Расчет и анализ самозапуска двигателей механизмов собственных нужд

Расчет и анализ самозапуска двигателей механизмов собственных нужд

1.  Задание

1.  Построить моментную характеристику двигателя по каталожным данным.        

2.  Построить моментную характеристику ведущего механизма заданного типа.

3.  Провести расчет выбега двигателя с механизмом при перерыве    

электропитания.

4.  Провести расчет самозапуска двигателя собственных нужд

5.  Определить  время самозапуска двигателя.

6.   Определить температуру нагрева обмоток статора и ротора двигателя во время процесса самозапуска. 

2.  Исходные данные

Задан двигатель для циркуляционного насоса,  тип двигателя

4АЗМ-2000/6000-УХЛ4.           

Основные параметры двигателя сведены в таблицу 1.           

Таблица 1.

Параметр	Каталожные данные
Номинальное напряжение
Номинальная мощность
Синхронная скорость
Номинальное скольжение
КПД
Коэффициент мощности
Кратность максимального момента
Кратность пускового момента
Допустимый момент инерции механизма
Кратность пускового тока

3.  Построение моментных характеристик двигателя и механизма заданного типа

         Моментную характеристику электродвигателя можно построить по каталожным данным. Из каталога известны пять точек моментной характеристики двигателя:`

ü при     

ü при     

где - критическое скольжение, которое можно определить по номинальному скольжению по формуле:

.

ü при     

ü при     

ü при     

Зависимость момента вращения двигателя  от скольжения.

Таблица 2.

	0	0.009	0.031	0.5	1
	0	1	1.9	0.847	0.77

Характеристика механизма выражается следующей формулой:

                                               

Где коэффициент загрузки, равный рабочему моменту механизма;

скольжение, в относительных единицах;

показатель степени, характеризующий тип механизма.

Зависимость момента сопротивления механизма от скольжения.

Таблица 3.

	0	0.0001	0.003	0.005	0.009	0.031	0.1	0.3	0.5	0.7	0.9	1
	0.77	0.769	0.765	0.762	0.756	0.723	0.623	0.377	0.92	0.069	0.007	0

Рис.1 Характеристики момента вращения двигателя и момента сопротивления механизма.

4.  Расчет выбега электродвигателя

Задача расчета – определение скорости (или скольжения) в конце заданного времени перерыва питания. Это и будет начальной скоростью для последующего процесса самозапуска после восстановления нормального электропитания двигателя.

         Процесс выбега во времени в случае, когда напряжение на двигателе  равно нулю, выражается уравнением движения:

Где  Т_j – механическая постоянная двигателя с механизмом, которая определяется по каталожным данным следующим образом:

Где момент инерции агрегата, равный сумме момента инерции двигателя и приведенного к валу двигателя момента инерции механизма. В данном случае, момент инерции агрегата равен допустимому моменту инерции механизма:

.

Определим номинальную скорость вращения:

Определим механическую постоянную двигателя с механизмом:

Построим кривую выбега агрегата, используя следующую зависимость:

Зависимость скорости  вращения агрегата от времени перерыва питания.

Таблица 4.

	0	1	2	3	4	5	6	7	8
,о.е.	0.991	0.989	0.986	0.984	0.982	0.980	0.978	0.975	0.973

Рис.2 Кривая выбега двигателя.

Примем время перерыва питания – 5 секунд.

За это время скорость вращения снизится до величины 0,980 о.е. Следовательно, скольжение самозапуска составит:

5.  Расчет самозапуска электродвигателя

          Процесс самозапуска заключается в том, что при аварийном перерыве питания группы двигателей, подключенных к одной секции,  происходит их групповой выбег, а затем, после восстановления питания, - одновременный разворот всех двигателей.

При выбеге большинство двигателей увеличивают свое скольжение сверх критического, при развороте двигатели потребляют токи, близкие к пусковым. Напряжение на зажимах двигателя снижется до  уровня , а их разворот длится значительно дольше, чем при нормальном пуске отдельных двигателей.

         В данной работе для заданной группы двигателей выбирается ведущий, наиболее мощный, разворот которого определяет самозапуск всей группы. В данном случае таким будет двигатель циркуляционный насос.

         Определение напряжения на шинах при самозапуске определяется по суммарной пусковой мощности:

Где ,-номинальное значение мощности (МВА) и индуктивное сопротивление питающего трансформатора в относительных единицах.

Тип трансформатора собственных нужд ТРДНС-16/20

Номинальная мощность питающего трансформатора:

Напряжение короткого замыкания:  

Индуктивное сопротивление трансформатора:

- напряжение питающей сети, приведенное к номинальному напряжению двигателя.

-суммарная пусковая мощность, подключенная к трансформатору при самозапуске.

          Суммарная пусковая мощность зависит от кратности пускового тока, который по мере разворота двигателей уменьшится, а напряжение на зажимах увеличится.

        Принимая средний пусковой ток всех самозапускающихся двигателей равным пусковому току ведущего двигателя, имеем:

Где мощность нагрузки секции, равная нагрузке собственных нужд блока.

Тогда,

при

        Принимая  для практических расчетов, что при достижении критического скольжения пусковой ток уменьшается в  раз, получим:

при

       Зная напряжение самозапуска в начале моментной характеристики () и при критическом скольжении , можно построить моментную характеристику двигателя с учетом изменения напряжения используя формулу:

Где момент двигателя при номинальном напряжении;

соответствующее напряжение на двигателе в относительных единицах.

ü   при .Тогда,

           

ü при   .Тогда,

           

Рис.3.Моментные характеристики двигателя без изменения напряжения

и с учетом изменения напряжения.

         По заданному времени перерыва питания из кривой выбега (рис.2) определяем скольжение ведущего двигателя в начале самозапуска:

Напряжение в начале самозапуска определим по формуле:

Где момент вращения с учетом уменьшения напряжения при скольжении начала самозапуска;

момент вращения при номинальном напряжении, соответствующий скольжению начала самозапуска.

Тогда,

ü        при ;

ü    при

Тогда, начальное напряжение на двигателе при включении питания, после перерыва в течение 5 секунд, будет равно:

Считается, что самозапуск группы двигателей пройдет успешно при  ,  что в данном случае соблюдается, поскольку

Однако, окончательный вывод об успешности самозапуска можно сделать, определив время.

6.  Расчёт времени самозапуска электродвигателя

          Для определения времени разворота двигателя с механизмом необходимо построить зависимость динамического момента двигателя от скольжения как разность момента вращения двигателя с учетом снижения напряжения при скольжении начала самозапуска и момент сопротивления механизма:

.

Рис.4 .Зависимость динамического момента от скольжения.