Пристрій плавного пуску електродвигуна змінного струму і реактор для вказаного пристрою

1. Пристрій плавного пуску електродвигуна змінного струму зі значно меншим номінального початковим навантаженням, який містить реактори із природним повітряним охолодженням, виконані з можливістю установки у фазних проводах, нормально розімкнуті контакти, включені паралельно реакторам, і пристрій керування контактами, виконаний з можливістю замикання контактів після досягнення струмом двигуна номінального значення, який відрізняється тим, що відношення у індуктивності реакторів у мГн до їхнього активного опору 2 3 89002 Але вказані пристрої плавного пуску з використанням статичних перетворювачів і регуляторів мають істотні недоліки: складність статичних перетворювачів і регуляторів, обумовлену цим знижену надійність, необхідність в обслуговуванні в процесі експлуатації, значні габарити й високу вартість. Значної частини цих недоліків позбавлені відомі з рівня техніки (див., наприклад, [1,2]) реакторні пристрої плавного пуску, що містять реактори, включені у фазні проводи, контактний апарат, контакти якого включені паралельно реакторам, і пристрій керування контактним апаратом, який замикає контакти, коли струм досягає номінального значення. Ці пристрої забезпечують якісний процес плавного пуску з необхідним обмеженням струму для електродвигунів механізмів, що запускаються вхолосту, при невеликих навантаженнях і електродвигунів турбомеханізмів (насосів, вентиляторів, компресорів), які складають більшу частину електродвигунів, що потребують пристрої плавного пуску. Вони якісно простіші, надійніші й практично не мають потреби у обслуговуванні в процесі експлуатації. Але наявні на ринку реактори універсального застосування мають значні габарити - більші, ніж пристрої плавного пуску зі статичними перетворювачами й регуляторами, і обумовлену значними габаритами й матеріалоємністю чималу вар C1, С2, А В Реактор без Реактор з феромагнітферомагнітноним сердечником го сердечника 184,8 60,6 -158,3 -52,9 123,8×10-6 -1,277×10-6 -6 -1723 10-6 -1322×10 Аналогічним чином вирішується поставлена задача для реакторів плавного пуску як таких. Звичайно реактори плавного пуску розраховують на довготривалу роботу при номінальному струмі двигуна. Методика розрахунків наведена, наприклад, у [3]. Але на практиці реактори працюють порядку декількох секунд - до встановлення номінального струму, після чого вони шунтуються контактами. Протягом цього часу можна допустити короткочасний перегрів реакторів, більший, ніж той, на який розраховуються реактори довготривалої роботи, тобто їх опір може бути більшим, ніж у реакторів, розрахованих за стандартною методикою. Це 4 тість, порівняну з вартістю пристроїв зі статичними перетворювачами й регуляторами. У зв'язку із цим реакторні пристрої плавного пуску застосовуються досить рідко. Об'єктами цього винаходу є пристрій плавного пуску електродвигунів змінного струму і реактор для такого пристрою. В основу цього винаходу як щодо пристроїв плавного пуску реакторного типу, так і щодо самих реакторів поставлена задача зменшення габаритів і матеріалоємності і, за рахунок цього, вартості пристроїв плавного пуску реакторного типу. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої плавного пуску електродвигуна змінного струму, що включає реактори із природним повітряним охолодженням, виконані з можливістю установки у фазних проводах, нормально розімкнуті контакти, включені паралельно реакторам, і пристрій керування контактами, виконаний з можливістю замикання контактів після досягнення струмом двигуна номінального значення, згідно з винаходом відношення у індуктивності реакторів до їхнього активного опору при кімнатній температурі менше значення, що розраховується за формулою (1) у = С1×еАх +С2×еВх, де х - потужність електродвигуна, причому значення коефіцієнтів C1, C2, А і В, вибираються залежно від наявності в реакторах феромагнітних сердечників з таблиці: означає, що дроти, з яких виконаний реактор, можуть мати менший перетин, діаметр котушки, на який намотаний дріт, також може бути меншим, тобто дроти можуть бути коротшими. Оскільки індуктивність і опір реакторів плавного пуску розраховуються з урахуванням індуктивності і опору обмоток електродвигуна, які залежать від його потужності і робочої напруги, треба було знайти деякий узагальнюючий параметр, конкретні значення якого характеризували б межу поділу між ректорами довготривалої і короткочасної роботи. При аналізі великої кількості стандартних реакторів, що випускаються промисловістю, і реакторів, розрахованих за стандартними методиками, було з'ясовано, що такою величиною є відношення індуктивності реактора до його активного