Самозапуск электродвигателей

Основные отличия самозапуска от пуска заключаются в следующем:

- в момент восстановления напряжения все двигатели или их большая часть вращаются, при пуске – стоят;

- при отключении от сети вращающиеся двигатели, подключенные к питающим шинам, развивают на этих шинах ЭДС Е _д, и поэтому в момент восстановления напряжения на шинах периодическая составляющая тока самозапуска в начальный момент времени равна

, (2.12)

где U _c – напряжение сети;

z _S – суммарное сопротивление от точки приложения ЭДС до источника питания.

- самозапуск происходит при нагруженных двигателях, что увеличивает длительность разгона и нагрев двигателей;

- в самозапуске участвует одновременно группа двигателей, что приводит к значительному снижению напряжения на шинах питания.

Процесс самозапуска состоит из двух этапов: выбега и разгона.

Этап выбега

Как только нарушается электроснабжение, электромагнитный момент двигателя исчезает и начинается процесс остановки агрегата двигатель-механизм под действием момента сопротивления механизма.

По количеству двигателей выбег может быть одиночным или групповым. Одиночный выбег имеет место, когда один электродвигатель оказывается отсоединённым от сети. Выбег такого двигателя называется «свободным». Если отключаются двигатели, подключённые к одной системе шин, то начинается групповой выбег.

Процесс выбега в значительной мере определяется характеристиками приводимых механизмов. Он зависит также и от момента инерции агрегата, его загрузки, начальной скорости, удаленности КЗ и других факторов.

У любого двигателя, отключённого от источника питания, при выбеге в обмотке статора наводится ЭДС. У асинхронных двигателей она невелика, у синхронных – значительна. Величина тока двигателя в процессе восстановления напряжения зависит от величины этой ЭДС. Поэтому необходимо создать выдержку времени для её затухания. У асинхронных двигателей ЭДС затухает быстрее, чем происходит снижение скорости. У синхронных двигателей в первый момент после отключения напряжение возрастает, так как обычно они работают с перевозбуждением, выдавая в нормальном режиме реактивную мощность в сеть. Так как в момент отключения двигателя от сети ток в обмотке возбуждения некоторое время ещё сохраняется, то и ЭДС двигателя снижается медленно. Для ускорения её снижения применяются:

- включение обмотки возбуждения на гасительное сопротивление; чаще всего эта схема применяется на электромашинных системах возбуждения;

- перевод тиристорного возбудителя в инверторный режим.

Однако на практике нет необходимости гасить поле полностью. Достаточно снизить напряжение до значения 0,5÷0,6 U _ном, при котором допустимо несинхронное включение.

При групповом выбеге двигатели оказываются связанными между собой через общие шины. Запасённая ими кинетическая энергия по величине разная у разных двигателей. Имеющие больший запас энергии двигатели переходят в генераторный режим, и у них на валу появляется дополнительный тормозной момент (по сравнению с моментом при свободном выбеге). Двигатели с меньшим запасом кинетической энергии получают дополнительный вращающий момент за счёт подпитки от первых. Выбег всех двигателей происходит по одному закону, синхронно. С уменьшением напряжения синхронность группового выбега нарушается, и при напряжении ниже 0,25 U _НОМ выбег продолжается как одиночный.

Этап разгона

Бросок тока в момент подачи напряжения определяется по выражению (2.12). Видно, что в самом худшем случае, когда вектор напряжения сети U _c и ЭДС двигателя Е _д находятся в противофазе, ток самозапуска может значительно превышать пусковой:

.

Однако ЭДС асинхронного двигателя затухает быстро, и к моменту восстановления напряжения она невелика. Поэтому ток включения при самозапуске асинхронного двигателя ненамного превышает пусковой.

У синхронного двигателя ЭДС в момент восстановления электроснабжения может быть равна напряжению сети или даже превышать его. Соответственно и ток включения может почти в два раза превышать пусковой и вызывать повреждения в двигателе. Однако, если в момент нарушения электроснабжения начинать гасить поле ротора, бросок тока при самозапуске будет практически равен пусковому току.

При восстановлении электроснабжения величина напряжения на шинах устанавливается в соответствии с обычной схемой замещения (рис. 2.26).

 

Рис. 2.26. Схемы для расчёта напряжения при самозапуске:

одиночном (а); групповом (б); при наличии статической нагрузки (в)

 

Расчётное сопротивление асинхронного двигателя х _д, участвующего в самозапуске, определяется следующим образом:

х _д= ,

где – базисные мощность и напряжение;

S _п – расчётная пусковая мощность двигателя при номинальном напряжении и заданном скольжении.

S _п= ,

где Р _ном, cosj_ном, h_ном – номинальные параметры двигателя;

k – кратность пускового тока при скольжении s ₀ в момент восстановления питания.

Асинхронный двигатель при наличии напряжения на его зажимах будет разгоняться только в том случае, если развиваемый им вращающий момент будет больше момента сопротивления механизма.

Таким образом, для обеспечения разгона двигателя достаточно выполнить условие

М > М _с.

Двигатель при самозапуске разгоняется медленнее, чем при пуске. Более длительный разгон вызывает нагрев двигателя. Поэтому успешным считается такой самозапуск, когда двигатель разгонится до рабочей скорости и при этом температура обмоток не превысит допустимого значения.

Практически все асинхронные двигатели, выпускаемые промышленностью, допускают возможность, как минимум, одного самозапуска без превышения температуры обмоток сверх допустимой. Поэтому обычно при расчётах самозапуска асинхронных двигателей тепловых расчётов производить не требуется.

В общем случае определение возможности самозапуска асинхронного двигателя складывается из следующей последовательности расчетов:

- определяется снижение скорости (увеличение скольжения) за время перерыва электроснабжения и скольжение в момент восстановления напряжения;

- определяется напряжение на зажимах двигателя в момент восстановления электроснабжения;

- рассчитывается вращающий момент двигателя для полученного выше напряжения;

- момент сопротивления механизма определяется по его характеристике, которая должна быть задана;

- если условие М > М _с выполняется, то самозапуск обеспечен.

Иногда для определения возможности самозапуска производят упрощённый расчёт. Достаточно получить значение напряжения на зажимах электродвигателя и проверить условие

,

при выполнении которого самозапуск будет успешным. Однако такой приём возможен только для двигателей механизмов, момент сопротивления которых зависит от скорости вращения (скольжения).