Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышлен
..pdf
|
Т а б л и ц а 3.4. |
Электромагнитные постоянные |
времени |
синхронных |
|
|
|||||
|
|
|
двигателей серии СДНУPN=3200 кВт |
|
|
|
|
||||
|
|
|
о |
и |
о |
и |
|
о |
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
1 |
1 |
г |
|
|
|
С4 |
|
Тип двигателя |
о |
и |
о |
о |
а |
О |
а |
О |
и |
||
|
о |
о |
|||||||||
|
о |
с |
|
■Ч |
V |
|
|
- |
|
|
|
|
|
Сг |
~ к |
|
|
|
|||||
|
|
Ч-ч |
|
|
|
VT |
Е-. |
'h. |
"еС3 |
|
|
|
|
E-i |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
UN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 6 кВ |
|
|
|
|
|
|
СДН-15-76-6 |
3,288 |
0,709 |
0,682 |
0,101 |
0,536 |
0,124 |
3,342 |
0,142 |
0,668 |
0,885 |
0,451 |
СДН-16-71-8 |
3,228 |
0,519 |
0,630 |
0,099 |
0,497 |
0,119 |
3,277 |
0,136 |
0,678 |
0,842 |
0,459 |
СДН-16-86-10 |
2,741 |
0,648 |
0,618 |
0,094 |
0,486 |
0,112 |
2,79 |
0,128 |
0,553 |
0,803 |
0,373 |
СДН-17-59-12 |
3,246 |
0,620 |
0,558 |
0,088 |
0,438 |
0,105 |
3,29 |
0,118 |
0,679 |
0,755 |
0,459 |
СДН-18-49-16 |
1,921 |
0,512 |
0,741 |
0,120 |
0,585 |
0,143 |
1,981 |
0,156 |
0,414 |
1,030 |
0,280 |
СДН-18-61-20 |
2,008 |
0,373 |
0,628 |
0,113 |
0,496 |
0,135 |
2,056 |
0,151 |
0,480 |
0,967 |
0,328 |
СДН-19-46-24 |
2,072 |
0,486 |
0,819 |
0,149 |
0,646 |
0,178 |
2,134 |
0,198 |
0,501 |
1,273 |
0,342 |
|
|
|
|
UN= 10 кВ |
|
|
|
|
|
|
|
СДН-16-96-6 |
3,001 |
0,697 |
0,895 |
0,139 |
0,703 |
0,174 |
3,072 |
0,190 |
0,623 |
1,187 |
0,421 |
СДН-16-86-8 |
3,431 |
0,641 |
0,679 |
0,116 |
0,536 |
0,140 |
3,483 |
0,156 |
0,767 |
0,992 |
0,537 |
СДН-17-59-10 |
3,224 |
0,606 |
0,691 |
0,118 |
0,544 |
0,141 |
3,277 |
0,158 |
0,734 |
1,015 |
0,500 |
СДН-17-76-12 |
3,425 |
0,722 |
0,951 |
0,140 |
0,751 |
0,166 |
3,502 |
0,182 |
0,664 |
1,186 |
0,446 |
СДН-18-61-16 |
2,450 |
0,536 |
0,750 |
0,121 |
0,592 |
0,144 |
2,509 |
0,156 |
0,521 |
1,037 |
0,353 |
СДН-18-74-20 |
2,492 |
0,786 |
0,641 |
0,100 |
0,506 |
0,118 |
2,544 |
0,131 |
0,510 |
0,857 |
0,344 |
СДН-19-54-24 |
1,918 |
0,588 |
0,879 |
0,150 |
0,692 |
0,179 |
1,986 |
0,198 |
0,436 |
1,291 |
0,296 |
в области допустимых значений параметров схемы заме щения СД решение системы уравнений, определяющих эти параметры, является единственным, а процесс последователь ных приближений сходящимся;
при рекомендуемых начальных приближениях решение системы уравнений, определяющих параметры схемы заме щения СД с точностью е=0,001, достигается за 5—7 шагов последовательных приближений.
2. Определяются обобщенные параметры СД. На этом этапе осуществляется расчет индуктивных сопротивлений и электромагнитных постоянных времени обмоток СД, а так же постоянных времени переходного и сверхпереходного про цессов СД при разомкнутой и короткозамкнутой статорной обмотке.
3. Рассчитываются пусковые характеристики СД. Пуско выми характеристиками СД являются зависимости активной и реактивной мощности СД, тока статорной обмотки и элект ромагнитного момента от скольжения. Расчет пусковых ха
рактеристик |
осуществляется |
по формулам |
(3.11) — (3.14). |
В качестве примера ниже приведены результаты расчета |
|||
параметров СД серии СДН с номинальной мощностью PN = |
|||
= 3200 кВт, |
различающихся |
частотой |
вращения ротора: |
в табл. 3.1 приведены каталожные данные этих двигателей
[10] при |
номинальном напряжении UN — 6 кВ и £/*=10 кВ; |
в табл. |
3.2—3.4 — основные расчетные параметры этих дви |
гателей; на рис. 3.4 — расчетные асинхронные моментные ха рактеристики части двигателей.
