5.5. 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. 5.9. Подключение электроприемников без секционирования (а) и с двумя межсекционными выключателями (б)

Рис.5.10. 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. 5.9, а) может быть облегчен путем секционирования РУ (рис. 5.9, 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. 5.10,а 5.11, а.

Из схемы замещения, изображенной на рис. 5.10, б, следу­ет, что остаточное напряжение на зажимах двигателей при самоза­пуске определяется выражением

(5.24)

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

Для схемы замещения, показанной на рис. 5.11, б, в которой нагрузка представлена двигателями и неизменным сопротивлением , остаточное напряжение при самозапуске определяется так:

(5.25)

Рис. 5.11. 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

(5.26)

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

Сопротивление двигателя в момент самозапуска определяется выражением

(5.27)

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

Приняв в соотношении (5.26) знак равенства и подставив в него (5.27), получим

(5.28)

Из (5.28) находим мощность самозапуска:

или (5.29)

Мощность самозапуска можно определить также по номинальной мощности двигателя:

(5.30)

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 (5.29) и (5.30), можно получить вы­ражение для определения допустимого значения неотключаемой мощности двигателя.

Неотключаемую мощность электроприемников, питаемых по схеме, изображенной на рис. 5.10, а, можно рассчитать по формуле

(5.31)

а в случае их питания по схеме, показанной на рис. 5.11, а, - по формуле

(5.32)

Минимально допустимое напряжение на зажимах двигателя находят, исходя из условия возможности осуществления самоза­пуска:

для механизмов с постоянным моментом сопротивления

(5.33)

для механизмов с вентиляторной характеристикой момента «сопротивления

(5.34)

где и - минимальный и максимальный моменты

вращения двигателя; - статический момент приводного механизма.