Групповой выбег происходит при одновременном отключении нескольких двигателей, питающихся от одной и той же подстанции или источника питания промышленного предприятия. При групповом выбеге во время нарушения электроснабжения электродвигатели электрически связаны друг с другом через общие шины, отключенные от сети. Двигатели, имеющие больший запас кинетической энергии, переходят в генераторный режим работы и имеют дополнительный тормозной момент по сравнению со свободным выбегом. Двигатели с меньшим запасом кинетической энергии получают дополнительный двигательный момент (за счет подпитки от первой группы машин). На общих шинах имеется напряжение, величина и частота которого уменьшаются по мере уменьшения скорости вращения двигателей. В пределах условий, обеспечивающих необходимую устойчивость, выбег всех агрегатов в первое время происходит по одному закону с общим значением величины τ?·. Практика показывает, что устойчивость при групповом выбеге обеспечивается достаточно долго, если сопротивление сети, соединяющей двигатели, невелико (нет реакторов и трансформаторов). С уменьшением напряжения синхронный выбег нарушается и при напряжении примерно 0,25 полностью прекращается и дальше идет как индивидуальный для каждого двигателя.
Может быть несколько вариантов группового выбега. Наиболее простой из них — выбег одинаковых двигателей с одинаковыми агрегатами. В частности, такой случай имеет место при отключении секции подстанции насосной или компрессорной станции с однотипными агрегатами. Здесь групповой выбег происходит так же, как и при индивидуальном выбеге каждого агрегата.
Несколько сложнее групповой выбег агрегатов с одинаковым характером механических характеристик (например, все механизмы со статическим моментом, не зависящим от угловой скорости, или момент сопротивления всех механизмов пропорционален квадрату скорости), но различных по мощности, нагрузке и моменту инерции. В этом случае вид уравнения выбега не изменится по сравнению с одиночным выбегом, но изменится величина τ, которая станет одинаковой для всех агрегатов. В соответствии с формулой (2-3), выразив все величины в указанной к формуле размерности, для эквивалентного значения величины времени ускорения группы механизмов получим:
(2-24)
где п — общее количество агрегатов.
Если группа -состоит из механизмов с различными механическими характеристиками, но преобладают (по установленной мощности) механизмы с каким-то одним видом ее (например, с вентиляторным моментом), то для определения угловой скорости при групповом выбеге можно воспользоваться уравнением выбега для данной, преобладающей части, например (2-8), определив время ускорения по (2-24).
Если механизмы с различным характером зависимости момента сопротивления от скорости представлены в равной мере, целесообразно принять уравнение выбега в среднем виде, например по (2-7).
Процесс группового выбега зависит не только от типа двигателей и приводимых механизмов, но и от параметров сети. Например, если имеются линейные реакторы, то продолжительность выбега по общей характеристике резко сокращается. Выбег отдельных двигателей или групп, подключенных к различным секциям шин подстанций, отделенных друг от друга реакторами (особенно при сдвоенных реакторах), трансформаторами соизмеримой мощности или длинными линиями с большой индуктивностью, может рассматриваться самостоятельно, вне связи одной группы с другой.
При наличии только асинхронных или невозбужденных синхронных двигателей их взаимное влияние невелико, сказывается только в первый момент, и его можно не учитывать, считая выбег индивидуальным.
Определение э. д. с. при групповом выбеге в общем случае чрезвычайно сложно. Возможны приближенные решения для различных частных случаев.
При наличии только асинхронных и невозбуждённых синхронных двигателей э. д. с. снижается довольно· быстро, и для этого случая справедливы все положения, изложенные в § 2-2.
Обмотка статора возбужденного синхронного двигателя при групповом выбеге остается замкнутой через обмотки других двигателей, а также трансформаторов. При отключении группы ток в статоре не исчезает мгновенно, как при отключении от сети одного двигателя, и, следовательно, величина свободной составляющей тока ротора может быть меньше, чем определяемая по (2-10). Кроме того, эта составляющая будет затухать с постоянной времени, меньшей τd0 (но большей τ'd). В связи с этим при групповом выбеге можно пренебречь свободной составляющей тока ротора синхронных двигателей и считать вместо определения его по формуле (2-11). Получаемая погрешность будет обеспечивать некоторый запас. Выбег всех двигателей группы с учетом замечаний, изложенных выше, будет происходить по общей характеристике с общей постоянной времени (2-24).
Выбег при наличии близкого к. з. происходит в общем случае по более крутой характеристике, чем свободный, за счет тормозных моментов, возникающих при переходе двигателя в генераторный режим.
Для асинхронного двигателя, как и при расчете токов к. з. (Л. 29], генераторный эффект сказывается только в сверхпереходном режиме и на процессе выбега влияния практически не оказывает. (Это влияние сказывается при τ≤0,5 с.)
Точные выражения тормозных моментов, возникающих при к. з. генераторов, достаточно сложны. Практически пользуются приближенными выражениями, полученными в предположении отсутствия потерь в роторе и статоре [Л. 22]. Например, для трехфазного к. з. синхронного генератора
где Е — э. д. с. на зажимах генератора до к. з. (предполагается, что статор был отключен от сети), а за единицу времени принята 1/314 с (время поворота синхронного вектора на I рад при номинальной частоте 50 Гц).
При торможении синхронного двигателя при к. з. следует учитывать следующие особенности по сравнению со случаем к. з. генератора:
- В первый момент времени появляется свободная составляющая тока возбуждения (Л. 14]
которая сравнительно быстро затухает, после чего ток возбуждения приближается к значению, определяемому возбудителем, аналогично тому, как это происходит при отключении двигателя (по уравнению (2-11)].
- Под влиянием снижения частоты вращения возбудителя уменьшаются э. д. с. возбудителя и ток возбуждения.
- Под влиянием снижения частоты вращения двигателя и изменения тока возбуждения меняется э. д. с. синхронного двигателя.
- С уменьшением частоты вращения изменяется масштаб времени, так как синхронный вектор будет поворачиваться на 1 рад не за отн. ед. 1/314 с, а за 1/(2πf), с. Поэтому в выражении (2-25) под знаками синуса следует поставить 2πft, рад (где t выражено в секундах).
- Под влиянием снижения частоты вращения изменяется ток подпитки точки к. з. и, следовательно, тормозной момент, что в свою очередь изменяет процесс выбега, приближая его к свободному выбегу.
На рис. 2-11 приведены кривые выбега двигателя типа ВДС-213/34-12 при отключении от сети (сплошные линии) и при коротком замыкании вблизи вывода двигателя (пунктирные линии) для разных значений времени ускорения агрегата. Момент сопротивления агрегата не зависит от угловой скорости.
Из этих кривых видно, что разница в угловой скорости через 1 с после начала выбега при наличии к. з. по сравнению с отключением составляет при τi=10с менее 0,01 ωн, при τi=2,5с— 0,04 ωн и только при τi=lc становится существенной. Аналогичные результаты получаются и для других машин.
Следовательно, дополнительные тормозные моменты следует учитывать при выбеге лишь при τ, порядка 1 с и меньше, что для промышленных электроприводов с синхронными двигателями встречается редко. Кроме того, если между двигателем и точкой к. з. есть реактор, трансформатор соизмеримой мощности или достаточно длинная линия с малым активным сопротивлением, то тормозной момент от генераторного эффекта резко падает и может не приниматься во внимание.
