Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ методов и средств исследования переходных процессов в электромеханических системах горных и транспортных машин 11
1.1 Характеристика пусковых режимов горных и Транспортных машин 11
1.2 Общая характеристика методов исследования переходных процессов в электромеханических системах горно-транспортных машин 19
1.3 Обзор инструментальных средств имитационного моделирования электромеханических систем 31
1.3.1 Инструменты для инженерного моделирования электромагнитных процессов методом конечных элементов 31
1.3.2 Инструментальные средства моделирования электрических цепей 33
1.3.3 Универсальные инструментальные средства визуального моделирования 34
1.3.4. Проблемно-ориентированные программные продукты 39
1.4 Выводы и постановка задачи исследования 40
Глава 2. Исследования процессов пуска одиночного асинхронного электродвигателя средствами имитационного моделирования 42
2.1. Математические модели асинхронных электродвигателей 42
2.2 . Моделирование пуска одиночного асинхронного электродвигателя 52
2.2.1. Прямое включение асинхронного электродвигателя в питающую сеть 52
2.2.2. Пуск с изменением амплитудного значения питающего напряжения 57
2.2.3 современные способы пуска асинхронного электродвигателя 59
2.2.3.1 Фазовый способ 59
2.2.3.2 Последовательная подача напряжения 63
2.3 Выводы и рекомендации 65
Глава 3. Моделирование пуска асинхронного электродвигателя в системе многосвязных электроприводов горно-транспортных машин 66
3.1. Анализ структуры математической модели электромеханической системы 66
3.2 Модель одиночного электродвигателя с кабелем в статорной цепи 67
3.3 Модель сети электроснабжения, содержащей группу асинхронных электродвигателей и кабельную сеть 73
3.4 Модель сети электроснабжения, содержащая группу асинхронных электродвигателей, кабельную сеть и источник энергии ограниченной мощности 82
3.5 результаты и рекомендации 107
Глава 4. Реализация программно - инструментального комплекса моделирования многосвязных электромеханических преобразователей 108
4.1 Интерфейс программы 108
4.2 Компоновка принципиальной электрической схемы электромеханической системы 109
4.3 Выбор параметров электромеханической системы и режимов её работы 111
4.4 Расчет и формирование отчета о результатах моделирования 113
Глава 5. Моделирование пусковых режимов асинхронных электродвигателей 115
5.1. Моделирование последовательного пуска нескольких асинхронных электродвигателей в штатном режиме 115
5.2 Аварийные пуски многосвязных электромеханических систем... 117
5.2.1 Механическая часть электропривода 117
5.2.2 Затянувшиеся и несостоявшиеся пуски 120
5.2.3 Запуск асинхронного электродвигателя при его работе на упор 125
5.2.4 Режимы повторного включения 129
5.3 Выводы и рекомендации 138
Глава 6. Алгоритмический синтез квазиоптимальной управляющей системы запуска асинхронного электродвигателя 138
Заключение 145
Список литературы 146
- Характеристика пусковых режимов горных и Транспортных машин
- Моделирование пуска одиночного асинхронного электродвигателя
- Анализ структуры математической модели электромеханической системы
- Компоновка принципиальной электрической схемы электромеханической системы
Введение к работе
Актуальность работы. Асинхронный электродвигатель с коротко-замкнутым ротором (АД) является лучшим электромеханическим преобразователем энергии с точки зрения простоты его конструкции, высоких энергетических показателей и технологии изготовления. На протяжении более чем 100 лет этот тип двигателя доминирует во всех областях промышленности. На нем базируется основная часть промышленного электропривода (ЭП). Практически весь электропривод подземных горных и транспортных машин (ГТМ) использует в качестве электромеханических преобразователей энергии именно этот тип электродвигателя.
Исходное математическое описание АД условно несложно. Существует несколько общепринятых математических моделей этого электродвигателя. Известны модели для описания физического состояния АД, как для статических режимов работы, так и для динамических. Разработаны методы исследования этих моделей.