Асинхронная моментная характеристика СД с шихтован ным ротором в случае, когда обмотка возбуждения двигателя замкнута накоротко, может иметь провалы при частоте вра щения, близкой к синхронной [5]. На рис. 3.5 приведены мо-
ментные характеристики |
СД типа СДН-16-86-8, Р* = 3200 кВт, |
|
£/*=10 кВ. При Кп = 1 |
(пусковое |
сопротивление отсутству |
ет) характеристика имеет провал |
при скольжении s=0,03. |
|
Если момент сопротивления механизма при таком скольже нии окажется больше минимального асинхронного момента, то ротор двигателя «застревает» на подсинхронной частоте вращения и в синхронизм не втягивается.
Устранить провалы в асинхронной моментной характери стике СД с шихтованным ротором можно путем включения обмотки возбуждения при пуске на дополнительное пусковое сопротивление. Пусковые характеристики СД типа
СДН-16-86-8 при различных кратностях Кп пускового сопро тивления приведены на рис. 3.5, из которых следует, что при /Сп^ 4 провалы в асинхронной моментной характеристике ис-
Рис. 3.4. Асинхронный момент синхронных двигателей серии СДН, PN = 3200 кВт, UN = 6 кВ:
1— СДН-19-46-24; 2— СДН-16-49-16; 3— СДН-18-61-20; 4— СДН-17-59-12
Рис. 3.5. Асинхронный момент синхронного двигателя типа СДН-16-86-8 при различных значениях пускового сопротивления:
1 - R n = 0; 2— /?п = 3 R)
чезают. Таким образом, пусковое сопротивление обмотки воз буждения выполняет следующие функции: улучшает асин хронную моментную характеристику; позволяет увеличить скорость гашения магнитного поля СД; предотвращает пере напряжения в обмотке возбуждения, возникающие из-за боль шой скорости изменения тока возбуждения при отключении возбудителя.
3.4.СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
СМАССИВНЫМ РОТОРОМ
Синхронные двигатели с массивным ротором (к числу ко торых относятся двигатели серий СТМ, СТД с номинальной частотой вращения дг* = 3000 об/мин) получили широкое рас пространение, в частности, в качестве приводов магистраль ных насосов и газовых компрессоров. В отличие от двигате лей с шихтованным ротором, имеющих сосредоточенную демпферную обмотку, у двигателей с массивным гладким ро тором (представляющим собой единую стальную поковку) система демпферных контуров распределена по всей бочке ротора. Наличие мощной демпферной системы, распределен ной в массивном роторе, значительно улучшает пусковые характеристики двигателей. Однако это же обстоятельство приводит к существенному усложнению расчетов параметров и пусковых характеристик СД.
а) |
б) |
Рис. 3.6. Схемы замещения СД с массивным гладким ротором: |
|
а — по продольной оси ротора d\ |
б — по поперечной оси ротора q |
Схема замещения СД с массивным гладким ротором при ведена на рис. 3.6. Она в сравнении со схемой двигателей с шихтованным ротором характеризуется следующими осо бенностями.
где #in(*oin), iflic(*.ic) — активное сопротивление (индуктив ное сопротивление рассеяния) эквивалентного демпферного
контура |
при пуске ( s = l) и в синхронном режиме ( s = 0). |
На рис. 3.7 приведены зависимости сопротивлений эквива |
|
лентного демпферного контура от скольжения для двигателя |
|
СТД-8000. |
|
3. |
В связи с тем, что сопротивления эквивалентного демп |
ферного контура СД с массивным ротором зависят от сколь
жения, многие другие параметры таких |
СД также |
зависят |
|
от него, в частности сопротивления |
х",, |
и х ' д, необходимые |
|
для расчетов переходных процессов |
в |
двигателе, |
а также |
постоянные времени переходного и сверхпереходного процес сов по продольной (T'd, T"d) и поперечной (Т'\ч) осям при короткозамкнутой обмотке статора. Поэтому при расчете этих параметров всегда следует оговаривать, какому значе нию скольжения двигателя они соответствуют. На рис. 3.8 приведены зависимости параметров от скольжения для дви гателя СТД-8000.
Рис. 3.8. Зависимость параметров синхронного дви гателя СТД-8000 от скольжения s
Перечисленные особенности СД с массивным гладким ро тором нашли свое отражение в упрощенной схеме замещения этих двигателей (рис. 3.6).
