Ćw9. Wybieg i samorozruch silnika skompensowanego

1.Wybieg silnika asynchronicznego indywidualnie skompenso­wanego

Wybieg silnika występuje po jego wyłączeniu od napięcia za­silającego. Bezwładność mas wirujących, związanych z wirnikiem silnika, jest źródłem momentu obrotowego. W przypadku, gdy silnik jest skompensowany i do jego zacisków podłączony jest kondensator, o odpowiednio dużej pojemności, silnik w trakcie wybiegu staje się samowzbudną prądnicą asynchroniczną. Źródłem napędu jest wtedy moment obrotowy wirujących mas, a źródłem prądu magnesującego przyłączony do zacisków kondensator. Jeżeli wirnik byłby napędzany stale, to taka prądnica mogłaby oddawać energię elektryczną do sieci. Punkt pracy prądnicy asynchroni­cznej wyznaczony jest przez przecięcie charakterystyki magneso­wania maszyny i charakterystyki kondensatora.

W przypadku, gdy silnik wraz z kondensatorem jest przyłączo­ny do sieci, na jego zaciskach występuje napięcie równe napię­ciu sieci zasilającej, czyli w warunkach znamionowych U_n. W za­leżności od wartości pojemności przyłączonego kondensatora na­tężenie prądu pojemnościowego może być większe lub mniejsze od znamionowej wartości natężenia prądu magnesującego I . Po odłączeniu silnika od sieci, źródłem magnesowania jest kondensator. Napięcie jakie pojawi się na zaciskach silnika będzie za­leżało od wartości natężenia prądu dostarczanego z kondensatora..

Samowzbudzenie silnika przy różnych wartościach pojem­ności baterii kondensatorów do indywidualnej kompensa­cji mocy biernej

Rys9,1

Charakterystyki przedstawione na rys.odpowiadają stałej prędkości obrotowej silnika i stałej pulsacji indukowanego na­piecia. Podczas wybiegu silnika jego prędkość obrotowa maleje i w związku z tym maleje pulsacja napięcia.

Przebieg charakterystyk przy samowzbudzeniu silnika asynchronicznego a)magnesowania silnika b)kondensatora

Rys9,2

Mniejszym wartościom częstotliwości odpowiadają mniejsze wartości napięcia. Jak z tego wynika, o wartości napięcia na zaciskach skompensowanego silnika, znajdującego się w trakcie wybiegu, decyduje zarówno wartość mocy biernej przyłączonego kondensatora jak również wartość jego prędkości obrotowej.

2.Samorozruch silników asynchronicznych

Samorozruchem silnika nazywa się jego ponowny rozruch w cza­sie, jego wybiegu. Samorozruch występuje podczas samoczynnego ponownego załączenia (SPZ) lub samoczynnego załączania rezerwy (SZR) silników, w chwili powtórnego pojawienia się napięcia. Samorozruch odbywa się bez specjalnych urządzeń rozruchowych i pod obciążeniem, podczas gdy przy wielu napędach obciążenie zwiększane jest stopniowo przy rozruchu silnika. Czas trwania przerwy beznapięciowej, przy działaniu SPZ i SZR jest zazwyczaj krótszy od czasu wybiegu, ale mimo to natężenie prądu samoroz­ruchu jest większe od znamionowego.

Ponieważ samorozruchowi podlega zazwyczaj grupa silników, to w układzie zasilającym, na skutek wzrostu natężenia płynącego prądu, może wystąpić duży spadek napięcia. który uniemożliwi powtórne dokonanie rozruchu silnika, ze względu na zmniejszenie momentu napędowego. Stąd do samorozruchu dopuszcza się zazwyczaj nie wszystkie silniki lecz ich grupę, przy czym w trakcie projektowania układu zasilania należy sprawdzić, czy istnieją warunki napięciowe, które zapewnią udany samorozruch.

Schemat zastępczy grupy silników przedstawiono na rys..

Rys9,3

4. Warunki samorozruchu

Na podstawie schematu zastępczego można napisać

U_s- napięcie na silnikach

U_z-napięcie żródła

X_w-reaktancja zastępcza sieci

X_t - reaktancja transformatorowa

X_s-reaktancja silników

W wyrażeniu tym wszystki reaktancje przeliczone są na ten sam poziom napięcia. Za napięcie źródła przyjmuje się napięcie o 5% wyższe od znamionowego silnika czyli:

U_s- napięcie znamionowe silnika

U_smin-minimalne napięcie zapewniające samorozruch

Reaktancję wstępną systemu określa się wzorem

Reaktancja silnika zależy od jego danych znamionowych oraz poślizgu. w chwili rozpoczęcia samorozruchu. W celu jej wyzna­czenia niezbędna jest znajomość charakterystyki prędkości obro­towej silnika n = f(t), w chwili poślizgu. Wyznaczenie takiej charakterystyki dla istniejącego urządzenia, nie przedstawia większych trudności, natomiast na etapie projektowania można posługiwać się uniwersalnymi charakterystykami wybiegu dla urządzeń o stałym momencie oporowym i o tzw. wentylatorowym momencie oporowym, zmieniają­cym się wraz z prędkością obrotową. Na rysunkach tych, zarówno prędkość jak i czas podano w jednostkach względnych. Prędkość obrotowa odniesiona jest do wartości znamionowej, natomiast czas wybiegu t_w, odniesiony jest do elektromechanicznej stałej czasowej T_u, charakteryzującej bezwładność układu wirnika sil­nika i sprzęgniętych z nim urządzeń. Stała ta przedstawia czas od chwili wyłączenia silnika do chwili jego zatrzymania i wy­raża się wzorem

