Расчет самозапуска асинхронного двигателя

Федеральное государственное бюджетное образовательноеУчреждение высшего профессионального образованияlaquoОмский Государственный Технический Университетraquo

Курсовой проект на тему laquoСамозапуск асинхронных электродвигателейraquo

Шифр152744

Выполнил ст гр ЭС-513 Зинько ЕП Проверил Осипов ДС

Омск-2013

ЗА Д А Н И Е

Шифр 152744

Выдано студенту Зинько ЕП группы ЭС-513 Определить параметры электродвигателей и построить их механические характеристики при и характеристики момента сопротивления в диапазоне скольжения ( )Произвести расчет и построить характеристики сопротивленийэлектродвигателей в зависимости от скольжения Оценить влияние активного сопротивленияПроизвести расчет выбега за время перерыва электроснабжения и построитьхарактеристики выбега электродвигателейОпределить параметры схемы замещения оценить влияние активногосопротивления вычислить ток включения остаточное напряжение и избыточный момент при самозапуске Оценить возможность самозапуска Принять в случае невозможности самозапуска необходимые меры для его обеспеченияПроизвести численный расчет разгона электродвигателей и построитьхарактеристики Определить время разгонаОпределить превышение температуры обмоток электродвигателей за время разгона

Срок сдачи _________________

Задание выдал ______________

laquo____raquo ____________ 20___ г

Рисунок 1ndash Расчетная схема сети

Исходные данные

1 Воздушная линия км U =110 кВ Омкм Омкм2 Кабельная линия км U =6 кВ Омкм Омкм3 Трансформатор Т1 ТДН 250001106 Uвн=115 кВ Uнн=63 кВ Uк

=105 ∆Рк=120 кВт 4 Трансформатор Т2 ТМ1600604 Uк=6 ∆Рк=165 кВт 5 Нагрузка Sн=5 МВmiddotА 6 Параметры механизмовД1 примем Д2 примем Д3 примем

7 Асинхронные двигатели 4АЗМ-8000 УХЛ4

пусковые параметры

4АЗМ-6300 УХЛ4

8 Время перерыва электроснабжения

1 Расчет сопротивлений электродвигателя

В зависимости от принятого метода расчета самозапуска и типа электродвигателей к схемам замещения необходимому набору параметров и точности их определения предъявляются различные часто противоречивые требования Схема замещения и ее параметры не должны противоречить каталожным данным Расчеты проводимые без учета электромагнитных

переходных процессов требуют меньшего числа необходимых параметров часто ограничиваются нахождением лишь основных индуктивных сопротивлений и не требуют определения электромагнитных постоянных

Рисунок 2 ndash Схема замещения асинхронного двигателя

Минимальным набором исходных данных для определения всех необходимых параметров асинхронного электродвигателя являются [1]

ndash номинальная мощность на валу двигателя (кВт)ndash кпд при номинальной нагрузке и параметрахndash номинальное скольжение

ndash номинальный коэффициент мощностиndash кратность асинхронного пускового момента в долях номинального

момента определяемого по активной номинальной мощностиndash кратность максимального момента в долях номинального

определяемого по активной номинальной мощности

Согласованные со схемой замещения параметры и электромагнитные постоянные необходимые для расчета самозапуска могут быть определены в следующей последовательности

11 постоянная времени двигателя в номинальном режиме при короткозамкнутой статорной обмотке

Асинхронные двигатели 4АЗМ-8000 УХЛ4

12 синхронное индуктивное сопротивление двигателя (сопротивление на холостом ходу)

13 сверхпереходное сопротивление

14 Определяется зависимость индуктивного сопротивления от скольжения

15 Критическое скольжение

16 Зависимость активного сопротивления от скольжения

17 Зависимость полного сопротивления от скольжения

Полученные данные сведем в таблицу 1

Таблица 1 ndash Результаты расчетов сопротивлений двигателей 4АЗМ-8000 УХЛ4

S 0022 004 01 02 03 04 05 06 08 1x 2630 2460 2193 1992 1876 1794 1732 1682 1604 1544r 0364 0200 0080 0040 0027 0020 0016 0013 0010 0008z 2656 2468 2195 1992 1876 1794 1732 1682 1604 1544

Рисунок 3 ndash Зависимости

Асинхронный двигатель 4АЗМ-6300 УХЛ4

Таблица 11 Результаты расчетов сопротивлений двигателя 4АЗМ-6300 УХЛ4

S 0025 004 006 01 02 03 04 05 06 08 1x 3049 2860 2692 2474 2176 2004 1883 1792 1718 1604 1519r 0320 0200 0133 0080 0040 0027 0020 0016 0013 0010 0008z 3066 2867 2695 2476 2176 2004 1883 1792 1718 1605 1519