Для горных и транспортных машин (проходческие и очистные комбайны, скребковые конвейеры, породопогрузочные машины и др.) возможно существование только динамических режимов работы, когда или нагрузка на исполнительных органах непрерывно изменяется, или происходят процессы пуска или торможения приводов.
Динамические процессы пуска имеют существенное значение для горных и транспортных машин с точки зрения надежности и срока службы машины. Эффективность процесса пуска во многом определяет эффективность работы электропривода в целом, поэтому на процессы пуска электроприводов в последние годы обращено внимание большого количества разработчиков систем управления электроприводов и пусковой аппаратуры. Среди них: General Electric [1], ПРОМЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА [2], КУЗБАССЭЛЕКТРОМОТОР [3], ADD ENGINEERING [4], SIEMENS[5], ЗАО «НТЦ Приводная Техника»[6] и
многие другие. Появились, и широко используются в промышленности устройства плавного пуска (УГШ или софтстартеры - SoftStarter) [7 - 11].
Вопросами, связанными с изучением пусковых режимов асинхронных электродвигателей, занимались С.Н. Вешеневский, П.Д.Гаврилов, С.И.Гамазин, Е.К. Ещин, И.П. Копылов, В.И. Ключев, К.П.Ковач, В.А. Ладензон, А.М Мей-стель., И.И Петров, Л.П. Петров, Р.Г. Подзолов, В.В.Панкратов, Д.Б. Понаров-кин, И Рац, А.С. Сандлер, М.Г. Чиликин, С.А.Цырук, А.В. Яковлев и другие. Этими учеными сформирована теория поведения АД, изучены статические и динамические пусковые характеристики асинхронного электропривода, предложены различные методы пуска АД, разработаны устройства, улучшающие пусковые характеристики АД.
Однако до настоящего времени остаются до конца не изученными вопросы пуска асинхронных электродвигателей в системе электроснабжения с ограниченной мощностью и с электродвигательной нагрузкой. Именно такой вариант пуска характерен для электроприводов горных и транспортных машин. При этом двигатель, находящийся в режиме пуска сам, находится в неблагоприятных условиях эксплуатации и оказывает существенное отрицательное влияние на работу всей системы электроснабжения. По сути, неуправляемый режим пуска мощного АД, - это предельный режим его работы, близкий к аварийному.
В этой связи, описание, объяснение и прогнозирование условий работы электродвигателей, объединенных системой электроснабжения в единый электротехнический комплекс, является актуальной задачей, для решения которой необходимо следующее:
разработка методов автоматизированного синтеза структур систем электроснабжения с электродвигательной нагрузкой;
разработка инструментальных средств синтеза структур систем электроснабжения с электродвигательной нагрузкой;
изучение особенностей пусковых режимов АД как одиночных, так и входящих в состав комплекса;
изучение возможностей формирования приемлемых показателей качества пусковых режимов АД.
Цель работы - разработка методов автоматизированного синтеза структур систем электроснабжения с электродвигательной нагрузкой, а также инструментальных средств для исследования пусковых режимов работы многодвигательных электроприводов горных и транспортных машин на базе асинхронных электродвигателей (многосвязных электромеханических преобразователей) в системах электроснабжения с источником питания ограниченной мощности.
