Аналіз факторів, що впливають на стійкість синхронного двигуна

аналіз факторів, що впливають на стійкість синхронного двигуна

, асп., , асп.

Кременчуцький національний університет ім. М. Остроградського

в, 39600, м. Кременчук, Україна, e-mail: [e-mail]

в, 39600, м. Кременчук, Україна, e-mail: [e-mail]

Вступ. Робота синхронних двигунів (СД) одноковшових екскаваторів характеризується значними змінами реактивної потужності, яка генерується від середнього до максимального рівня, що при відсутності достатньої кількості споживачів реактивної потужності на лінії і дефіциту реактивної потужності у вузлі навантаження призводить до її перетоку в системі електропостачання підприємства і збільшує втрати активної потужності і енергії [1].

Зміна струму збудження СД екскаваторів від максимального до мінімального допустимого дозволяє використовувати його в якості регулятора реактивної потужності для підтримки раціональних режимів компенсації реактивної потужності у вузлах навантаження. Однак різкозмінний характер навантаження СД створює умови випадіння машини із синхронізму.

Обов’язковою умовою регулювання реактивної потужності є збереження динамічної стійкості як при зміні струму збудження і коефіцієнту завантаження навантаження, так і при короткочасних порушеннях електропостачання [2].

Мета роботи. Визначення факторів, що впливають на статичну та динамічну стійкість синхронного двигуна електротехнічного комплексу екскаватора ЕКГ-8І.

Матеріал і результати дослідження. Сталий режим СД завжди супроводжується малою зміною напруги мережі, напруги збудження або зовнішнього моменту. Ці зміни обумовлюють порушення сталого режиму, в результаті якого виникає перехідний процес, що закінчується або новим сталим режимом (), або кут безперервно змінюється, і нормальна робота синхронної машини стає неможливою. При великих і різких збуреннях (значні перевантаження, короткі замикання в мережі та ін.), стійкість роботи залежить як від величини збурення і його тривалості, так і від параметрів режиму СД, значення його попереднього навантаження й інших умов (рис. 1). У більшості випадків при таких збуреннях виникають коливання (хитання) ротора з великою амплітудою [2]. Нерідко виникаючий при таких збуреннях режим роботи є нестійким і двигун випадає із синхронізму.

Рисунок 1 – Коливання активної потужності при різних значення струму збудження СД

Саме в режимах різкозмінного навантаження працює СД екскаватора ЕКГ-8І, тому відповідно керуючий вплив на струм збудження повинен враховувати такий характер навантаження. Таким чином виділяється три фактори: коливання напруги мережі, величина струму збудження та момент на валу двигуна.

Характеристика потужності двигуна без урахування вищих гармонік має синусоїдальний характер [3, 4] (крива 1 на рис.2). При зменшенні напруги робоча точка переміщається на характеристику потужності, відповідну новому режиму (точка на характеристиці 2, рис.2), створюючи надлишковий гальмівний момент . Кут починає збільшуватися, а гальмівний момент зменшується і стає рівним нулю в точці .

Кінетична енергія, запасена ротором двигуна, при його русі від точки до точки (величина її пропорційна площі ), не дозволить ротору зупинитися в точці нової стійкої рівноваги . Кут буде збільшуватися до тих пір, поки площа не стане рівної площі .Точка відповідає максимальному куту відхилення осі ротора від свого початкового положення ().У точці швидкість обертання ротора стає рівною синхронній, але, оскільки на вал двигуна діє надлишковий прискорюючий момент, ротор починає рухатись в напрямку точки [4].

Розглянуте зниження напруги (характеристика 2) не порушує стійкості двигуна, і він може нормально працювати при зниженій напрузі (з меншим запасом статичної стійкості). Якщо характеристика потужності розташовується так, що максимальний кут відхилення ротора перевищує критичне значення (характеристика 3), на валу двигуна виникає гальмівний надлишковий момент і його стійкість порушується. У цьому випадку для збереження стійкості необхідно відновлення напруги на затискачах двигуна в який-небудь момент часу, відповідний куту . Граничне значення кута , при якому відновлення колишнього значення напруги забезпечить збереження динамічної стійкості, визначиться з рівності площ , або

(1)

Аналогічним образом описується режим роботи синхронного двигуна при зміні навантаження на валу. Граничне значення кута може бути знайдено з рівності , або:

(2)

Рисунок 2 – Аналіз динамічної стійкості синхронного двигуна: а) зниження напруги (характеристики моменту (крива 1) і потужності (криві 2,3)); б) Збільшення механічного навантаження.

На динамічну стійкість синхронної машини великий вплив виявляє струм збудження та характер його регулювання (рис. 3). При збільшенні струму збудження площа прискорення зменшується на величину , а площа гальмування зростає на величину . [4, 5].

Час, протягом якого ротор двигуна досягне кута , визначається із залежності , яка в свою чергу виходить в результаті рішення рівняння руху ротора.

Визначивши графічним методом граничний кут відновлення , знаходять відповідний йому граничний час . Якщо залежність має наростаючий характер, то двигун нестійкий. Якщо ця залежність відображає затухаючі коливання (рис. 3), то двигун зберігає стійкий режим роботи [3].

Висновки. Аналіз факторів показав, що зміна параметрів двигуна призводить до появи нового режиму роботи, зменшуючи або збільшуючи запас статичної та динамічної стійкості. Дослідження методом площ показує, що для збереження стійкості СД, площа гальмування обов’язково має бути більше або дорівнювати площі прискорення, але за умов різкозмінного характеру навантаження використання методу неможливе.

Регулювання струму збудження дозволяє компенсувати зниження напруги двигуна та коливання механічного моменту на валу, підтримуючи заданий рівень реактивної потужності, змінюючи при цьому межі стійкості СД.

література

1. , Войтюк електроспоживання гірничих машин і технологічних властивостей гірських порід. – УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2009. – 81с.

2. , Режими работы, релейная защита и автоматика синхронных электродвигателей. – М.: «Энергия», 1977. – 216 с.

3. , Переходные процессы в электрических системах: Учеб. пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. – 283 с.

4. , Электрические машины: Учебн. пособие. Л.: Энергия, 19с.

5. , Устойчивость электроэнергетических систем. – Минск: Техноперспектива, 2008. – 375 с.

Д. В. Слободенюк, Аналіз факторів, що впливають на стійкість синхронного двигуна. Електромеханічні та енергетичні системи, методи моделювання та оптимізації. Збірник наукових праць XІ Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених і спеціалістів у місті Кременчук 9–11 квітня 2013 р. – Кременчук: КрНУ, 2013. – С. хх–хх. Проаналізовано фактори, які впливають на статичну та динамічну стійкість синхронного двигуна електротехнічного комплексу екскаватора при роботі в режимі різко змінного навантаження.

D. Slobodenyuk, V. Kachalka Analysis of factors that affect the stability of synchronous motor. Electromechanical and energy systems, modeling and optimization methods. The 11th International conference of students and young researchers in Kremenchuk april 9–11, 2013. – Kremenchuk: КrNU, 2013. – P. ХХ–ХХ. Analysed factors which influence on static and dynamic stability of synchronous engine of electrotechnical complex of excavator during work in the mode sharply variable loading.