5.7. Самовозбуждение асинхронных двигателей во время пуска при последовательной емкостной компенсации в сети

Конденсаторные батареи при последовательном их включении в сеть, кроме компенсации реактивного сопротивления, позволя­ют автоматически изменять напряжение в зависимости от нагруз­ки двигателя. Однако при этом в сетях, питающих двигатели, мо­гут возникать некоторые, необычные с точки зрения нормальной эксплуатации, явления:

качание синхронных машин;

« застревание » асинхронных двигателей при частотах вращения, меньших, чем номинальная;

самовозбуждение при асинхронном пуске синхронных двига­телей;

появление резонансных колебаний на частотах ниже номиналь­ной, что приводит к возникновению субгармонических токов и напряжений.

Условия самовозбуждения асинхронного двигателя при пус­ке можно оценить с помощью тех же соотношений, что и при анализе режимов работы синхронного двигателя. Однако строгое и точное рассмотрение этих условий требует более полного и сложного их анализа.

Считают, что асинхронный двигатель так же, как и генератор, можно характеризовать сопротивлениями и . При изменении угловой скорости двигателя о изменяются его индуктивные сопро­тивления и (кривые 1 и 2 на рис. 5.13).

Если в сеть, питающую двигатель, включить конденсаторную батарею продольной компенсации с емкостным сопротивлением,

то в зависимости от угловой скорости ω емкостное сопротивление при разных значениях С изменяется так, как показано на рис. 5.13 (кривые 3-5). Эти кривые различным образом расположены от­носительно области - представляющей собой зону самовоз­буждения двигателя.

Если во время пуска двигателя изменяется по кривой 3, то самовозбуждение не происходит. Если изменяется по кривой 4, то самовозбуждение будет от угловой скорости ω₃ До нормального режима, соответствующего ω_ном. При изменении по кривой 5 во время пуска двигателя в интервале угловых скоростей от ω₁ до

ω₂ самовозбуждение появится. Оно может исчезнуть, не развив­шись полностью, если двигатель быстро пройдет зону самовозбуж­дения. Скорости ω₁ и ω₂ соот­ветствуют границам зоны само­возбуждения двигателя.

Рис. 5.13. К рассмотрению самовоз­буждения асинхронного двигателя

Самовозбуждение двигателей не следует допускать по следую­щим причинам:

ток статора и мощность, по­требляемые двигателем из сети, могут в несколько раз превы­шать их номинальные значения; при этом двигатель сильно пере­гревается, напряжение на его момент уменьшается;

во время пуска двигатель может «застревать», не достигнув но­минальной частоты вращения из-за уменьшения вращающего мо­мента в процессе разгона; при этом появляются биения тока и момен­та, что приводит к качанию ротора машины.

При рассмотрении процесса самовозбуждения асинхронного двигателя необходимо учитывать следующие факторы:

во время разгона двигателя его сопротивление изменяется от минимального значения до максимального;

при некотором значении скольжения ротора индуктивность двигателя может резонировать с емкостью последовательной ком­пенсации, в результате чего создается контур самовозбуждения с частотой ниже промышленной. В этом случае двигатель враща­ется с частотой, соответствующей частоте свободных колебаний контура;

во время разгона двигателя может возникать отрицательное скольжение ротора, при котором двигатель переходит в генератор­ный режим по отношению к контуру самовозбуждения. При равен­стве потерь в контуре ротора и генерирующей мощности создается условие для устойчивой работы в этом режиме. Если потери больше генерируемой мощности, то самовозбуждение либо не возникает, либо становится неустойчивым, что дает возможность двигателю вращаться с номинальной частотой;

частота генерирующего контура зависит от параметров сети, емкостного сопротивления конденсаторной батареи и сопротивле­ния самого двигателя. Поэтому для предотвращения самовозбужде­ния необходимо либо выбрать соответствующую емкость продоль­ной компенсации, либо включить последовательно или параллель­но емкости активное сопротивление.

В зависимости от соотношения сопротивления и параметров двигателя могут возникать три характерных режима его работы» соответствующих кривым 3-5 на рис. 5.13.

В первом режиме (кривая 3)

(5.37)

где - реактивное сопротивление цепи намагничивания двига­теля. При этом вся зона самовозбуждения двигателя лежит в диа­пазоне частот вращения больше синхронной, а в пределах изменения частоты вращения от нуля до синхронной двигатель практически не самовозбуждается.

Во втором режиме (кривая 4)

(5.38)

где - сопротивление рассеяния обмотки статора; актив­ные сопротивления обмоток ротора и статора двигателя. В этом

Рис. 5.14. Зависимость вращающего момента асинхронного двигателя от сколь­жения при самовозбуждении (а) и разгоне (б)

случае одна часть зоны самовозбуждения двигателя находится в диапазоне частот вращения от нуля до синхронной, а другая выхо­дит за пределы синхронной частоты вращения.

Зависимость вращающего момента двигателя от скольжения име­ет вид, показанный на рис. 5.14, а. Эффект самовозбуждения здесь проявляется в уменьшении частоты вращения двигателя на 35 - 40 % номинальной.

В третьем режиме

(5.39)

При этом условии самовозбуждение двигателя начинается от не­большой частоты вращения, близкой к нулю, и зона самовозбужде­ния находится в диапазоне частот вращения от нулевой до синх­ронной.

Зависимость вращающего момента асинхронного двигателя от скольжения при разгоне показана на рис. 5.14, б. Если после подключения к сети двигатель разгоняется настолько медленно, что процесс его самовозбуждения успевает закончиться за время про­хождения зоны самовозбуждения, то двигатель «застревает» на по­ниженной частоте вращения и возникают качания.

При малых значениях момента инерции двигателя и момента сопротивления механизма, а также при большом питающем напря­жении двигатель может разгоняться настолько быстро, что само­возбуждение не успевает развиться. В этом случае двигатель быстро проходит зону самовозбуждения и разгоняется до номинальной час­тоты вращения. Этому режиму соответствует кривая 5 на рис. 5.13.