Способы ограничения пусковых токов асинхронных короткозамкнутых и синхронных двигателей.

1) Включение добавочных резисторов R_1Д в цепь статораведет при данной скорости (скольжении) к снижению токов стато­ра и ротора. Другими словами, все искусственные электромехани­ческие характеристики располагаются в первом квадранте ниже и левее естественной. С учетом того, что скорость идеального холос­того хода ω₀ при включении R_1д не изменяется, получаемые искус­ственные электромеханические характеристики можно представить семейством кривых 2...4, которые расположены ниже естественной характеристики 1, построенной при R_1Д = 0, причем большему зна­чению R_1д соответствует больший наклон искусственных характе­ристик (рис. 5.6, а). Практическая ценность этих характеристик со­стоит в обеспечении возможности ограничения токов АД при пуске.

Для получения искусственных механических характеристик про­анализируем влияние R_1Д на координаты их характерных точек.

Скорость холостого хода ω ₀= 2nf₁/ p не изменяется при R_1Д = var, т.е. все искусственные характеристики проходят через эту точку на оси скорости (скольжения).

Координаты точки экстремума М_к и s_k изменяются при варьиро­вании R_1Д а именно: при увеличении R_1Д критический момент и критическое скольжение уменьшаются. Уменьшается и пусковой момент при s = 1. Проведенный анализ позволяет представить искусственные механические характеристики 2... 4 АД при R_1Д = var в виде, показанном на рис. 5.6, б. Такие характеристики могут использо­ваться при необходимости для снижения в переходных процессах момента АД, в том числе и пускового.

2) Реакторный пуск. (схема)

3) Автотрансформаторный пуск. (схема)

4) Пуск короткозамкнутого электродвигателя с переключением обмоток со звезды на треугольник, этот способ применим, когда напряжение сети соответствует меньшему из напряжений, ука­занных в паспорте, то есть когда электродвигатель при данном напря­жении сети должен работать по схеме «треугольник». Например, если в паспорте указаны напряжения 660/380 В, а напряжение сети 380 В, то двигатель должен работать по схеме ∆. В момент же пуска на период разгона его включают по схеме Y. Благодаря этому на каждую из обмоток приходится напряжение не 380 В, а 380/√3 = 220 В. Потребляемый же из сети ток уменьшится при этом в 3 раза (пропорционально квадрату напряжения).

Снижение потребляемого из сети тока в 3 раза приводит к уменьшению развиваемой в момент пуска мощности также в 3 раза, то есть этот способ применим тогда, когда нагрузка на двигатель при пуске не превышает 1/3 P_Н.

Переключение обмоток электродвигателя со звезды на треугольник осуществляется при помощи специального переключателя типа ЗТ («звезда—треугольник»). В нижнем положении переключателя обмотки электродвигателя включены звездой, так как все три начала (С1, С2, СЗ) замкнуты в общую точку, а к концам подведено напряжение сети. Ножи переключателя держат в нижнем положении до тех пор, пока двигатель полностью не закончит разбег (3...10 с). Затем ножи быст­ро, не давая ротору потерять частоту вращения, переводят в верхнее положение, соответствующее соединению обмоток статора треуголь­ником.

Схема замещения трехобмоточного трансформатора и определение его параметров.

– справочная величина.

Проводимость трансформатора:

Вакуумно-дуговые и плазменно-дуговые печи, устройство, источники питания, параметрические источники тока.

Вакуумно-дуговые печи используются для получения чистых редкоземельных металлов. Единственный путь полу­чения этих металлов - переплав в вакууме или инертном газе, т.к. при нагреве они растворяют в себе газы и реагируют с другими материалами.