опору, і були знайдені „розділові" значення цього відношення для ряду значень потужності електродвигуна від практично нуля до 5000 кВт для реакторів з феромагнітними сердечниками і без них (Таблиці 2 і 3 відповідно). При цьому індуктивність вимірювалася в мГн, а активний опір - у Ом, х - потужність електродвигуна у кВт. Таблиця 2 Для реакторов без феромагнітних сердечників х у 0 20 55 40,6 250 84,2 800 142,4 1600 205 2800 260 4000 300 5000 350 5 89002 6 Таблиця 3 Для реакторов с феромагнітними сердечниками х у 0 8 55 12,35 250 22,5 800 47,5 Ці значення були інтерпольовані двома функціями, представленими загальною формулою (1), у якій коефіцієнти залежать від наявності в реакторі феромагнітного сердечника (Таблиця 1). Значення цих функцій власне і є межами поділу між реакторами довготривалої і короткочасної роботи, тобто якщо вказане відношення конкретного реактора більше або дорівнює значенню, розрахованому за формулою (1) для конкретної потужності електродвигуна, то це реактор довготривалої роботи, якщо нижче - то це реактор короткочасної роботи. Зменшення відношення індуктивності до опору еквівалентно зменшенню індуктивності та/або збільшенню опору, тобто зменшенню довжини та/або перетину дротів, що застосовуються, та, можливо, зменшенню діаметра намотування котушки реактора, що, у свою чергу, еквівалентно економії міді і, можливо, матеріалу котушки, тобто меншій матеріалоємності реактора і, як наслідок, меншій його вартості. Зрозуміло, що опір реактора не повинен бути занадто великим і у кожному конкретному випадку повинен розраховуватися з міркувань допустимого перегріву реактора протягом його короткочасної роботи. На Фіг.1 представлена схема пристрою реакторного типу для плавного пуску електродвигуна, включеного в розрив фазних проводів. На Фіг.2 і 3 представлені відповідні графіки вказаної вище функції за формулою (1) і точки, які відповідають даним таблиць 2 і 3 (відмічені хрестиками). На Фіг.4 наведені осцилограма пускового струму (криві 1 і 2) електродвигуна і тиску на виході насосного агрегату при плавному пуску реакторного типу з виходом на потужність, близьку до номінальної. Пристрій плавного пуску реакторного типу 1 (Фіг.1) складається з трьох реакторів 2, включених у фазні проводи живлення електродвигуна, трьох контактів З, включених паралельно кожному з реакторів 2, і пристрою 4 керування контактами, який замикає контакти 3 після того, як струм набуває номінального значення. Як приклад здійснення винаходу, що заявляється, для плавного пуску електродвигуна потужністю 800 кВт, 8000 В, І ном. = 92А (І амплітудне = 130 А) був сконструйований реактор, індуктивність 1600 57,45 4000 59 5000 61 якого складала 24,6 мГн, опір -0,755 Ом, тобто відношення індуктивності до опору складало 36,2, що менше значення функції 146 на Фіг.2 для х = 800 кВт. У порівнянні зі стандартними реакторами довготривалої роботи габарити розрахованого реактора короткочасної роботи були менше в 3¸4 рази, а маса міді - в 11 раз. Такі реактори були використані для плавного пуску електродвигуна потужністю 800 кВт за схемою, представленою на Фіг.1, причому електродвигун застосовувався для приведення в дію насосного агрегату. Як видно з осцилограми процесу пуску електродвигуна (Фіг.4), максимальна амплітуда пускового струму не перевищувала 260А, тобто була лише вдвічі більша амплітуди номінального струму. Процес пуску тривав не більше 9,5 с, при цьому максимальний перегрів реактора складав не більше 43°С. (Запас по перегріву відносно до допустимого рівня температури перегріву 150°С для ізоляції пов'язаний з можливістю до 3-х пусків підряд). Таким чином, при виконанні вказаних співвідношень індуктивності до активного опору реактори обмежують кратність пускових струмів на рівні 2-3, витримують без неприпустимих перегрівів пускові струми і при цьому мають габарити, масу і вартість в 5-10 разів менше, ніж реактори універсального застосування. Це дозволяє багаторазово скоротити габарити, масу й, головне, вартість побудованих на них пристроїв плавного пуску в порівнянні з аналогами на основі статичних перетворювачів і регуляторів при одночасному якісному спрощенні й підвищенні надійності. Список літератури: 1. Радин В.И. Электрические машины: Асинхронные машины: Уч. для электромех. спец. вузов под ред. Копылова И.П. -М: Высшая школа. 1988. 328с. сил. 2. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных двигателей. -М. -Л., Госэнергоиздат. 1950. 3. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. -3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ие, 1986. - 488 с. с ил. 7 89002 8 9 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 89002 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601