Идея работы состоит в использовании интегрированных средств компьютерного моделирования многодвигательных электроприводов горных и транспортных машин на базе асинхронных электродвигателей в системах электроснабжения с источником питания ограниченной мощности. Основные научные положения
интегрированная математическая модель системы многосвязных электромеханических преобразователей позволяет производить синтез структуры системы электроснабжения многодвигательных электроприводов горных и транспортных машин;
оценка состояния элементов системы электроснабжения с электродвигательной нагрузкой в динамических режимах может производиться на основе интегрированной математической модели, которая комплексно учитывает явления, связанные с обменом энергией между ее компонентами, изменением параметров электродвигателей в процессе пуска, влиянием условий передачи энергии от источника энергии к электродвигателям;
снижение пульсаций электромагнитного момента и токов асинхронного электродвигателя при его пуске возможно осуществить первоначальной подачей на обмотку статора электродвигателя напряжения питания, равного на-
пряжению сети, дальнейшим переводом электродвигателя в режим динамического торможения на заданное время и последующей подачей на обмотки статора напряжения, равного напряжению сети. Методы исследований
При выполнении работы использовались математические и экспериментальные методы исследований. Вопросы моделирования динамических систем высокого порядка решались на основе численных методов решения дифференциальных уравнений, численных методов решения линейных и нелинейных алгебраических уравнений. При разработке интегрированной математической модели системы электроснабжения с электродвигательной нагрузкой использовались алгоритмы на основе теории графов. Для решения вопросов эффективного управления пуском асинхронных электродвигателей был применён принцип максимума Л.С.Понтрягина. Научная новизна
разработана интегрированная математическая модель, описывающая многосвязные электромеханические преобразователи (асинхронные электродвигатели), находящиеся в единой системе электроснабжения произвольной структуры, позволяющая осуществлять прогнозирование динамических режимов работы системы;
разработаны алгоритмы синтеза математических моделей заданных структур электромеханических систем;
разработан способ пуска асинхронного электродвигателя для нерегулируемых электроприводов, обеспечивающий улучшение показателей динамических процессов пуска.
Практическая ценность заключается:
в разработке программного средства (SimulEMS) для исследования пусковых режимов многосвязных электромеханических систем на базе асинхронных электродвигателей;
в создании библиотеки визуальных компонентов для средства визуального моделирования SIMULINK, с помощью которой можно создавать имитационные модели электромеханических систем различной сложности;
в разработке способа плавного пуска асинхронного электродвигателя, позволяющего получить приемлемые показатели качества для нерегулируемых асинхронных электроприводов.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается:
корректным применением фундаментальных положений теории электромеханического преобразования энергии, численных методов анализа, теории графов, идеологии объектно-ориентрованной обработки информации к процедуре синтеза интегральной математической модели системы электроснабжения произвольной конфигурации с электродвигательной нагрузкой с использованием допущений, основанных на результатах теоретических и экспериментальных исследований;
корректностью постановки задач и адекватностью используемого математического аппарата исследуемым процессам;
удовлетворительной сходимостью численных результатов аналитических исследований с результатами экспериментов (погрешность 3-5%) проведенных в лабораториях ООО «Промышленная Группа ТЭЛ Таврида Электрик» (г. Москва), НИИ взрывозащищенных электрических машин (г. Кемерово).
Реализация результатов. На основе предложенной в диссертационной работе интегральной математической модели разработаны и внедрены:
в НИИ взрывозащищенных электрических машин (г. Кемерово) - программно - инструментальный комплекс SimulEMS (Simulation Electro Mechanical System);
в 000 "Промышленная Группа ТЭЛ Таврида электрик" (г. Москва) -программное средство моделирования переходного процесса при отключении
параллельно подключенных асинхронных двигателей и активной нагрузки «К.Р.О.С.» ( Комплекс Расчета Отключения Системы).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в моделировании и управлении» (г. Санкт-Петербург, 2000 г.), первом Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (г. Москва, 2000 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве» (г. Нижний Новгород, 2000 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе получено Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения и приложений, изложенных на 172 страницах машинописного текста, содержит 91 рисунок, 5 таблиц, список литературы, включающий 113 наименований.
Характеристика пусковых режимов горных и Транспортных машин
Технологические особенности горного предприятия являют собой крайне неблагоприятные условия эксплуатации электропривода подземных горных и транспортных машин. Жесткие требования, предъявляемые к электромеханическому преобразователю энергии с точки зрения надежности и высоких энергетических показателей, делают асинхронный электродвигатель с короткозамк-нутым ротором единственным видом электрической машины, успешно работающим в условиях горного предприятия.
Краткая техническая характеристика электроприводов некоторых горных и транспортных машин приведена ниже.
Приведем некоторые результаты экспериментальных исследований режимов работы горно-транспортных машин по [18-36], относящиеся к 1975 -1980 годам:
- Выемочные комбайны. Характерным для этого вида горно-транспортных машин является малая длительность периода основного рабочего режима. Среднее время периода работы составляет 1-5 мин. Соответственно, количество торможений и пусков комбайнов достигает 70-80 за цикл работы. Отмечено, что при включении нагруженных двигателей динамические нагрузки в трансмиссии превышают начальные пусковые моменты электродвигателей. В этой связи отмечается, что режимы частых пусков и торможений отрицательно сказываются на долговечности электродвигателей и комбайнов.
- Скребковые конвейеры. Режим работы - повторно - кратковременный с периодическими колебаниями нагрузки, значительно изменяющимися по амплитуде. Время непрерывной работы составляет 1-8 мин. Продолжительность пуска двигателя с незагруженным конвейером составляет 0.7-1.1 с, с загруженным - в 2-4 раза больше. После завершения пускового периода при загруженном конвейере двигатель некоторое время работает с моментом, близким к максимальному. Случаи частых пусков за короткий промежуток времени: 9 пусков за 16 с, 8 пусков за 26 с, 12 пусков за 30 с. Среднее число пусков в час - 20-45. В сутки число включений достигает 400. В момент пуска напряжение на зажимах двигателя снижается на 20 и более процентов. У привода забойного конвейера фактический пусковой момент составляет 60-70% от номинального. Повышение суммарной мощности привода до 240 кВт увеличивает пусковой момент всего на 600 Нм, что свидетельствует о низком коэффициенте использования установленной мощности электродвигателя и о проблеме расчетной практики пусковых режимов работы.
- Проходческие комбайны. Режим работы приводов проходческих комбайнов повторно-кратковременный, с частыми пусками. Среднее число пусков в час - 20 (10 - 55). Средняя продолжительность пуска - 1.5 с (0.6-3.0). Время пуска электродвигателя комбайна составляет 0.4-0.5 с. При последовательном пуске двигателей комбайна ПК-8 упругие моменты в трансмиссии превышают максимальные моменты двигателей в 1.5-1.7 раза. Такие нагрузки являются опасными для отдельных узлов трансмиссии.
- Погрузочные машины. Полная загрузка двигателей ходовой части вследствие большой частоты пусков превышает допустимую. Пуск электродвигателей как правило, осущестляется под нагрузкой. В этой связи большое значение имеет снижение напряжения на зажимах электродвигателей, которое в ряде случаев значительно превышало допустимое (были зафиксированы длительные снижения напряжения - на 7-12% и кратковременные до 20-25% от номинального уровня).
- Лебедки. Для короткозамкнутых асинхронных двигателей шахтных маневровых лебедок характерен повторно-кратковременный режим с большим числом пусков (режим S4). Эти двигатели работают в напряженных в тепловом отношении режимах, характеризующихся непостоянством циклов, неравномерным распределением нагрузки в течение смены, перегрузками и ударной нагрузкой в отдельные моменты времени.
В настоящее время, в связи с существенным увеличением мощностей используемых электродвигателей, изменились и режимы работы ГТМ. Однако проблема пуска электроприводов осталась нерешенной. Остался нерешенным и неисследованным процесс пуска многодвигательных электроприводов загруженных скребковых конвейеров, выемочных комбайнов с заклинившимся исполнительным органом и др. Наиболее тяжелым и неисследованным режимом современных ГТМ является именно пуск многодвигательного электропривода под нагрузкой.
Моделирование пуска одиночного асинхронного электродвигателя
Чаще всего пуск асинхронных электродвигателей происходит прямым включением в сеть, на обмотки статора подается полное напряжение сети. На рисунке 11 приводятся динамические характеристики АД при таком способе пуска.
Как известно[41], этот способ пуска имеет ряд недостатков: 1) значительная колебательность электромагнитного момента; 2) максимальное значение электромагнитного момента в начальный момент времени пуска асинхронного электродвигателя в несколько раз превышает номинальный момент двигателя; 3) ток статора при пуске в несколько раз превышает номинальное значение; 4) при питании асинхронного электродвигателя от источника ограниченной мощности в процессе пуска происходит просадка напряжения, влияющая как на процесс пуска самого электродвигателя, так и на работу других устройств, находящихся в той же системе электроснабжения.
Колебания электромагнитного момента при частых пусках негативно сказываются на ресурсе механической части электропривода, вызывая её быстрый усталостный износ.
Как отмечено в [44]: «Следствием усталостного износа от высоких напряжений, возникающих при экстренных перегрузках на жестких препятствиях и при пусках под нагрузкой, является выход из строя от излома, появления трещин, выкрашивания рабочих поверхностей и разрушения болтовых, шлице-вых и шпоночных соединений более 50-60% деталей от общего числа выходящих из строя деталей выемочных машин (комбайнов и врубовых машин), работающих в различных условиях, и 90-95% деталей комбайнов, работающих по пластам с твердыми включениями в шахтах Кузбасса...».
Механические передаточные устройства приводов, как правило, содержат зазоры. В начальный момент времени пуска при появлении значительного по величине электромагнитного момента происходит интенсивный выбор зазоров (удар). Как видно из рисунка 11, на время выбора зазора приходится максимальное значение электромагнитного момента. Это также негативно влияет на механическую часть электропривода, значительно сокращая ресурс и надежность электропривода горной машины.
В процессе пуска ток статора в несколько раз превышает номинальное значение. При затянувшихся пусках пусковой ток значительно нагревает токо-ведущие части АД, а поскольку в некоторых двигателях используется воздушно е охлаждение с помощью лопаток вентилятора, насаженного на вал ротора, то отток тепла при затянувшихся пусках происходит значительно хуже. Этот температурный режим крайне негативно сказывается на ресурсе изоляционных материалов электрической машины.
Значительное увеличение тока вызывает увеличение падения напряжения на обмотках статора, что в результате сказывается на работе другого электрооборудования, находящегося в той же системе электроснабжения. Например, одновременный пуск нескольких мощных электродвигателей может вызвать аварийную ситуацию системы электроснабжения в целом.
Несмотря на описанные выше недостатки, для большей части асинхронных двигателей горных и транспортных машин применяется именно такой способ пуска.
Как уже отмечалось в разделе 1.1 - снижение негативных показателей процесса пуска частично достигается за счет изменения конфигурации формы паза ротора (глубокопазный или двухклеточный ротор). Усложненная форма клетки ротора позволяет изменять в процессе пуска активное и индуктивное сопротивление ротора в зависимости от скорости вращения ротора.
На рисунках П. 12 и П. 13 в приложении А приводятся пусковые характеристики асинхронных электродвигателей с глубокопазным ротором, которые также нельзя признать удовлетворительными. В этом варианте расчетов активное и индуктивное сопротивление ротора изменяются линейным образом в зависимости от скорости вращения ротора [80].
Повышать качественные характеристики режима пуска АД предлагалось и более сложным образом, например, в [81] рассматривается вариант «последовательного» замыкания стержней ротора.
Можно сделать вывод о том, что конструктивным образом не удается обеспечить снижение величин ударных моментов и токов, а также пульсаций электромагнитного момента на протяжении всего процесса пуска. Последнее обстоятельство обосновывает необходимость поиска иных способов улучшения пуска асинхронных электродвигателей.
Анализ структуры математической модели электромеханической системы
Идеология построения электромеханической системы, состоящей из группы асинхронных электродвигателей, протяженной кабельной сети и силового понижающего трансформатора, изложена в работах [12, 62].
В [12] рассматривается ряд имитационных моделей системы электромеханического преобразования энергии, которые являются алгоритмическими и реализуются на языке программирования высокого уровня Турбо Паскаль.
