Оптимизация пуска двигателя большой мощности компрессора

ВВЕДЕНИЕ 7
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ТЕМЫ РАБОТЫ 10
1.1 Анализ работы синхронных привода компрессоров при нарушениях питания 10
1.2 Анализ методов разгона синхронных двигателей 11
1.3 Способы синхронизации синхронного двигателя 19
1.4 Анализ причин отказа синхронных двигателей 24
1.5 Выводы по главе и постановка задач исследования 31
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ЗАПУСКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ 32
2.1 Исследование пусковых режимов синхронных приводов 32
2.2 Анализ методов оптимального управления возбуждением синхронного двигателя 32
2.3 Реализация методов обеспечения пуска и синхронизма двигателя под нагрузкой 36
2.4 Выводы по главе и выбор метода пуска 40
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАПУСКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПРИВОДА КОМПРЕССОРА 50
3.1 Построение модели электропривода в среде MatLab в приложении Simulink 50
3.2 Влияние тока возбуждения на пусковой момент и время разгона 50
3.3 Исследование нагрева обмоток электродвигателя в процессе пуска 54
3.4 Влияние тока возбуждения на динамику привода компрессорных установок большой мощности в разных режимах 54
3.5. Выбор и обоснование критерия оптимизации 57
3.6 Выбор законов изменения тока возбуждения для оптимальных режимов запуска двигателя большой мощности 58
3.7 Выводы по главе 60
4 ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЗАПУСКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ 62
4.1 Исследование и реализация схем возбудителей 62
4.2 Оценка динамики привода компрессорных установок большой мощности с выбранной пускорегулирующей аппаратурой 67
4.3 Устройство запуска синхронного двигателя от компрессора 67
4.4 Автоматическое управление синхронными электроприводами 68
4.5 Выводы по главе 69
5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МОДЕРНИЗАЦИИ 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 90
ПРИЛОЖЕНИЕ А 93
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 94
ПРИЛОЖЕНИЕ В 95
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 96

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность работы. Самым тяжелым режимом работы электродвигателя является пуск. При подаче питания ротор неподвижен, скольжение ротора максимальное, в первые мгновения в роторных обмотках наводится максимальная ЭДС и протекает пусковой ток […]. В зависимости от мощности, исполнения электродвигателя и характеристик приводного механизма кратность пускового тока достигает 7. Тепловая мощность пропорциональна квадрату тока. Повышенный ток приводит к быстрому нагреву токоведущих частей, температура обмоточного провода повышается. Появляется опасность перегрева обмоточного провода, пробоя изоляции и короткого замыкания.
Вторым по важности фактором является время разгона ротора до номинальной частоты вращения. При жесткой связи вала ротора с механизмом момент инерции ротора и привода тормозит разгон двигателя. В течение всего времени разгона пусковой ток снижается, но все равно превышает ток в номинальном режиме […]. Выделяющееся количество теплоты зависит от тока в квадрате и времени пуска. Для облегчения запуска и сокращения времени в двигателях большой мощности применяют муфты или редукторы.
Повышенный пусковой ток и длительное время пуска приводят к нагреву обмоток и сердечников электродвигателя. Наиболее частой причиной выхода из строя обмоток статора и разрушения изоляции проводов обмотки является превышение допустимой температуры. В зависимости от класса термостойкости для лаковой изоляции проводов обмотки допускаемая температура составляет от 105 до 160°С [….].
Преимущественно обмотки двигателей сгорают именно на пусковых режимах, когда сила тока максимальна. Если речь идет о небольших компрессорах, мощностью в несколько киловатт, то с этим можно как-то смириться (быстрая замена в случае поломки, низкая цена, небольшие значения токов), но для компрессоров большой производительности это является недопустимым. Для этого в них необходимо обеспечить быстрый выход на режим и уменьшить величину пускового тока.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Анализ состояния темы работы
1.1 Анализ работы синхронных двигателей привода компрессоров при нарушениях питания

Условия, которые имеют место при самозапуске СД под нагрузкой, близкой к номинальной, существенно отличаются от названных. Так как синхронизация СД под нагрузкой невозможна из-за неблагоприятной асинхронной характеристики, то, применяя способы повышения электромагнитного момента, двигатель разгоняют до скольжений меньших критического. В этом случае в момент подачи в обмотку напряжения возбуждения тормозной момент превышает асинхронный момент СД с короткозамкнутой обмоткой возбуждения. Тогда определяющим является синхронный момент, который в отличие от асинхронного зависит от углового положения ротора […]. Поэтому, при подаче возбуждения в неблагоприятный по углу о момент времени двигатель в синхронизм не входит […].
На необходимость учета углового положения ротора в момент подачи возбуждения на синхронизацию указано многими исследователями в своих работах […..], причем что отмечено, что с увеличением активного сопротивления статорных цепей, постоянных времени привода и обмотки возбуждения роль углового положения ротора возрастает. Подача форсированного возбуждения с учетом положения ротора сопровождается повышением момента при входе в синхронизм примерно на 15% [….], а также позволяет синхронизировать СД при форсированном возбуждении не менее 2 о,е. со скольжений в 1,5-З раза превышающих критическое [….].
В некоторых типах серийно выпускаемых возбудителей предусматривается подача возбуждения с учетом углового положения ротора [….] . Возбуждение подается при угле 8, когда ток возбуждения обращается в нуль, чему соответствует 6 0. По способу, изложенному в [….], возбуждение на синхронизацию под нагрузкой следует подавать в момент совпадения полей статора и ротора – при 9 = 0.
Влияние угла 0 в момент подачи возбуждения на процесс и успешность втягивания двигателя в синхронизм проанализировано в работе […]. Установлено, что оптимально возбуждение должно быть подано либо с упреждением при 8=270-5-300, либо с запаздыванием на 40+70, а угол 9=0 не является оптимальным для ресинхронизации. Эти результаты получены для случая ресинхронизации СД после его разгона с пусковым сопротивлением методом, включающим расчет по полным уравнениям Парка-Горева моментов и токов в процессе синхронизации и выявление закономерностей их изменения при вариациях угла 9 подачи возбуждения и кратности форсировки возбуждения. Такой метод по своей сути сложен для использования его в инженерной практике.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Российская Федерация. Законы. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: Федеральный закон № 261-ФЗ: [принят Государственной Думой 11 ноября 2009 года: одобрен Советом Федерации 18 ноября 2009 года]. – Москва: Проспект, 2009. – 53 с.
4. нередко ГОСТ 32144 – 2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – Москва: Стандартинформ, 2014.- 19 с.
9. Герасимов, А. И., Регеда, В. В., Регеда О. Н., Моделирование в среде MATLAB-Simulink: методические указания к лабораторным работам / А. И. Герасимов, В. В. Регеда, О.Н. Регеда – Пенза: Изд-во ПГУ, 2017. – 101 с.
16. Online Electric: База данных по электрическим сетям и электрооборудованию: [сайт]. – https://www.online-electric.ru/dbase.php (дата обращения: 05.10.2022).

Пуск асинхронного двигателя. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
https://electrono.ru/elektricheskie-mashiny/pusk-asinxronnogo-dvigatelya.
2. ГОСТ 28327-89 Машины электрические вращающиеся. Пусковые характеристики односкоростных трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором напряжением до 660В включительно. – М: Изд-во Госстандарт, 1993.

Весь текст будет доступен после покупки