2Расчет характеристик электродвигателя

21 Характеристика асинхронного момента от скольжения при номинальном напряжении строится при помощи формулы

Для 4АЗМ-8000 УХЛ4

Критическое скольжение двигателя соответствующее максимальному асинхронному моменту

коэффициент q

При s=1 равен кратности пускового момента

Определение значений момента сопротивления механизма в зависимости от скольжения находится по формуле

(22)Для АД1 Для АД2

Результаты расчета сведены в табл 2

(22)Для АД3

Таблица 2 ndash Характеристики моментов электродвигателя

0022 004 01 02 03 05 07 08 1

2300 2273 2109 1862 1663 1370 1164 1083 0950Двигатель 1

0978 0961 0905 0820 0745 0625 0545 0520 0500Двигатель 2

0989 0980 0950 0900 0850 0750 0650 0600 0500Двигатель 3

0025 004 007 01 03 05 07 08 1

2200 2183 2115 2041 1631 1354 1158 1079 0950

0988 0980 0965 0950 0850 0750 0650 0600 0500

Рисунок 5 - Зависимости для АД1

21 Расчет выбега асинхронного двигателя 1 Угловая скорость электродвигателя формула

АД1 и АД2

2 Приведенный момент инерции формула

3 Электромеханическая постоянная времени формула

4 Расчет индивидуального выбега электродвигателей без учета элекndashтромагнитных переходных процессов производится на основе решения

дифференциального уравнения методом Эйлера

Приращение скольжения ∆si на каждом интервале

скольжение в начале следующего интервала находится как

В расчете выбега интервал времени принимаем равным

АД1 АД2 АД3

Исходные данные для расчета выбега двигателя приведены выше Результаты расчета сведены в табл 21 Таблица 21 ndash Результаты расчетов выбега электродвигателей

Двигатель 1t+∆t 01 02 03 04 05 06 07 08

s 00265 00524 00776 01023 01263 01497 01726 01951t+∆t 09 10 11 12 13 14 15

s 02170 02384 02594 02800 03002 03200 03395Двигатель 2

t+∆t 01 02 03 04 05 06 07 08s 00274 00545 00813 01077 01337 01593 01846 02096

t+∆t 09 10 11 12 13 14 15s 02342 02585 02825 03061 03294 03523 03750

Двигатель 3t+∆t 01 02 03 04 05 06 07 08

s 00448 00887 01316 01735 02146 02546 02938 03321t+∆t 09 10 11 12 13 14 15

s 03696 0406 0442 0476 05111 05445 05772

Рисунок 8 ndash Кривая выбега электродвигателей

3 ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ САМОЗАПУСКА

31 Определение параметров схемы замещения

Определение величин тока включения остаточного напряжения и момента электродвигателя при самозапуске требуется производить на основании схем замещения Характерная схема замещения питания узла нагрузки при которой осуществляется самозапуск представлена на рис 6

При расчётах в относительных единицах за базисные величины удобно принимать номинальные мощность и напряжение двигателя или группы двигателей Сопротивления элементов схемы электроснабжения и двигателей при расчетах в относительных единицах приведенных к базисным условиям определяются по следующие формулам ndash для воздушных и кабельных линий

где - среднее номинальное напряжение рассматриваемых линий ndash для реактора

ndash для двигателя

где относительное сопротивление двигателя при номинальных условиях ndash для трансформатора

где - напряжение короткого замыкания в процентах для трансформатора с расщепленной обмоткой

(37) (38)

(39) ndash для нагрузки

Схема замещения должна быть преобразована к простейшему виду относительно шин к которым подключены самозапускающиеся двигатели При этом источник питания и нагрузка объединяются в один источник с эквивалентной эдс и сопротивлением по тем же правилам что и при расчете токов КЗ Все двигатели участвующие в самозапуске объединяются в один с эквивалентным полным сопротивлением

Расчет схемы замещения проводим в относительных единицах приведенных к базисным условиям

Принимаем базисные величины

Полная мощность двигателя 4АЗМ-8000 УХЛ4

Определение сопротивления двигателейДля электродвигателя Д1За время выбега двигатель АД1 имеет скольжение

