)

Рисунок 8 — Изменение напряжений в узлах расчетной схемы в процессе самозапуска асинхронных двигателей

Рисунок 9 — Изменение токов секций собственных нужд (кА) в процессе самозапуска асинхронных двигателей

Рисунок 10 — Изменение сопротивлений секций собственных нужд (Ом) в процессе самозапуска асинхронных двигателей

4. Заключение

— успешный самозапуск электрических двигателей при возросшей сложности схемы питания;

— удовлетворительные результаты проверки оборудования и токопроводов по условиям работы при КЗ;

— введение разделительного трансформатора в магистралях рабочего питания позволило снизить до допустимых величину токов замыкания на землю, избежать усложнения схем из-за фазового сдвига между рабочим и резервным питаниями;

— удалось сохранить минимальное количество ступеней селективности по времени.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector