Защита и автоматика синхронных электродвигателей напряжением выше 1000 В

Релейная защита. Для синхронных электродвигателей преду­сматриваются те же защиты, что и для асинхронных. При этом за­щиты, действующие на отключение выключателя, должны действо­вать и на устройство АГП, если оно имеется.

Синхронные электродвигатели должны иметь защиту от асин­хронного режима. Она может быть выполнена одним из следую­щих способов [31]: с помощью реле, реагирующего на увеличение тока в обмотке статора; с помощью устройства, реагирующегонапоявление переменного тока в обмотке ротора; с помощью устрой­ства, действующего на принципе отсчета числа электрических проворотов ротора при асинхронном режиме.

Распространение получила защита, реагирующая на увеличе­ние тока в обмотке статора. При асинхронном режиме в обмотке статора проходит уравнительный ток, действующее значение ко­торого

I_ур = (2U_c / (X`<sub>c</sub> + X`_Д)) sin (d / 2).

Это выражение получено в предположении, что ЭДС системы и электродвигателя равны напряжению сети U_c, а в расчетную схему входят переходное сопротивление электродвигателя X`<sub>Д</sub> и пе­реходное сопротивление системы X`_c.

Характер изменения тока /_ур в зависимости от угла d показан на рис. 14.11,а, из которого следует, что если от асинхронного ре­жима использовать максимальную токовую защиту с независимой выдержкой времени, то она не будет действо­вать, так как измери­тельное реле тока пе­риодически размыкает контакты и в пределах каждого цикла биения держит их разомкнуты­ми в течение времени D t. Поэтому для обес­печения беспрерывной подачи напряжения на обмотку реле времени в схему защиты вво­дят промежуточное реле KLT с замедлением при возврате (рис. 14.11,6). Время возврата t _в.р принимают большим, чем вре­мя D t. Применяется защита в однофазном исполнении. Ток сраба­тывания защиты принимается равным /_с.з = (1,3 - 1,4) /_д.ном. При выборе выдержки времени должно соблюдаться условие t _{в р} ³ (1,2 – 1,5) D t.

Для электродвигателей с отношением короткого замыкания (ОКЗ), равным единице и более, можно использовать защиту с зависимой характеристикой выдержки времени. Для ее выполне­ния достаточно иметь одно реле типа РТ-80. При возникновении асинхронного режима оно приходит в действие и в течение време­ни D t не успевает возвратиться. Поэтому по истечении некоторого времени реле срабатывает. Функции защиты от асинхронного ре­жима может также выполнять защита от перегрузки.

Если после действия защиты от асинхронного режима преду­сматривается ресинхронизация электродвигателя, то схема выпол­няет такую последовательность операций [31]: включение разряд­ного сопротивления в цепь обмотки ротора; включение форсировки возбуждения; подключение обмотки ротора к якорю возбудителя с выдержкой времени (до 3 с); снятие форсировки возбуждения после втягивания электродвигателя в синхронизм.

Рассмотренные защиты от асинхронного режима могут допус­кать ложные срабатывания при резкопеременных нагрузках на валу электродвигателя, вследствие того что характер изменения тока статора и тока ротора при этом мало отличается от характера изменения токов при асинхронном режиме. Предложены защиты, способные выявить асинхронный режим и при резкопеременных ударных нагрузках. Такой, например, является защита, реагирую­щая на изменение угла между векторами напряжения сети и ЭДС электродвигателя [89].

Устройства автоматики. Устройства противоаварийной автома­тики (АПВ и АВР) синхронных электродвигателей работают в не­сколько иных условиях, чем аналогичные устройства асинхрон­ных электродвигателей. При действии УАПВ и УАВР происходит несинхронное включение синхронных электродвигателей, сопровож­дающееся токами, которые могут значительно превышать пуско­вой ток. Поэтому перед включением электродвигателя производит­ся частичное гашение его поля, с тем чтобы напряжение на его выводах не превышало U _д £ (0,5 - 0,6) U_ном [77]. Если расчеты показывают, что кратности тока и момента при несинхронном включении не превышают допустимых значений, то устройства АПВ и АВР могут включать электродвигатель при полном воз­буждении.

На синхронных электродвигателях обязательно предусматри­ваются устройства автоматического регулирования возбуждения. Они выполняются на тех же принципах, что и АРВ генераторов. Задачами АРВ синхронных электродвигателей являются как под­держание заданного напряжения на шинах подстанции, так и под­держание других параметров: заданного коэффициента мощности, отдаваемой реактивной мощности. Для различных условий работы и разных систем возбуждения разработан ряд схем АРВ синхрон­ных электродвигателей.