Charakterystyka wybiegu urządzenia ze stałym momentem oporowym przy różnych wartościach względnych momentów oporowych m_op

Rys9,4

Charakterystyka wybiegu urządzenia z wentylatorowym momentem oporowym przy różnych wartościach względnych momentów oporowych m_op

Rys9,5

Reaktancje silnika dla dowolnego poślizgu można wyznaczyć ze wzoru

Poślizg utyku wyznacza się ze wzoru

Po określeniu reaktancji X_s dla wszystkich silników przeznaczonych do samorozruchu oblicza się wartość ich reaktancji zastępczej ze wzoru

Minimalne napięcie które zapewnia samorozruch wyznacza się w oparciu o charakterystykę mechaniczną silnika i warunku że moment silnika w chwili samorozruchu musi być większy od momentu obciążenia

U_min- minimalne napięcie które zapewnia samorozruch

U_n-napięcie znamionowe silnika

M_op-moment oporowy silnika

s-poślizg silnika

s_m - poślizg krytyczny

g-stała

M_m-moment maksymalny

4.Problemy występujące przy samorozruchu silników asynchronicznych indywidualnie skompensowanych

Pojawienie się napięcia na zaciskach silnika podczas jego wybiegu związane jest z niebezpieczeństwem porażenia obsługi oraz z niekorzystnymi zjawiskami zachodzącymi podczas procesów łączeniowych, przy zastosowaniu przełączników gwiazda - trójkąt oraz przy pracy urządzeń SZR i SPZ.

Wartość napięcia pojawiającego się na zaciskach silnika, znajdującego się w wybiegu, w zależności od pojemności przyłą­czonego kondensatora i zmian prędkości obrotowej, może utrzy­mywać się przez odpowiednio długi czas..

Włączenie silnika znajdującego się w wybiegu związane jest z przyłączeniem do napięcia będącego różnicą napięć pomiędzy jego zaciskami a zaciskami łącznika od strony zasilania. Przy dużych wartościach różnicy napięć powstają bardzo duże prądy rozruchowe silnika. Powodują one udary mechaniczne wpływające na trwałość łożysk i wału silnika, duże przyrosty temperatury i działanie dużych sił elektromechanicznych w uzwojeniach. Są to zjawiska szkodli­we dla silnika, powodujące uszkodzenia mechaniczne oraz elektryczne, poprzez osłabienie izolacji uzwojeń.

W celu niedopuszczenia do niebezpiecznych dla silników przetężeń które mogą dochodzić nawet do 18-krotnej wartości prądu znamionowego silnika, największa dopuszczalna różnica pomiędzy napięciem fazowym a generowanym na silniku nie powinna przekraczać 130% napięcia znamionowego - dla silników wysokiego napięcia i 150% dla silników niskiego napięcia. W związku z tym rozróżnia się urządzenia SZR powolnego i SZR szybkiego. W SZR powolnego czas przerwy powinien być na tyle długi, aby napięcie indukowane na silniku zmalało do takiej wartości, przy której wartość natężenia prądu rozruchowego jest dopuszczalna przy samorozruchu. W cyklu SZR szybkiego czas przerwy powinien być możliwie najkrótszy, rzędu 60ms.

5.Dobór baterii kondensatorów do indywidualnej kompensacji mocy biernej silników asynchronicznych.

Przy doborze kondensatora bądź baterii kondensatorów do kompensacji mocy biernej silników asynchronicznych można dobierać ich moc wg następujących kryteriów

1)niewystąpienia samowzbudzenia silnika

2)pojawienia się maksymalnego napięcia zamowzbudzenia nieprzekraczającego Un

3)niewystąpienie napięcia samowzbudzenia powyżej założonej krotności U/Un,

Spełnienie pierwszego kryterium następuje wtedy, gdy moc bierna baterii Q_b jest mniejsza niż moc nierna magnesowania nienasyconego obwodu magnetycznego silnika. Moc ta wynosi około 0,8Q_j 0 mocy bigu jałowego silnika.

Rys9,7

Na podstawie znajomości kąta α nachylenia stycznej do charakterystyki magnesowania silnika w punkcie 0 można napisać, że

Kryterium drugie polega na nieprzekroczeniu znamionowego napięcia silnika. Natężenie prądu jałowego silnika można wyznaczyć z jego danych katalogowych za pomocą wzoru

Moc baterii kondensatorów ma być równa mocy niegu jałowego silnika

cosφ w tym przypadku wynosi 0,95, przy obciążeniu znamionowym.

Dobór baterii wg trzeciego kryterium polega na linearyzacji odcinka krzywej magnesowania przy założeniu że napięciu U_n odpowiada natężenie prądu I_o oraz moc bierna Q_j.

Rys9,8

Moc baterii jest równa

gdzie U jest żadanym napięciem samowzbudzenia.

---