CC BY
42
УДК 621.311.313
ПОТРЕБЛЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПРИ ВЫБЕГЕ
О.К. КАПИТОНОВ
Чувашский государственный университет, г. Чебоксары
Статья посвящена анализу потребления мощными асинхронными двигателями (АД) реактивной мощности при выбеге. На основе теоретических положений создана модель системы и произведено моделирование выбега мощного асинхронного двигателя. По полученным результатам дана оценка характеру потребления двигателями реактивной мощности при выбеге по сравнению в теоретическими положениями.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, выбег, реактивная мощность.
Введение
Надежность работы узла нагрузки с высоковольтными асинхронными двигателями зависит от характера потребления двигателем реактивной мощности (далее О). При значительном снижении уровня напряжения происходит рост потребления О и уменьшение передаваемой узлу активной мощности, вследствие чего происходит опрокидывание двигателя и нарушение режима работы всех потребителей узла нагрузки.
На основе статических параметров различными авторами даны критерии надежности работы двигателей [1, 2]. Однако анализ опрокидывания двигателя в динамике не произведен.
Имея мощный комплекс программных пакетов математического моделирования Ма1ЬаЬ и МаШса^ таковой анализ был произведен на основе системы электроснабжения показанной на рис. 1.
Рис. 1. Система электроснабжения узла нагрузки (С - система неограниченной мощности, Т -трансформатор, НГ - статическая нагрузка)
При моделировании выбега электродвигателя приняты допущения: а) электроснабжение узла комплексной нагрузки осуществляется от системы неограниченной мощности; б) сопротивление кабельной линии между двигателем и шинами низкого напряжения равно нулю.
Характеристика изменения потребления реактивной мощности узлом нагрузки при различном значении коэффициента загрузки двигателя (кз), полученная путем моделирования выбега АД, показана на рис. 2, а. В качестве основной асинхронной
© О.К.Капитонов Проблемы энергетики, 2013, № 7-8
нагрузки выбран мощный асинхронный двигатель типа АЗМП-5000, параметры которого взяты из паспортных данных.
Q, Мвар
5
\ кэ = 1
к э= 0,7
= 0,4
а)
0,2
0,4
0,6
0,8
и, о.е.
Р, МВт Q, Мвар
5
и, о.е.
2,5
2 1, 1
0 ч
\
Р
0
1
2
3
4
Г, с
б)
Рис. 2. Потребление Q асинхронным двигателем при различной загрузке (а) и изменение активной и реактивной мощностей, напряжения на шинах нагрузки и скольжения двигателя
при его выбеге (б)
Как видно из приведенного рисунка, потребление реактивной мощности АД при снижении напряжения уменьшается, но незначительно. Исходя из этого можно отметить, что снижение потребления Q асинхронным двигателем при выбеге не столь значительно, как предполагалось ранее. Так, например, при полной загрузке двигателя уменьшение потребления Q составляет 0,046 Мвар (или 1 % от полной мощности двигателя). При коэффициенте загрузки двигателя равном 0,46 уменьшение потребления Q составляет 0,165 Мвар (3,4 %). Таким образом очевидно, что чем меньше нагрузка на валу двигателя, тем значительнее снижение потребления Q двигателем.
2
1
0
3
2
1
1
0
Исходя из представленного рис. 2, а также нетрудно заметить, что полная остановка двигателя происходит при напряжении на выводах двигателя и потребляемой им Q, значительно отличающихся от нулевых значений. Изменения параметров
двигателя, полученных в ходе моделирования выбега двигателя при кз = 0,7, характеризующих изменение потребления активной и реактивной мощностей, изменение скольжения и уровня напряжения на его выводах показаны на рис. 2, б.
В инженерных расчетах при отклонении напряжения на питающих шинах от номинального значения потребляемая Q узлом нагрузки определяется согласно известному выражению [1]:
Qy = с ■ и2 +(1 - с)
где U - напряжение на питающих шинах, о.е.; с - известный коэффициент; ¿ном -
кратность максимального момента; k3 - коэффициент загрузки двигателя; Qnp -
прочая реактивная нагрузка, о.е.