Для электродвигателей с непрерывно изменяющейся реактив­ной нагрузкой и электромашинным возбуждением рекомендуется осуществлять компаундирование с коррекцией напряжения и ко­эффициента мощности (tg j), а также автоматически ограничивать возбуждение, если напряжение статора или ток ротора достигают максимально допустимых значений. Компаундирование с коррек­цией напряжения уже рассматривалось (см. § 12.7). Корректором коэффициента мощности может служить схема сравнения абсо­лютных значений двух величин (см. § В.З и 3.3), так как направ­ление ее выходного тока зависит от угла j. Этот ток подается в обмотку управления магнитного усилителя AL, входящего в элек­тромагнитный корректор напряжения (см. рис. 12.12, а). Схема настраивается на отсутствие выходного тока при соответствии tg j заданному значению, отклонение от которого приводит к измене­ниям выходного тока регулятора в необходимую сторону.

Принципиальная схема осуществляющая ограничение напряже­ния возбуждения (ротора) U _в и тока статора /_Д, приведена на рис. 14.12, а [90]. В зависимости от того, какое из напряжений, U_В или U₁ = k l _Д2, является большим, оно подается на вход эле­мента задержки по времени AT. Меньшее напряжение на вход AT, не поступает, так как соот­ветствующий диод VD1 или VD2 в цепи меньшего на­пряжения закрыт.

Задержка по времени не­обходима для того, чтобы ограничитель не препятство­вал кратковременной форсировке возбуждения. Выход­ное напряжение AT сравни­вается с напряжением U_c сети на входе магнитного усилителя AL1, выход кото­рого через выпрямитель VS4 соединен с выпрямителем VS1 тока нелинейного эле­мента электромагнитного корректора напряжения АРУ.

В нормальном режиме работы выходное напряже­ние ограничителя U_о невелико, поэтому диоды выпря­мителя VS4 закрыты, а дио­ды VS1 открыты. Магнитный усилитель AL2 управляется разностью токов /_л - /_нл. При достижении предельно допустимых значений U_о или /_Д напряжение U_o воз­растает, открывая диоды вы­прямителя VS4 и закрывая диоды VS1. После этого маг­нитный усилитель AL2 на­чинает управляться разно­стью токов /_л - /_нл. Возрастанию тока /_о соответствует снижение тока регулятора /per, подводимого к обмотке возбуждения LM.

Для синхронных электродвигателей большой мощности с резко изменяю­щейся нагрузкой разработано устройство АРВ (рис. 14.12, б), имеющее разные характеристики относительно длительных и кратковременных изменений напряжения. Оно содержит регулятор APV напряжения (РН) и регулятор АРА ре­активного тока (РРТ), причем основную роль в регулировании играет быстродей­ствующий РН, а замедленный РРТ лишь изменяет задание (уставку) РН при длительных снижениях напряжения сети U_c. Измерительный орган регулятора напряжения имеет промежуточный трансформатор TL3, установочный (задаю­щий) элемент в виде бесконтактного сельсина BG, включенного по схеме поворот­ного трансформатора, выпрямитель VS1, сглаживающий фильтр ZF и элемент сравнения выпрямленного напряжения kU_c с напряжением на стабилитронах VD. Разность указанных напряжений, увеличенная в усилителе А, подается на воз­будитель ME. Привод сельсина BG осуществляется через фрикционную муфту ФМ и редуктор Р с большим передаточным числом от двухфазного электродвигателя МИ, являющегося исполнительным элементом регулятора реактивного тока.

Электродвигатель МИ получает питание от цепей тока ТА и напряжения TV. Его вращающий момент пропорционален произведению напряжений, подводимых к его обмоткам, и синусу угла между их векторами. В рассматриваемой схеме

это напряжения U' и D U _рег = U_a - U_Ip, где U_З - напряжение задания (уста­навливается автотрансформатором TL2), a U_Ip - напряжение, пропорциональное реактивному току электродвигателя М. Направление момента такое, что элек­тродвигатель МИ вращается в сторону уменьшения разности D U _рег до тех пор, пока D U _рег не приблизится к нулю.

При вращении электродвигателя МИ и сельсина BG изменяется коэффи­циент k, определяющий напряжение kU_c, и тем самым осуществляется новая уставка регулятора напряжения. Работа АРВ поясняется на рис. 14.12, в. Ис­ходному режиму соответствует точка А на характеристике /. При снижении на­пряжения сети РН увеличивает ток /в и новый режим характеризуется точ­кой Б. Если нарушение режима кратковременное, то ротор сельсина BG повора­чивается на незначительный угол, т. е. РРТ не успевает заметно изменить уставку регулятора напряжения и после восстановления нормального напряжения АРВ вновь переходит в режим А. При длительном снижении напряжения ротор сельсина поворачивается на угол, соответствующий новому заданию (уставке) регулятора напряжения, т. е. происходит переход на характеристику 2 в точку Г. После восстановления напряжения РН переводит систему в режим, которому соответствует точка В. В этом режиме ток /_в и отдаваемый реактивный ток ниже, чем в исходном режиме А, и через некоторое время РРТ возвращает си­стему в режим А. При толчках нагрузки на валу синхронного электродвигателя процессы в системе АРВ происходят практически при неизменном задании РН и система стремится поддерживать напряжение сети.