Средства и способы самозапуска электродвигателей - Внезапные исчезновения питающего напряжения на выводах электродвигателей

Анализ схем электроснабжения крупных химических предприятий показал,  что до 20+30% перерывов связано с исчезновением напряжения у потребителей в результате неселективной работы релейной защиты и сетевой автоматики или ошибочных оперативных переключений эксплуатационного персонала [1].
При таких исчезновениях питающего напряжения двигатели остаются подключенными к общим шинам и переходят в генераторный режим. Объясняется это тем, что при отключении источника питания магнитный поток двигателей в течение некоторого времени поддерживается за счет токов,  индуктируемых в контурах ротора в момент отключения. Поскольку двигатели продолжают вращаться за счет запасенной механической энергии,  в обмотках двигателей генерируется напряжение. Это напряжение уменьшается вследствие затухания индуктируемых токов и снижения скорости.
Электродвижущая сила асинхронных двигателей при установившемся режиме меньше напряжения сети и зависит от величины скольжения. Как правило, асинхронные двигатели работают при скольжениях 0,01+0,15,  в зависимости от типа и загрузки, следовательно, в момент отключения от сети напряжение на выводах двигателей снижается до (0,86 + 0, 95) UH. У синхронных же двигателей э.д.с. превышает напряжение сети,  т. к. они,  как правило, работают с перевозбуждением,  и в случае отключения двигателя,  в первый момент,  напряжение на выводах статора возрастает до 1,05 UH.
При одновременном отключении нескольких двигателей, питающихся от одного и того же источника питания,  происходит групповой выбег,  при котором двигатели электрически связаны друг с другом через общие шины,  отключенные от сети. За счет существования остаточной э.д.с. между статорами связанных двигателей возникнут уравнительные токи. При этом двигатели с большей механической постоянной времени (например,  вентиляторы, центробежные насосы) переходят в генераторный режим и питают двигатели механизмов с малой постоянной времени (например,  мельницы,  компрессоры),  которые начинают потреблять электрическую мощность,  генерируемую двигателями механизмов с большей механической постоянной времени. Пока существуют уравнительные токи достаточной величины,  двигатели стремятся удержать друг друга в ”скользящем синхронизме”, и уменьшение скорости у всех связанных между собой двигателей будет приблизительно одинаковым, независимо от характеристик индивидуального выбега.
При нескольких одинаковых механизмах с одинаковыми характеристиками двигателей групповой выбег не будет отличаться от индивидуального выбега отдельных механизмов,  а между статорами этих двигателей уравнительные токи не будут иметь места. Практически установлено,  что при остаточном напряжении,  равном или меньшем 0, 25, величина уравнительных токов будет уже недостаточной для удержания всех двигателей в ”синхронизме”.
Приближенно можно считать,  что в пределах времени перерыва питания до 1с частота остаточного напряжения и,  следовательно,  скорость вращения двигателей снижается на 1% за каждые 0,1 с выбега. При кратковременном перерыве питания, например, при АВР с бестоковой паузой 0, 4 + 0, 6 с, скорость двигателей снизится не более,  чем на 4 + 6%. Поэтому при восстановлении напряжения реактивное сопротивление двигателей не успеет снизиться значительно и токи самозапуска не достигнут пускового значения,  вследствие этого процесс восстановления напряжения при самозапуске будет протекать быстро и самозапуск будет осуществлен легко. Этим объясняется желательность сокращения времени действия АВР и АПВ.
Однако,  в этом случае, важным обстоятельством, влияющим на выбор продолжительности бестоковой паузы АПВ и АВР, является процесс подачи напряжения питающей сети на зажимы вращающегося двигателя,  генерирующего собственную э.д.с.. Это приобретает особое значение при питании крупных двигателей по коротким кабельным линиям от мощных трансформаторов,  что характерно для современных промышленных предприятий. При отключении двигателей их э.д.с. исчезает не сразу,  а затухает по экспоненте с постоянной времени, зависящей от параметров двигателей; при этом вследствие торможения меняется и фаза э.д.с. После восстановления питания в некоторый момент напряжение сети может оказаться в ”противофазе” к э.д.с. двигателя и тогда обмотка статора двигателя окажется под воздействием суммарного напряжения (напряжение сети + э.д.с. двигателя), что приведет к соответственному росту тока в цепи двигателя.
Правда,  опасение подачи напряжения сети в момент противофазы остаточной э.д.с. двигателей,  который обычно наступает через 0, 3 + 0, 4 с после прекращения питания,  в большинстве случаев не является обоснованным,  так как не вся сумма приложенного напряжения сети и остаточной э.д.с. падает на обмотки статора двигатели,  а лишь часть ее,  в то время как остальная часть падает на элементы питающей сети (линии,  трансформаторы).
При общей продолжительности бестоковой паузы 0, 4+ 0, 6 к зажимам двигателей будет приложенного напряжение лишь немногим больше номинального,  что облегчит условия самозапуска и не вызовет опасных динамических усилий в обмотках. Увеличение пусковых токов и,  следовательно, динамических усилий в обмотках при включении напряжения сети в момент противофазы э.д.с. должно приниматься во внимание лишь для случая быстроходных Двигателей большой мощности (например,  турбовоздуходувок, центробежных насосов),  питающихся от трансформаторов большой мощности. В этом случае через 0, 3+0, 6 о токи самозапуска могут превышать (1,5+1,8)Iпуск.Для безопасности самозапуска таких двигателей требуется продолжительность бестоковой паузы АВР не менее 0,8+1,0 с.
Исходя из вышеперечисленных особенностей, для обеспечения самозапуска двигателей после внезапного кратковременного исчезновения питающего напряжения,  необходимо правильно выбрать мощность неотключаемых двигателей ответственных механизмов,  а для увеличения мощности последних надо стремиться к максимальному сокращению времени действия сетевой автоматики.