Для плавки губку или порошок формуют в виде круглого или прямоу­гольного электрода. Для исключения соприкосновения с огнеупорным материалом плавка в вакуумной дуговой печи (ВДП) ведется в мед­ной водоохлаждаемом кристаллизаторе 3. Плавку ведут, как правило, на постоянном токе, который подается с помощью токоподвода 11 через шток с электрододержателем 1 на переплавляемый электрод 2. При прохождении тока дуги 12 электрод расплавляется, металл каплями стекает в жидкометаллическую ванну 4. Так как упругость пара примесей выше, чем упругость основного металла, то примеси испаряются и удаляются из печи с помощью вакуумной сис­темы. В ВДП осуществляется глубокое рафинирование металла, глу­бокая дегазация продукта и очистка его от неметаллических вклю­чений. Плавку начинают на металлзатравку 5, которую располагают на поддо­не 6. По мере наплавления слитка 7 система автоматического регу­лирования тока дуги поднимает электрод 2. Для стабилизации го­рения дуги служит соленоид 8, который крепится на кожухе печи 9. Обычно ВДП располагают в от­дельном помещении, а наблюдения за плавкой ведут с помощью пери­скопической системы через окна-гляделки 10. Это вызвано тем, что при появлении боковой дуги на кристаллизатор она может прожечь последний, на жидкий металл попа­дает вода.

При этом пар разлага­ется, на кислород и водород, обра­зуя взрывоопасный "гремучий газ". Для исключения появления боковых дуг плавки ведут на коротких ду­гах, длиной 30 - 50 мм.

Плазма - ионизированный газ, состоящий из электронов, ионов и нейтральных частиц. Плазма существует при электрическом разря­де в газе. Однако плазменной дугой принято называть не обычный дуговой разряд, а дополнительно сжатую в поперечном сечении ду­гу. При этом возрастает степень ионизации газа и температура ду­ги, которая достигает 10000 - 30000 °С. Сжатие осуществляется давлением газа или магнитным полем. В качестве плазмообразующих применяются инертные газы: аргон, гелий, а также водород, азот.

Плазменно-дуговой нагрев применяется для следующих электротехнологических процессов: выплавка и переплав металлов, в том числе тугоплавких и химически активных; восстановление металлов из руд; проведение в плазме химических реакций, требующих высо­ких температур (синтез ацетилена из природного газа; пиролиз нефти; получение азота и др.); резка и сварка металлов, сплавов, графита и неэлектроп­роводных материалов; атомарное напыление любых металлов с целью создания за­щитных (антикоррозионных, жаростойких износостойких) покрытий.

Плазму получают в плазмотронах. Различают два типа плазмот­ронов: струйные и плавильные (рис.3.21).

В плавильных плазмотронах (плазмотронах прямого действия) дуга и струя плазмы занимают общий объем, слиты воедино, анодом является переплавленный металл. Дуга и струя плазмы находятся в рабочем пространстве плавильной установки, а не в камере плаз­мотрона, за счет чего повышается его долговечность.

Большинство плазмотронов работают на постоянном токе, что вызвано более стабильным горением дуги. Однако находят примене­ние и однофазные, а также трехфазные плазмотроны. В настоящее время наряду с трехфазными ДСП используются плазменно-дуговые сталеплавильные печи (ПДСП).

Небольшие изменения напряжения на дуге, вызванные, напри­мер, кабельными короткими замыканиями, могут при­вести к резкому изменению тока, а следовательно и мощности дуги. Для по­лучения качественных слитков плавку необходимо вести с постоянной мощностью. Этого можно достичь используя источ­ники, обладающие крутопадаюшей характеристикой источника тока. Работа параметрического источника тока (рис. 3.20, а) основа­на на явлении резонанса напряжений, т.е. Lω= 1/Cω = X.

Для параметрического источника тока (ПИТ) можно составить на основании законов Кирхгофа следующую систему уравнений:

U_ab=z_НI_Н-jxI_Д

U_ca=jxI_C-z_НI_Н

I_Н+I₁+I_C=0

Решение этой системы уравнения относительно тока нагрузки (тока дуги) имеет вид:

I_Н=jU_bc/x.

Таким образом, в ПИТ ток нагрузки не зависит от параметров нагрузки (величины сопротивления дуги, напряжения на ней) и оп­ределяется сопротивлением резонансных элементов. Этот вывод подтверждает также построение векторных диаграмм ПИТ, которые можно сделать самостоятельно для трех случаев:

a) z_H = 0(R_g = 0) - короткое замыкание дуги ;

б) х_c = x_l= √3R_g - симметричная нагрузка;

в) R_g > x_l = x_c - несимметричная нагрузка.

