Глава 15

15.5. Самозапуск асинхронных двигателей

Для повышения устойчивости и надежности электроснабжения ряда наиболее ответственных установок при кратковременных снижениях или отключениях напряжения источника питания применяется система самозапуска электродвигателей. Самозапуск - это процесс восстановления нормальной работы двигателей после кратковременного отключения питающего напряжения.

При самозапуске значение остаточного напряжения на шипах или зажимах электроприемников должно быть таким, чтобы вращающий момент электродвигателей превышал статический момент сопротивления механизмов. Для этого в режиме самозапуска оставляют включенными только часть электродвигателей наиболее ответственных механизмов. Электродвигатели, самозапуск которых недопустим по условиям техники безопасности, обязательно отключаются защитой.

Для осуществления самозапуска определяют допустимое количество и суммарную мощность неотключаемых электродвигателей при работе которых остаточное напряжение обеспечивает вращающий момент, превышающий статический момент механизма.

Считают самозапуск обеспеченным, если при пониженном питающем напряжении избыточный момент электродвигателей достаточен для доведения механизмов до номинальной частоты вращения и если за время разгона нагрев обмоток электродвигателей не превышает допустимого.

По условиям самозапуска электроприемники условно делятся на две группы:

1. Электроприемники с постоянным моментом сопротивления. Двигатели этих электроприемников при кратковременном перерыве в электроснабжении быстро теряют частоту вращения и медленно разгоняются (шаровые мельницы, конвейеры, прокатные станы и т. п.). Для обеспечения самозапуска приводов таких электроприемников необходимо, чтобы при восстановлении напряжения двигатель обладал моментом, равным , а время перерыва в электроснабжении должно быть сокращено до минимума, чтобы не произошло значительное снижение частоты вращения.

Рис. 15.9. Подключение электроприемников без секционирования (а) и с двумя межсекционными выключателями (б)

Рис.15.10. Схема питания двигательной нагрузки (а) и ее схема замещения (б)

2. Электроприемники, обладающие вентиляторными механическими характеристиками (центробежные насосы, вентиляторы, центрифуги и т. д.). Самозапуск двигателей этой группы электроприемников обеспечивается легче, поскольку их момент сопротивления уменьшается со снижением частоты вращения.

Самозапуск группы электроприемников (рис. 15.9,а) может быть облегчен путем секционирования РУ (рис. 15.9,б) и уменьшения мощности двигателей, участвующих в самозапуске. Практическая задача самозапуска состоит в том, чтобы не допустить массового отключения электродвигателей и обеспечить бесперебойную работу электроприемников.

Расчет самозапуска асинхронных двигателей заключается в проверке возможности их самозапуска. Для этого необходимо выяснить, достаточен ли момент вращения при сниженном питающем напряжении, и установить допустимый нагрев при увеличении времени разгона двигателя.

Наиболее характерные схемы питания двигательной и смешанной нагрузок с осуществлением самозапуска показаны на рис. 15.10,а 15.11, а.

Из схемы замещения, изображенной на рис. 15.10,б, следует, что остаточное напряжение на зажимах двигателей при самозапуске определяется выражением

(15.24)

где ,,, - эквивалентные активные и реактивное сопротивления двигателей при скольжении, соответствующем началу самозапуска.

Для схемы замещения, показанной на рис. 15.11, б, в которой нагрузка представлена двигателями и неизменным сопротивлением , остаточное напряжение при самозапуске определяется так:

(15.25)

Рис. 15.11. Схема питания смешанной нагрузки (а) и ее схема замещения (б)

где поскольку сопротивления двигателей и нагрузки включены параллельно.

Следовательно, между напряжениями и при самозапуске должно соблюдаться соотношение

(15.26)

Зная минимально допустимое напряжение при самозапуске, можно определить допустимое значение неотключаемой мощности двигателей.

Сопротивление двигателя в момент самозапуска определяется выражением

(15.27)

где - базисная мощность; - номинальное питающее напряжение электродвигателя; - базисное напряжение; - расчетная мощность двигателя при номинальном напряжении и скольжении, соответствующем моменту самозапуска.

Приняв в соотношении (15.26) знак равенства и подставив в него (15.27), получим

(15.28)

Из (15.28) находим мощность самозапуска:

или (15.29)

Мощность самозапуска можно определить также по номинальной мощности двигателя:

(15.30)

где - кратность тока двигателя при скольжении , соответствующем началу самозапуска; - номинальные cosφ и к. п. д. двигателя.

Величина определяется выражением

где - кратность пускового тока.

Приравняв правые части (15.29) и (15.30), можно получить выражение для определения допустимого значения неотключаемой мощности двигателя.

Неотключаемую мощность электроприемников, питаемых по схеме, изображенной на рис. 15.10, а, можно рассчитать по формуле

(15.31)

а в случае их питания по схеме, показанной на рис. 15.11, а, - по формуле

(15.32)

Минимально допустимое напряжение на зажимах двигателя

находят, исходя из условия возможности осуществления самозапуска:

для механизмов с постоянным моментом сопротивления

(15.33)

для механизмов с вентиляторной характеристикой момента «сопротивления

(15.34)

где и - минимальный и максимальный моменты вращения двигателя; - статический момент приводного механизма.