Abstract

Abstract

Представлены рабочие характеристики асинхронных двигателей мощностью 110 кВт электропривода вентилятора ВМЭ-12, полученные в результате их электромагнитного расчета на номинальные напряжения 660, 1140, 6000 В. Приведена математическая модель электротехнического комплекса «источник напряжения – кабельная линия – асинхронный двигатель», реализованная в среде Simulink, на которой исследовались переходные пусковые режимы двигателей. Сравнительный анализ рабочих характеристик и переходных

Full Text

В настоящее время в энергетике наметилась определенная тенденция в создании и использовании потребителей электрической энергии с повышенным уровнем питающего напряжения. При увеличении уровня питающего напряжения уменьшается ток, протекающий по линии электропередачи, следовательно, может быть увеличена токовая нагрузка в линии. В соответствии с ГОСТ 13109-99 падение напряжения в линии электропередачи не должно превышать 5 %. С ростом уровня напряжения и уменьшением тока падение напряжения в линии при неизменной её длине уменьшается, поэтому при росте уровня напряжения одну и ту же мощность можно передать на значительно большее расстояние. Во многих зарубежных странах при увеличении единичной и суммарной мощностей электродвигателей и при необходимости обеспечения их паспортной производительности осуществляется перевод участковых электрических сетей с напряжения 660–1140 В на уровень номинального напряжения 6 кВ. В технических данных двигателя вентилятора ВМЭ-12 указана возможность его работы при уровнях напряжения 660 В и 1140 В. Уровень напряжения 6000 В рассмотрен в связи с тем, что при его использовании из схемы электроснабжения исключается понижающий трансформатор с первичным напряжением 6 кВ. Это может значительно снизить капитальные затраты на электроустановку. На рис. 1 приведены рабочие характеристики трех двигателей с различным уровнем номинального напряжения, полученные в результате их электромагнитного расчета. Из рабочих характеристик видно, что двигатель с номинальным напряжением 6000 В обладает наибольшими коэффициентом мощности и КПД и наименьшим током статора. Исследование переходных пусковых режимов проведено с целью получения пусковых моментов и токов, а также времени пуска двигателя. Математическая модель (см. рис. 1) рабочих характеристик двигателей с различным питающим напряжением электротехнического комплекса «Источник напряжения – кабельная линия – асинхронный двигатель» создана в среде SIMULINK в системе координат α, β. Моделирование переходных процессов проведено в относительных единицах, где за базовые взяты соответствующие величины асинхронного двигателя [2]. В качестве двигательной нагрузки рассмотрен асинхронный электродвигатель марки ВРМ-280. а б в Рис. 1. Рабочие характеристики двигателей с различным питающем напряжением: ; ; Была сформирована математическая модель асинхронного двигателя с нагрузкой, кабельной линией и источником напряжения. Математическая модель составлена на основании: а) дифференциальных уравнений, описывающих электромеханические процессы в двигателе: dY1a = u1a – rсσ i 1a; dY1b = u1b – rсσ i 1b; dY2 a = – w Y2 b – rrσ ·i 2 a dY2 b = w Y2 a – rrσ i 2 b; dw = ( m – m c ) / Tm; б) алгебраических уравнений, описывающих электромагнитные связи в обмотках: Y1 a = (xcσ + Х m ) · i 1a + Х m · i 2 a; Y1 b = (xcσ + Х m ) · i 1b + Х m · i 2 b; Y2 a = (xrσ + Х m ) · i 2 a + Х m · i 1a; Y2 b = (xrσ + Х m ) · i 2 b + Х m · i 1b; в) уравнения напряжений линии электропередачи: u1a = uaи – r1 i 1a – х1 di 1a / dt; u1b = ubи – r1 i 1b – х1 di 1b / dt, где Y1a, Y1b, Y2a, Y2b, i1α, i1β, i2α, i2β – составляющие потокосцепления и токи статора и ротора по осям α и β; ω – частота вращения ротора; rсσ, rrσ, xcσ, xrσ – активные и индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора и ротора; m – электромагнитный момент двигателя, m = Y1 a· i1b – Y1β· i1α; mc – вентиляторный момент сопротивления, mc = mc0+(mcк – mc0)·ω2; Tm – электромеханическая постоянная привода; uαи, uβи, u1α, u1β – составляющие напряжения источника и двигателя по осям α и β; Для линии электропередачи выбран силовой бронированный шахтный кабель СБШВ-6. Выбор марки кабеля производился по допустимой потере напряжения в конце линии, равной величине 5 % от номинального напряжения (6 кВ), при длине линии 100 м. Активное и индуктивное сопротивления такого кабеля в относительных единицах имеют следующие величины: r1 = 0,052 о.е., x1 = 0,0087 о.е. В качестве примера на рис. 2 приведены временные зависимости модуля результирующего тока статора, электромагнитного момента и частоты вращения ротора асинхронного двигателя с Uном = 660 В при его пуске. Рис. 2. Временные зависимости модуля результирующего тока статора, электромагнитного момента и частоты вращения ротора В таблице представлены численные значения основных величин, характеризующих переходные процессы при пуске асинхронного двигателя с разным уровнем питающего напряжения. Основные величины, характеризующие переходные процессы при пуске асинхронного двигателя Наименование величиныРасчетное значение при Uном, В 66011406000 Ударный ток при пуске (А)474,2625053,47 Ударный момент при пуске (о.е.)1,3771,3261,439 Критический момент (о.е.)1,331,111,21 Напряжения на двигателе при пуске (о.е.)1,0381,0451,049 Время пуска (с)2,42,231,67 КПД двигателя 0,940,940,96 КПД электротехнического комплекса в целом0,930,930,95 Сравнительный анализ рабочих и пусковых характеристик асинхронных двигателей мощностью 110 кВт с разным уровнем номинальных напряжений (660, 1140, 6000 В) показал, что для вентилятора ВМЭ-12 лучшими показателями обладает двигатель с номинальным напряжением 6000 В.