Моделирование синхронных электродвигателей с учетом изменения уровня напряжения питающей сети
Моделирование синхронных электродвигателей с учетом
изменения уровня напряжения питающей сети
Р.А. Олимов, И.В. Кирилин Норильский индустриальный
институт
Известно,
что под математической моделью элемента схемы электро-снабжения понимается
совокупность математических уравнений, их коэффициентов и неравенств,
описывающих определенное состояние или процессы в элементе. Универсальных
математических моделей элементов, в полной мере отражающих процессы,
происходящие в них, не существует. Поэтому в модели обычно выделяют те свойства
элемента, которые доминируют в рассматриваемом процессе, и пренебрегают
свойствами, мало влияющими на результат расчетов. Однако для повышения точности
расчетов по возможности следует учитывать влияние, даже, казалось бы,
несущественных изменений величин, принимаемых при моделировании неизменными.
В
сетях общего промышленного назначения согласно ГОСТ 13109-97 до-пускается
эксплуатировать электро-установки в течение длительного времени (95% каждых
суток (22 ч 48 мин)) при отклонениях напряжения (±5%) и в те-чение остальных 5%
(1 ч 12 мин) – при отклонениях ±10%. Систематические отклонения напряжения,
превышающие нормированные align=«center»значения по величине и длительности,
характерны, в частности, для локальных энергосистем, напри-мер, для Норильской
энергосистемы. Несмотря на низкий коэффициент мощно-сти потребителей
промышленных предприятий Норильской горной компании, среднеэксплуатационные
уровни напряжений в сети 110 кВ энергосистемы поддерживаются на достаточно
высоком уровне (117 – 122 кВ). Это объясняет-ся малой протяженностью
системообразующих и тупиковых линий. Напряжения на шинах низшего напряжения
трансформаторных подстанций также часто превышают номинальные значения на 5-10%.
Причиной этого является отсут-ствие встречного регулирования напряжения на трансформаторах
главных по-низительных подстанций (при наличии устройств РПН). Последнее
обстоятель-ство обусловлено суровыми климатическими условиями эксплуатации
трансформаторов на площадках открытых распределительных устройств и отсутствием
нормативной численности персонала. Рассмотрим, каким образом можно учесть
отклонения напряжения при разработке математической модели синхронного
двигателя для определения его возможностей как источника реактивной мощности.
Увеличение
напряжения приводит к росту намагничивающего тока двигателя со стороны статора
и снижению индуктивного сопротивления взаимной индукции по продольной оси двигателя по сравнению с номинальным
режимом
(1)
здесь
коэффициент, вводимый
для перехода от намагничивающей силы обмотки якоря к намагничивающей силе
обмотки возбуждения; –
магнитная индукция в зазоре; – число последовательно соединенных витков,
которым при данном магнитном потоке определяется значение ЭДС в фазе обмотки; — обмоточный коэффициент; — относительное значение
напряжения.
С
уменьшением значения
снижается и сопротивление . Это в свою очередь, вызывает [1]
непропорциональное снижение тока возбуждения (2)
(2)
где
, — относительные нагрузки статора
соответственно по активной и реактивной мощности; — сопротивление двигателя по продоль-ной оси,
соответствующее насыщению магнитной цепи при холостом ходе и номинальном
напряжении статора.
Для
синхронных электродвигателей типа СДС-19-56-40, используемых для привода
шаровых мельниц (ШМ) обогатительных фабрик Норильской гор-ной компании согласно
(2), увеличение напряжения на 10% приводит к сле-дующей зависимости
составляющей индуктивного сопротивления двигателя по продольной оси полюсов от загрузки двигателей
активной мощностью [2]
здесь – магнитное напряжение
воздушного зазора при напряжении, рав-ном .
Тогда
при характерной загрузке синхронных двигателей ШМ активной мощностью значения будут изменяться в пределах
0,903÷1,066 (синхронное реактивное сопротивление рассеяния двигателя определено в [2]).
С
учетом того, что двигатели ШМ как источники реактивной мощности практически не
используются и эксплуатируются с (из-за величины по-терь активной мощности в них,
превышающей потери на передачу той же реак-тивной мощности от генераторов
системы), токи возбуждения, определенные по (2) необходимо поддерживать в пределах
0,878÷0,923 от номинального значения.
При
работе синхронных двигателей ШМ с номинальным напряжением на зажимах и той же
характерной загрузке активной мощностью значения сопротивления будут находиться в пределах
0,979÷1,159 , т.е. будут отличаться от определенных ранее примерно на 10%.
Ток возбуждения при этом необходимо поддерживать примерно равными
0,489÷0,917 – номинального значения.
Таким
образом, при загрузке двигателей активной мощностью погрешность расчета тока возбуждения без учета
превышения напряжения пи-тающей сети составляет более 40%.
Список литературы
1.
Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей // Под
ред. Л. Г. Мамиконянца. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1984.
2.
Кирилина О. И. Определение параметров синхронных двигателей // Промышленная
энергетика. 2003. № 1. C. 27–31.