3.5. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С МАССИВНЫМ РОТОРОМ
Схема замещения СД с массивным ротором (рис. 3.6) характеризуется следующими девятью параметрами: индук-
тинными сопротивлениями х„, Xdd, *„/, xdic, xain-, активными сопротивлениями Rcт, Rs, Ric, Rm■Для определения парамет ров схемы замещения СД с массивным ротором необходимо составить девять независимых уравнений.
В наиболее распространенных каталогах СД с массив ным ротором [5, 10] можно найти данные о следующих пара метрах: Рк, cos ф*, rjjv, Mmax, UlN, I,Nt /п, M„, Мв. Как прави
ло, |
в каталогах также имеются данные |
о сопротивлениях |
|
xd, |
х'л, x"d„ (x"d„— сверхпереходное |
сопротивление по про |
|
дольной оси при скольжении s= 'l). |
Если |
последние данные |
|
отсутствуют, их можно вычислить приближенно по каталож ным данным.
Синхронное индуктивное сопротивление можно выразить
через максимальный синхронный момент: |
|
||
**=1,13 sin4>AT+ V Pmax-cos2<PN |
(3.56) |
||
Р2 |
—1 |
|
|
'max |
1 |
|
|
где |
|
|
|
Р = М |
!J L |
(3.57) |
|
1шах |
|
|
|
При отсутствии более точных сведений о переходном соп |
|||
ротивлении можно воспользоваться равенством |
|
||
x'd=Aft x"d„. |
|
(3.58) |
|
Активное сопротивление обмотки возбуждения можно вы разить через номинальное напряжение и ток обмотки:
R, = 0,667 U>NlfN^L |
Vxd Л^шах / |
(3.59) |
р 2ц |
|
|
Активное сопротивление статорной обмотки может быть |
||
вычислено так же, как и для СД с шихтованным |
ротором: |
|
7?ст=0,25(1—T|JV)cos ф*. |
(3.60) |
|
Параметры асинхронного установившегося режима СД при номинальном напряжении связаны с параметрами схемы замещения соотношениями (3.11) —(3.14), в которых, соглас но схеме замещения СД с массивным ротором (рис. 3.6), эк вивалентные сопротивления по продольной и поперечной осям:
Zds = fco +
Jxad
l |
—1 |
|
; (3.61) |
Rib)
~T~ + ,x°f
JQs ‘ |
■jxa + |
1 |
—1 |
|
(3.62) |
||
|
|
jXad |
R± (s) -i*A (*) |
На основе каталожных данных СД, характеризующих асинхронный режим, для параметров схемы замещения мож но составить нелинейные уравнения (3.17) — (3.19).
Доминирующим параметром СД с массивным ротором, определяющим пусковой ток, является сверхпереходное соп ротивление x"dn, поэтому уравнение (3.17) целесообразно привести к следующему виду, удобному для вычисления соп ротивления методом последовательных приближений:
л Ж > = ;й '-,> ( 1 - - ^ - ) . |
(3.63) |
За начальное приближение сопротивления хлп"т можно при нять значение, определяемое соотношением (3.22).
Доминирующим параметром СД, определяющим пусковой момент Мп, является сопротивление эквивалентного демпфер ного контура R in, поэтому уравнение (3.18) целесообразно привести к виду, удобному для вычисления этого сопротив ления методом последовательных приближений:
/ ? ^ - ^ п _1)(1 + - ^ - ) - |
(3.64) |
За начальное приближение сопротивления /?i„<0) можно при нять значение, определяемое выражением
г>(10)°) М п |
PN |
(3.65) |
А1п |
*» |
|
ч |
|
Доминирующим параметром СД, определяющим входной момент, является сопротивление эквивалентного демпферно го контура R\c, поэтому уравнение (3.19) целесообразно при вести к виду
R)S = R\tr 1) + - ^ - ЛМИ. |
(3.66) |
м\ |
|
За начальное приближение сопротивления Я\с можно при нять
tfic<°)=0,3/?in(0). (3.67)
Индуктивное сопротивление рассеяния эквивалентного демпферного контура в пусковом режиме лг01П связано с ак тивным сопротивлением Rln следующим соотношением [6, 12]:
•^ain==0,55 /?1п* |
(3.68) |
Сопротивление рассеяния статорной обмотки, как следует из соотношений (1.37), (1.38),
[xd - xd)*+^oin{xd - xd) |
(3 > б 9 ) |
Индуктивное сопротивление рассеяния эквивалентного демпферного контура СД с массивным ротором x„ic может быть определено из следующего приближенного соотноше ния:
Xo\c/Xo\n~R\TllR\C‘ |
(3.70) |
Полученные уравнения позволяют выразить все парамет ры схемы замещения СД с массивным ротором через ката ложные данные.
Рис. 3.9. Пусковые расчетные характеристики синхронного двигателя СТД-8000 —данные завода-изготовителя)
Расчет параметров схемы замещения СД с массивным ро тором по приведенному алгоритму обеспечивает хорошее сов падение расчетной и заводской моментных характеристик на