В [60] приводятся аналогичные модели. Их отличие состоит в том, что они являются аналитическими моделями и реализуются с помощью средства визуального моделирования Simulink.
Недостатки моделей, приведенных в [12, 60], заключаются в том, что состояние асинхронного электродвигателя описывается двухфазной моделью. Это не позволяет адекватно моделировать ряд пусковых процессов, характеризующихся несимметрией питающего напряжения.
Математическое описание трехфазной модели значительно объемнее и несколько сложнее, чем двухфазной модели. Рассмотрим процесс формирования многосвязных электроприводов в том порядке, как это делает автор [12] -от простой системы к более сложной.
Уравнения производных потокосцепления ротора при этом останутся неизменными. Нет необходимости выражать токи, не находящиеся под знаком производной, через потокосцепления, ибо при алгоритмической реализации имитационной модели после получения численного решения уравнений производных потокосцеплений и их интегрирования токи можно будет вычислить по уравнениям (3) и в дальнейшем использовать при следующем временном шаге.
Приведенные ниже уравнения необходимо упростить приведением подобных и перенести в левую часть все члены, содержащие производные потокосцеплений.
Для численного решения системы дифференциальных уравнений необходимо получить численное решение для каждой составляющей производной вектора потокосцепления статора и ротора. Для этого примем их за неизвестные. Матрицей В обозначим матрицу, состоящую из коэффициентов, умножаемых на производные потокосцеплений. Матрицей-вектором С обозначим массив, содержащий правые части уравнения. Решим получившуюся систему линейных алгебраических уравнений, например, методом Гаусса.
Решение этой системы уравнений даст нам численное решение для определения значений векторов производных потокосцеплений статора и ротора.
Численное интегрирование получившейся системы, например, методом Рунге-Кутта 4-го порядка, даст нам значения потокосцеплений статора и ротора в каждой фазе.
Зная потокосцепления, можно легко вычислить токи и электромагнитный момент АД, а зная закон изменения момента сопротивления, можем найти скорость.
Таким образом, при известных нулевых начальных условиях мы можем получить любые характеристики переходного процесса пуска асинхронного электродвигателя, подключенного через кабель к источнику энергии бесконечной мощности.
При составлении модели системы электромеханических преобразователей, содержащей несколько АД, соединенных кабельными линиями, следует учитывать падение напряжения на каждом из участков кабельной сети (согласно (13), (14)). Значения токов, протекающих в кабельной сети, будут зависеть от схемы соединения двигателей и от места расположения участка кабеля в схеме соединения.
Рассмотрим систему электромеханических преобразователей, содержащую три АД различной мощности и с различной нагрузкой, параметры кабельной линии также зададим различными.
На рисунке 22 представлена структурная схема системы электромеханических преобразователей.
Рисунок 22 - Структурная схема системы электромеханических преобразователей Ток в кабельной линии К4 будет равен току в электродвигателе ML Соответственно, ІК5=ІМ2, 1кз=1мз- Ток в кабельной линии К2 будет равен сумме токов электродвигателей Ml и М2, а ток в кабельной линии К1 будет равен сумме токов электродвигателей Ml, М2 и МЗ.
Падение напряжения от источника энергии до двигателя будет вычисляться как сумма падения напряжений на каждом кабельном участке между источником энергии и электродвигателем.
В среде визуального моделирования Simulink создана библиотека EMS (рисунок 23), позволяющая, скомпоновать и исследовать динамические режимы электромеханической системы представляющей собой совокупность нескольких АД, источника энергии ограниченной мощности и объединяющую их протяженную кабельную сеть.
Для реализации модели в системе визуального моделирования Simulink необходимо:
1. из библиотеки элементов EMS [60] перенести в окно модели необходимые компоненты визуального моделирования (электродвигатели, кабельные линии, трансформатор)
2. Необходимо добавить визуальные компоненты «Constant» из библиотеки визуальных компонентов «Sources», и задать в них параметры элементов электромеханических систем, величина которых будет оставаться неизменной на всем временном интервале работы модели (например, длинна кабельной линии).
