Расчет энергетических параметров пуска асинхронного двигателя дутьевого вентилятора типа ВДН-18–11

Расчет энергетических параметров пуска асинхронного двигателя дутьевого вентилятора типа ВДН-18–11

Хашимов Арипджан Адилович, доктор технических наук, профессор, научный руководитель;

Нуржанов Бегмат Режеповгулович, магистр

Ташкентский государственный технический университет имени Абу Райхана Беруни (Узбекистан)}}}

Рассмотрены основные способы плавного пуска асинхронных двигателей и определены области их применения, определены электрические и энергетические параметры, время переходного процесса во время плавного пуска частотно-регулируемого асинхронного двигателя при условии постоянства частоты с регулированием напряжения статора.

Ключевые слова: прямой пуск, плавный пуск, частотно-регулируемый асинхронный двигатель, электрические и энергетические параметры, время пуска

The basic methods of the smooth starting of asynchronous engines are considered and their application domains are certain and electric and power parameters are certain, time of transient during the smooth starting of the frequency-managed asynchronous engine subject to condition constancy of frequency with adjusting to tension of stator.

В котельных агрегатах типа ТГМ151 Тахиаташской ТЭС для смещения природного газа с воздухом в топке используются центробежные дутьевые вентиляторы типа ВДН-18–11. В качестве приводного двигателя используется асинхронный двигатель с к. з. ротором типа 4А355М6У3 [1].

Выбор способа пуска асинхронного двигателя (АД) дутьевых вентиляторов является актуальной задачей, стоящей перед проектировщиками и эксплуатационниками электроприводами дутьевых вентиляторов, поскольку во время пуска АД наблюдается скачок изменения пускового тока в несколько раз по сравнению с номинальным его значением. При значительном времени периода пуска можно наблюдать перегрев обмотки статора, что может привести к выходу из строя изоляции обмотки статора [2, 4].

При пуске АД с к. з. по возможности должны удовлетворяться основные требования: процесс пуска должен осуществляться без сложных пусковых устройств; пусковой момент должен быть достаточно большим, а пусковые токи — по возможности малыми. Иногда к этим требованиям добавляют и другие, обусловленные особенностями конкретных приводов, в которых используют двигатели: необходимость плавного пуска, максимального пускового момента и пр.

Прямой пуск. Этот способ применяют для пуска АД с к. р. Двигатели этого типа обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети, возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины.

В АД с к. з. L/R (где L-индуктивность и R-активное сопротивление обмотки статора) сравнительно мало, поэтому переходный процесс в момент включения характеризуется весьма быстрым затуханием свободного тока. Это позволяет пренебречь свободным током и учитывать только установившееся значение тока переходного процесса.

Пуск при пониженном напряжении. Такой пуск применяют для АД с к. з. большой мощности, а также для двигателей средней мощности при недостаточно мощных электрических сетях. Понижение напряжения может осуществляться следующими путями:

а. переключением обмотки статора с помощью переключателя с нормальной схемы Δ на пусковую схему Y. При этом напряжение, подаваемое на фазы обмотки статора, уменьшается в √3 раз, что обусловливает уменьшение фазных токов в √3 раз и линейных токов в 3 раза. По окончании процесса пуска и разгона двигателя до номинальной частоты вращения обмотку статора переключают обратно на нормальную схему;

б. включением в цепь обмотки статора на период пуска добавочных активных (резисторов) или реактивных (реакторов) сопротивлений.

При этом на указанных сопротивлениях создается некоторое падение напряжения ΔU_ДОБ, пропорциональное пусковому току, вследствие чего к обмотке статора подается пониженное напряжение. По мере разгона двигателя снижается ЭДС Е_2S, индуцированная в обмотке ротора, а, следовательно, и пусковой ток. В результате уменьшается падение напряжения ΔU_ДОБ на указанных сопротивлениях и автоматически возрастает приложенное к двигателю напряжение. После окончания разгона добавочные резисторы или реакторы замыкаются накоротко.

в. подключением двигателя к сети через понижающий автотрансформатор АТр, который может иметь несколько ступеней, переключаемых в процессе пуска соответствующей аппаратурой.

Недостатком указанных методов пуска путем понижения напряжения является значительное уменьшение пускового и максимального моментов двигателя, которые пропорциональны квадрату приложенного напряжения, поэтому их можно использовать только при пуске двигателей без нагрузки.

Из приложенных способов пуска частотно-регулируемого АД является понижение подаваемого напряжения в статорную обмотку при постоянстве ее частоты, равной номинальному его значению, так как на выходе в частотно-регулируемом преобразователе частоты напряжения и частота отдельно и независимо регулируются. Для пуска вхолостую АД с регулируемой частотой дутьевого вентилятора выбираем последний способ пуска, то есть при постоянстве частоты и регулируемого значения на выходе управляемого выпрямителя .

Определим потери мощности АД дутьевого вентилятора для номинального режима. Номинальные технические параметры АД дутьевого вентилятора типа 4А355М6У3 имеют следующие значения: мощность Р_Н = 200 кВт, n_H = 990 об/мин., номинальное напряжение U_Н = 220/380 В, номинальное значение скольжения s_Н = 0,018, КПД = 94 %, коэффициент мощности 0,9, b_max = 1,9, b_пуск = 1,0, пусковой ток I_пуск = 7*I_Н.

Принимаем добавочные потери в статоре и механические потери равными:

Определим значения тока статора для номинального режима работы асинхроного двигателя

Приведенный ток ротора примерно равен на

.

Определим потери в обмотке статора

Определим потери в стали статора

Определим из уравнения движения электропривода время разгона асинхронного двигателя, необходимое для достижения номинальной угловой скорости, при избыточном моменте, равном номинальному:

где время ускорения агрегата, равное времени изменения скольжения на единицу под действием неизменного избыточного момента, равного номинальному, момент инерции электропривода дутьевого вентилятора.

Определим потерии энергии в обмотке статора во время прямого пуска при номинальном значении напряжения асинхронного двигателя дутьевого вентилятора

Определим потери мощности АД дутьевого вентилятора для значения напряжения статорной обмотки . Поскольку развиваемый момент прямо пропорционально квадрату напряжения, можно определить электромагнитный момент и механическую мощность АД следующими формулами:

,

Суммарные потери мощности АД определим по формуле

Принимаем добавочные потери в статоре и механические потери равными

Определим значения тока статора для номинального режима работы асинхроного двигателя

Приведенный ток ротора примерно равен на

.

Определим потери в обмотке статора

Определим потери в роторе

Определим потери в стали статора

Определим из уравнения движения электропривода время разгона асинхронного двигателя при избыточном моменте, необходимое для достижения номинальной угловой скорости, при напряжении в статоре, равном 0,8U_н:

Определим потерии энергии в обмотке статора во время прямого пуска при номинальном значении напряжения асинхронного двигателя дутьевого вентилятора

На рис. 1 представлены кривые тока статора асинхронного двигателя 4А355М6У3 при различных значениях напряжения статора, рассчитанные по методике [3].

Таким образом, при пуске АД дутьевого вентилятора для номинального значения напряжения и для напряжения соответственно имеют следующие значенияи , то есть пусковой ток уменьшается на .

Литература:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Тахиаташ.
2. Ҳошимов О. О., Имомназаров А. Т. Электр юритма асослари. 1 — қисм Олий ўқув юртлари учун ўқув қўлланма. — Тошкент: ТДТУ, 2004. — 194 б.
3. Браславский И. Я., Ишматов З.Ш., Поляков В. Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. — Москва, ACADEMA, 2004. — 280 c.