Определим зависимость индуктивного сопротивления двигателя от

скольжения

Приведенное к базисным условиям

где

Для электродвигателя Д2За время выбега двигатель АД2 имеет скольжение

Рисунок 9 ndash Схема замещения

32 Определение остаточного напряжения и тока включения

Для определения остаточного напряжения и тока включения необходимо свернуть схему замещения рис 9 относительно шин запус-кающихся двигателей Тк на большинстве участков активные и реактивные сопротивления сопоставимы по величине пренебрегать величинами нельзя исходя из этого необходимо составить 2 схемы замещения как для активного так и для реактивного сопротивления а поскольку эти схемы замещения идентичны иже будут приведены схемы замещения только для реактивного сопротивления

Первый этап преобразований приведен на рисунке 10

Для схемы рисунок 11

Для результирующей схемы замещения рис 12

Рисунок 12 - результирующая схема замещения

Полное сопротивление системы

Остаточное напряжение рассчитывается по формуле

Ток включения двигателя формула

4 Оценка возможности самозапуска

1 Расчет электромагнитного момента при самозапуске

Находится электромагнитный асинхронный момента АД от скольжения при изменяющемся напряжении

Для двигателя АД1

2 Момент сопротивления механизма находится по формуле

Условие самозапуска выполняется если Мэсэge11mccз118 gt 11middot0718

118 gt 079 ndash условие самозапуска выполняется

Таким образом при восстановлении питания через 15 с самозапуск электродвигателя возможен

5 Расчет разгона электродвигателя

Процесс разгона после восстановления питания анализируется с помощью уравнения движения

где ∆m ndash избыточный момент на валу двигателя

Эквивалентное сопротивление системы её эквивалентная эдс а также эквивалентное сопротивление электродвигателей и остаточное напряжение в начале самозапуска было

определено ранее

Таблица 5 ndash результаты расчета разгона асинхронного двигателя

t+dt si xi ri zi zci Udi ma mc dm ds

003395 5052 0065 5053 1182 0718 0464 00490375 4975 0059 4976 1754 0861 1141 0813 0328 003605772 5841 0048 5841 0942 0711 0230 0041

0290 5175 0076 5175 1253 0752 0501 00530339 5054 0065 5054 1785 0863 1190 0831 0360 00400536 5917 0052 5917 0980 0732 0247 0044

0237 5334 0093 5335 1339 0791 0547 00580299 5150 0073 5151 1825 0866 1249 0850 0399 00440491 6006 0057 6006 1024 0754 0270 0048

0178 5558 0123 5559 1447 0837 0609 00650255 5275 0086 5275 1876 0870 1322 0872 0450 00500443 6113 0063 6113 1078 0779 0299 0054

160114 5918 0193 5921 1589 0893 0696 00740206 5445 0107 5446 1951 0875 1417 0897 0520 00570389 6248 0072 6248 1146 0805 0340 0061

0040 6760 0555 6783 1779 0961 0818 00350149 5703 0148 5705 2091 0885 1551 0926 0625 00280328 6427 0085 6428 1241 0836 0405 0029

0005 8381 4814 9665 1689 0995 0693 01090121 5868 0181 5871 2342 0898 1657 0939 0717 01160299 6526 0093 6527 1318 0851 0467 0123

0005 8381 4814 9665 1770 0995 0775 01160005 8313 4367 9390 2851 0920 1793 0997 0796 01230175 7099 0159 7101 1579 0912 0667 0169

0005 8381 4814 9665 1831 0995 0836 01250005 8313 4367 9390 3367 0935 1855 0997 0857 01330006 10658 4297 11491 1794 0997 0797 0202

Рисунок 13 ndash Характеристика зависимости Uд(t)

6 Расчет температуры обмоток двигателей

Для двигателя Д1

где 200 - температура окружающей среды

T1 = 20 ndash 0292 = 197080C

T2 = 20 ndash 0368 = 196320C

T3 = 20 ndash 0441 = 195590C

Вывод результаты расчетов показали что разгон всех двигателей заканчивается через 34 секунды

При перерыве питания 15 секунды самозапуск возможен у всех двигателей без дополнительных мероприятий по снижению величины нагрузки на валу Нагрев электродвигателей не превышает допустимый

ЗА Д А Н И Е

Выдано студенту Зинько ЕП группы ЭС-513

Д1 примем

Д2 примем

Таблица 21 ndash Результаты расчетов выбега электродвигателей

Эквивалентное сопротивление системы её эквивалентная эдс а также эквивалентное сопротивление электродвигателей и остаточное напряжение в начале самозапуска было определено ранее