3. Необходимо установить связи между соответствующими блоками модели электромеханической системы.
4. В главном меню окна «Модель...» необходимо выбрать пункты «Simulation», «Simulation parameters». В появившемся окне необходимо задать время начала работы модели и время завершения работы модели, а также параметр «Relative tolerance».
Компоновка принципиальной электрической схемы электромеханической системы
В практике эксплуатации систем электроснабжения не исключены случаи кратковременного понижения напряжения в сети. При этом до момента срабатывания нулевой защиты (-0,25 с.) в системе возникают режимы динамического торможения с интенсивным снижением скоростей вращения роторов двигатели оказываются замкнутыми по статорным цепям обмоток друг на друга.. В зависимости от времени перерыва электроснабжения при восстановлении напряжения двигатели могут оказаться в режиме самозапуска.
Несомненный интерес представляют режимы повторного включения группы электродвигателей, несмотря на практическое отсутствие таких режимов в приводах ГТМ. В общепромышленном электроприводе такие режимы предусмотрены и классифицируются как режимы самозапуска.
Самозапуск электродвигателей заключается в том, что при кратковременном понижении напряжения в сети, питающей электродвигатели, цепи управления не отключаются и после восстановления напряжения двигатели вновь разворачиваются до номинальной скорости вращения, т.е. «сами запускаются».
Необходимость режима самозапуска отмечается в таких нормативных документах, как «Правила устройства электроустановок» [99] - « 5.3.10. Для механизмов, сохранение которых в работе после кратковременных перерывов питания или понижения напряжения, обусловленных отключением КЗ, действием АПВ или АВР, необходимо по технологическим условиям и допустимо по условиям техники безопасности, должен быть обеспечен самозапуск их электродвигателей», «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации» - «5.2.7. При перерыве в электропитании электродвигателей (включая электродвигатели с регулируемой частотой вращения) ответственного тепломеханического оборудования должен быть обеспечен их групповой самозапуск при повторной подаче напряжения от рабочего или резервного источника питания с сохранением устойчивости технологического режима основного оборудования» .
Возможность электромеханической системы восстанавливаться после кратковременного снижения напряжения отмечается как очень важная, а порой и жизненно необходимая для системы функция. Существует множество технических решений, позволяющих сохранять работоспособность электропривода в этих условиях [100 - 106].
Однако режим включения вращающегося асинхронного электропривода при восстановлении напряжения может иметь негативные последствия для привода, и эта особенность также отмечается в различных источниках.
Например, в [16] указывается: «...колебательные моменты, а, следовательно, и максимальный пик момента при этом (повторном включении) могут превысить вышеприведенные значения кратностей ударного пускового момента Ммакс (в некоторых случаях вдвое и более).
Это объясняется тем, что при быстром повторном включении, когда по-токосцепление, а значит, напряжение, наведенное на зажимах статора, еще не затухло, а его частота уменьшилась в соответствии со снижением скорости ротора, вновь подведенное напряжение может оказаться в противофазе по отношению к напряжению на зажимах статора и, помимо переходных процессов, соответствующих вышеприведенному анализу пускового режима, происходит короткое замыкание через источник напряжения.
Значения токов при повторном включении также могут значительно превысить величину тока при пуске из неподвижного состояния.
Анализ осциллограмм быстрого повторного включения подтверждает приведенные положения. Действительно, в первый момент времени в ряде случаев наблюдается резко возрастающий и быстро уменьшающийся скачок момента, соответствующий короткому замыканию через сеть. Одновременно или несколько позже наблюдается пик момента, соответствующий первому полупериоду знакопеременной составляющей, имеющей частоту, близкую к частоте сети...».
Похожие диссертации на Пусковые режимы асинхронных электродвигателей в системе электроснабжения подземных горных и транспортных машин