Используя результаты инженерных расчетов по приведенной выше формуле и результаты моделирования, полученные значения потребления Q при различном уровне напряжения показаны на рис. 3 в равных масштабах.
О, o.e.
U, о.е.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Рис. 3. Характеристики изменения потребления реактивной мощности асинхронным двигателем, полученные разными методами
При выбеге двигателя, вследствие снижения напряжения, величина потребления Q, полученная путем моделирования, изменяется в меньшей степени, чем величина потребления Q, полученная путем инженерных расчетов. В свою очередь, обе характеристики схожи по характеру изменения и имеют схожие значения критического напряжения. Также необходимо отметить, что характеристика, полученная инженерным путем, отражает изменение потребления реактивной мощности до
полного уменьшения напряжения, тогда как в реальности полного снижения напряжения может и не быть. Все зависит от характеристики момента сопротивления нагрузки на валу двигателя.
По отношению к полной мощности двигателя снижение потребления Q незначительно и составляет 2-8 % в зависимости от загрузки двигателя. Однако в некоторых случаях даже такое незначительное уменьшение потребления Q может оказать влияние на успешность самозапуска двигателя.
Значительно более тяжелые условия складываются в узлах нагрузки, состоящих из парка асинхронных двигателей, т.к. одновременная полная загрузка всех асинхронных двигателей может вызвать нарушение устойчивости даже при небольших колебаниях параметров сети электроснабжения. Кривые, отражающие изменения потребления реактивной мощности группы из двух АД (АЗМП-5000 и AMD 710X6T) и каждого из двигателей в отдельности, показаны на рис. 4.
О, o.e.
Рис. 4. Потребление группой асинхронных двигателей Q при уменьшении уровня напряжения на питающих шинах
Как видно из представленного рисунка, характеристики потребления узлом комплексной нагрузки Q, содержащей несколько АД, полученные различными методами, имеют существенные различия. Сравнивая их, нетрудно заметить, что приведенные выше результаты потребления Q для одиночного двигателя ^д1, Qд2) в полной мере характерны и для группы АД
Величина уровня напряжения в момент полной остановки группы двигателей зависит от многих параметров, но в большей степени - от загрузки двигателей. Полученные путем инженерных расчетов значения максимумов и минимумов потребления узлом нагрузки Q соответствуют значениям, полученным путем моделирования переходных процессов.
Поскольку выбег двигателя кратковременен, то следует наиболее широко использовать перегрузочную способность синхронных машин, увеличивая их возбуждения до максимальных значений [2]. Синхронные компенсаторы следует применять лишь в случаях, если установка синхронных двигателей невозможна.
Выводы
Описанные в литературе [3] статические характеристики выбега группы двигателей нашли свое подтверждение с учетом описанных выше замечаний. Дополнительным отличием также является отсутствие резкого изменения потребления реактивной мощности узлом нагрузки при опрокидывании двигателя.
Использовать инженерные методы для определения нагрузки, потребляемой узлом, содержащим несколько АД, нежелательно, так как полученные результаты не отражают действительного характера потребления Q.
Однако при наличии в узле нагрузки лишь одного АД инженерные расчеты дают достаточно приемлемый результат.
Используя инженерные методы невозможно определить уровень напряжения на шинах нагрузки при полной остановке двигателя.
Summary
This article analyzes the consumption of powerful asynchronous motor reactive power of the coast. Based on the theoretical principles created system model and simulation was run-powerful induction motor. By the received results assessed the nature of the reactive power consumption of motors of the coast than in the theories. Key words: asynchronous motor, running, reactive power.
Литература
1. Щедрин В.А. Процессы в узлах нагрузки при медленных изменениях напряжения и частоты: текст лекций. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1985. 60 с.
2. Сыромятников И.А. Режимы работы синхронных и асинхронных двигателей. М: Энергоатомиздат, 1984. 243 с.
3. Гуревич Ю.Е. Устойчивость нагрузки электрических систем. М: Энергоатомиздат, 1981.
208 с.
Поступила в редакцию 4 июня 2013 г.
Капитонов Олег Константинович - аспирант кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Чувашского государственного университета. E-mail: [email protected].
