АНАЛИЗ ПУСКА СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ВЫСОКОМ УРОВНЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК

В последнее время на промышленных предприятиях все больше и больше используется преобразовательная техника с полупроводниковыми элементами, влияющими на качество электроэнергии.Еще одной причиной снижения качества электроэнергии является старение действующего оборудования, приводящее к изменению его характеристик, что влияет на форму потребляемого тока. При этом в сетях возникают гармонические составляющие, которые негативно влияют на все электрооборудование, подключенное к сети.

В работе выполнен анализ пуска синхронного двигателя СДКП2-18-41-16 с поршневым компрессором 4М16-22,4/23-64 и системой возбуждения Ex-Sr-315-115 на одном из предприятий г. Салават Республики Башкортостан. Возбудитель статический Ex-Sr-315-115 (в дальнейшем «возбудитель») предназначен для питания автоматически регулируемым током обмотки возбуждения синхронного двигателя во всех эксплуатационных режимах. Возбудитель выполняет также функции защит и сигнализации [2, с. 3]. Схемой электроснабжения предусмотрен прямой пуск двигателя.

При пуске СД часто возникали проблемы с подачей возбуждения на двигатель. Возбудительное устройство при пуске не подавало возбуждение на двигатель, выдавало ошибку «затяжной пуск», двигатель отключался по данной неисправности. В памяти блока управления ТВУ фиксировалась причина неудачного пуска, а именно скольжение было 12,5  %.Для успешного пуска двигатель должен разогнаться до величины скольжения в 5  %.

Для решения проблемы было проведено исследование, позволившее установить причину выдачи ложного скольжения равного 12,5  %.

Производился замер частоты вращения ротора двигателя оптическим датчиком, при этом оптический датчик регистрировал частоту вращения ротора 375 об/мин, что соответствует синхронной скорости СД, а в это время система возбуждения регистрировала скольжение 12,5  %, что соответствует 330 об/мин.

Частота f₂ ЭДС взаимной индукции, токов и других величин в фазах ротора определяется угловой скоростью поля по отношению к ротору [1, с. 493].

                                          (1)

Система возбуждения вычисляет величину скольжения исходя из частоты тока, которую регистрирует датчик тока, стоящий в цепи обмотки возбуждения СДпо формуле (2),

                                                                    (2)

где: f1 — частота тока статора, 50 Гц;

f2 — частота тока ротора при пуске.

На рисунке 1 показана осциллограмма тока ротора при пуске. Из осциллограммы видно, что частота при пуске изменяется от значения 50 Гц до 5 Гц, после чего подается возбуждение и двигатель втягивается в синхронизм.

Рисунок 1. Ток пускового резистора при успешном пуске (скольжение)

По системе АСКУЭ «Нева» были обнаружены гармонические составляющие тока на подстанции, питающей данный двигатель. На рисунке 2изображены мгновенные значения гармоник тока,i₃=17,6 %, i₅=4,1 %, i₇=18 %, i₉=5,8 %,i₁₁=19,4 %,i₁₃=3,6 %.Из осциллограммы видно, что гармонические составляющие тока сильно завышены и форма тока несинусоидальная.

Рисунок 2. График формы тока и высших гармоник на вводе с шин распределительной трансформаторной подстанции

Рассмотрим влияние высших гармоник на СД.

Определим частоту тока в роторе при частоте сети 50 Гц и скольжении 5 %

,

при этом датчик тока регистрирует данную частоту тока ротора в 2,5 Гц и выдает за скольжение равное 5 %.

В нашем случае присутствует третья гармоника с частотой тока 150 Гц.

Определим частоту тока в роторе при наличии третьей гармоники

где: f₁⁽³⁾ — частота тока третьей гармоники.

Следовательно, при наличии третьей гармоники, регистрируемая частота тока в роторе будет больше частоты втягивания в синхронизм в 3 раза.

Определим скольжение, которое определяет система возбуждения при наличии третьей гармоники

что в три раза больше скольжения 0,05, позволяющего подачу возбуждения.

Так же было замечено, что СД удачно пускался в моменты когда, гармонический фон в данной сети был низок, и совсем не пускался, когда был пик несинусоидального напряжения.

Для подтверждения данных исследований и восстановления временной работоспособности были произведены изменения в схеме системы возбуждения. Сигнал с датчика тока отсоединили через 12 секунд после начала пуска. Данного времени достаточно, чтобы синхронный двигатель разогнался до подсинхронной скорости, затем через 8 секунд опять присоединили.

Рисунок 3. Схема измерения тока с внесенными изменениями

Реле Q1 притягивается в момент включения высоковольтной ячейки, запускают реле времени КТ2, реле КТ2 с выдержкой времени в 12 секунд разрывает сигнал с датчика тока, тем самым имитирует сигнал скольжения, равный нулю, и в этот момент возбудитель подает возбуждение, затем с выдержкой времени 20 секунд выключает реле КТ3 и восстанавливает схему датчика тока. Восстановление схемы датчика тока необходимо для нормальной работы защит.

Проведенный анализ позволил сделать вывод о том, что при проектировании систем возбуждения необходимо учитывать данный фактор и дополнительно вносить в систему управления алгоритм запуска по окончанию переходного процесса в роторе и снижению тока статора при пуске. На предприятии данный алгоритм был реализован проектировщиком на данной системе возбуждения по заявке потребителя.

Список литературы:

1. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: учебник для вузов. В двух томах. Том 1/ А.В. Иванов-Смоленский — 3-е изд., стереот. — М.: Издательский дом МЭИ, 2006. — 652 с.
2. Руководство по эксплуатации. Возбудитель статический Ex-Sr-315-115. ЗАО «ЭНЕРГОКОМПЛЕКТ», 2003. — 34 с.