Построение показывают, что во всех трех случаях ток дуги не изменяется. Из трех однофазных ПИТ, соединенных вместе, получают трехфазный. Электротехнической промышленностью выпускают ПИТ на токи I_g = 12,; 25; 37,5; 50 кА. U_H = 75 В.

Кроме ПИТ в качест­ве источников питания ВДП используются мощные выпрямительные агрегаты секции ВАКП, АВП на диодах и выпрямительные агрегаты на тиристорах Т серии ТВ (рис.3.20). Система регулирования тока агрегатов ТВ построена по прин­ципу сравнения фактического и заданного значений токов дуги. При уменьшении тока дуги ниже заданного угол отпирания тиристоров уменьшается, напряжение увеличивается, ток возрастает до задан­ного значения. И наоборот, при увеличении тока выше заданного значения угол отпирания тиристоров увеличивается, напряжение на дуге уменьшается, ток уменьшается. Реакторы P1, P2 предохраняют источник от бросков тока при капельных коротких замыканиях. Па­раметры выпрямительных агрегатов на тиристорах: U1 = 6; 10 кВ; Uпост=75; 115 В; РН = 1000 - 5750 кВт. Точность стабилизации тока + - 1%.

Электромеханические характеристики реверсивного тиристорного привода.

Изменение направления вращения двигателя при использовании нереверсивного привода может быть осуществлено путем переключе­ния полярности либо обмоток якоря, либо обмоток возбуждения. Это связано с временной задержкой при изменении направления враще­ния, вызванной переключением аппаратов и изменением направления тока. Когда токозадержка недопустима, применяется реверсивный привод, позволяющий осуществлять регулирование во всех четырех квадрантах, с высоким быстродействием.

Реверсивный преобразователь состоит из двух нереверсивных, выполненных по одной и той же схеме. По отношению к двигателю они включены встречно-параллельно, а по переменному току подклю­чены к одному и тому же источнику питания. В мощных ус­тановках применяется также перекрестная схема, в которой каждый из преобразователей подключен к отдельной вторичной обмотке си­лового трансформатора.

Существуют два способа управления вентильными блоками ре­версивного преобразователя: совместный и раздельный.

При сов­местном управлении управляющие импульсы подаются на тиристоры обоих комплектов, при этом один из них работает в выпрямительном режиме, а другой в инверторном. При противоположном направлении вращения двигателя комплекты меняются режимами. Совместное управление связано с возникновением уравнитель­ных токов. Уравнительные токи отсутствуют, если напряжения двух источников питания, работающих на общую нагрузку, в любой момент времени равны. Для совместно работающих выпрямителя и инвертора это условие в принципе невыполнимо, поскольку в выпрямителе и инверторе проводят ток вентили разных фаз. Поэтому используется менее жесткое условие: должны быть равны постоянные составляющие напряжений выпрямителя и инвертора: Ud0BcosαB = - Ud0BcosαИ, откуда следует: αB + αИ = 180°. Такое управление называется совместным согласованным (ли­нейное согласование). При этом управлении из-за неравенства мгновенных значений в напряжениях выпрямителя и инвертора между ними протекает уравнительный ток. Для уменьшения величины этого тока в силовую цепь включается токоограничиващие (уравнитель­ные) реакторы. Для еще более значительного снижения уравнительного тока применяют нелинейное согласование углов управления, чтобы выпол­нялось условие: Еи > Ев, откуда вытекает αB + αИ > 180°.

Уравнительные токи, вызывая дополнительные потери в преоб­разователе, создают и положительный эффект. Они поддерживают вентили в открытом состоянии независимо от величины тока якоря двигателя. Благодаря этому отсутствует при совместном управлении режим прерывистых токов и характеристики двигателя при переходе из двигательного режима в тормозной становятся непрерывными. При линейном согласовании углов управления механические характерис­тики двигателя прямолинейны (рис.6а). При нелинейном согласова­нии углов управления характеристики имеют нелинейный участок при переходе из двигательного режима в тормозной (рис.6б).

При раздельном управлении всегда работает только один пре­образователь. Поэтому уравнительные токи в принципе отсутствуют. Однако при этом существует режим прерывистых токов, где характе­ристики двигателя нелинейны и разрывны при переходе из двига­тельного в тормозной режим (рис.6в).