7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое режим короткого замыкания асинхронного двигателя

Режим короткого замыкания

Режи́м коро́ткого замыка́ния в электротехнике, электронике, при теоретическом анализе электрических цепей — состояние пары некоторых узлов электрической цепи (2 вывода, обычно в качестве закорачиваемого участка цепи рассматриваются двухполюсники), при котором его выводы (зажимы, контакты) присоединены к двум узлам другой цепи с модулем полного входного сопротивления пренебрежимо малым по сравнению с модулем полного выходного сопротивления закорачиваемой цепи (при этом говорят, что пара узлов цепи (источник, выход) замкнута, закорочена, соединена накоротко, соединена коротким соединением).

Таким образом, условие короткого замыкания можно записать:

∣ Z i ∣ ≪ ∣ Z o ∣ mid ll mid Z_mid >

где ∣ Z i ∣ mid > — модуль входного импеданса закорачивающей цепи, ∣ Z o ∣ mid > — модуль выходного импеданса закорачиваемой цепи.

Часто вместо термина Режим короткого замыкания используются аббревиатуры: Режим КЗ или просто КЗ. Среди электриков и электронщиков также распространены жаргонизмы «коротец», «коротыш» и «кэзэшка» [ источник не указан 2350 дней ] .

Различают КЗ для постоянного и переменного токов. Например, подсоединение конденсатора с достаточно большой ёмкостью к паре узлов цепи, между которыми присутствует напряжение с достаточно высокой частотой, когда модуль реактивного сопротивления конденсатора пренебрежимо мал по сравнению с модулем выходного импеданса закорачиваемой цепи, называют КЗ по переменному току.

Изучение режима короткого замыкания применяется в анализе электрических цепей. При этом рассматривается поведение математической модели электрической цепи при «виртуальном» коротком замыкании (см., например, внутреннее сопротивление).

Содержание

  • 1 Применение
    • 1.1 Полезные применения
    • 1.2 Опасность короткого замыкания
  • 2 См. также
  • 3 Литература

Применение [ править | править код ]

Режим короткого замыкания может быть как полезным, так и вредным или даже опасным в том или ином техническом устройстве.

Полезные применения [ править | править код ]

Часто в системах промышленной автоматики информация об измеряемых параметрах передается в аналоговом виде передачей токового сигнала. При этом измерительные и промежуточные преобразователи сигналов по типу выходного сигнала являются источником тока, в идеале с бесконечным внутренним выходным сопротивлением. При этом наиболее благоприятный случай, с точки зрения точности передачи информации, когда источник сигнала нагружен на потребитель с нулевым внутренним входным сопротивлением, — то есть, источник сигнала работает в режиме КЗ. (См. подробнее Токовая петля).

Электродинамические датчики, например, индукционные виброметры, сейсмоприёмники также очень часто работают в режиме короткого замыкания, эта мера позволяет дополнительно демпфировать механические колебания подвижной системы датчика из-за возникновения вязких электродинамических сил.

Часто режим короткого замыкания применяется в соединении усилительных каскадов в электронике. Каскодный усилитель представляет собой соединение двух активных компонентов, модуль выходного импеданса для малого сигнала первого каскада в этой схеме многократно превышает модуль входного импеданса второго каскада, то есть, выход первого каскада работает в режиме короткого замыкания.

Цепи питания электронных устройств тоже почти всегда работают в режиме короткого замыкания для переменного тока. Их линии питания обычно шунтируются блокировочными конденсаторами для исключения вредного самовозбуждения усилительных каскадов, помех и сбоев кодов в цифровых устройствах.

Опасность короткого замыкания [ править | править код ]

Если источник напряжения с малым внутренним сопротивлением закоротить, то в цепи потечёт ток равный отношению ЭДС источника к сумме внутреннего сопротивления источника и сопротивления закорачивающей цепи. При большой мощности источника ток достигнет очень большой величины, который может повредить источник, потребитель, соединительные провода. Перегрев соединительных проводов может привести к пожару. Поэтому при питании устройств от мощных источников почти всегда вводят защиту от КЗ в потребителе, которое может внезапно возникнуть от аварий устройств, ошибок людей, ударов молний. Простейшая защита от разрушительных последствий КЗ — плавкий предохранитель. Также применяются различные автоматы защиты сети, их преимущество — многократное восстановление цепи после актов срабатывания при защите, в отличие от однократно используемого плавкого предохранителя или его вставки.

Очень опасно КЗ мощных электрохимических источников электричества, — особо аккумуляторов. Так, например, длительное закорачивание свинцового аккумулятора приводит к вскипанию его электролита с разбрызгиванием капель серной кислоты, ещё опаснее закорачивание литиевых аккумуляторов, ведущее к его перегреву и возможному взрыву корпуса и возгоранию металлического лития.

При закорачивании обмоток статора мощного электрического генератора в нём развиваются огромные электродинамические силы, зачастую приводящие к его разрушению.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Режим — короткое замыкание

Режим короткого замыкания , возникающий случайно в процессе эксплуатации при номинальном первичном напряжении, является аварийным процессом, сопровождающимся весьма большими токами в обмотках. [2]

Режим короткого замыкания возникает при замыкании выходов модуля питания. Запуск последнего при наличии короткого замыкания во вторичных цепях осуществляется импульсами от схемы запуска на транзисторе 4VT3, а включение транзистора 4VT4 — с помощью тиристора 4VS1 по максимальному току коллектора 4VT4 3 5 А. При поступлении запускающего импульса происходит одно колебание. После его окончания схема не возбуждается вследствие того, что вся энергия, накопленная в индуктивности трансформатора 4Т1, расходуется коротко замкнутой цепью. При снятии короткого замыкания модуль питания входит в режим стабилизации. [3]

Режим короткого замыкания возникает при наличии короткого замыкания в нагрузке вторичных источников питания. После окончания запускающего импульса устройство не возбуждается, поскольку вся энергия расходуется короткозамкнутой цепью. [4]

Режим короткого замыкания может возникнуть в электрической цепи при соединении накоротко разнопотен-циальных зажимов источников питания проводником с нулевым сопротивлением. [5]

Режим короткого замыкания неблагоприятен и в других отношениях. В частности, при коротком замыкании может быть нарушена параллельная работа генераторов. Поэтому при эксплуатации место короткого замыкания приходится изолировать посредством отключения поврежденного участка сети или линии электропередачи автоматически действующими выключателями. Там, где нет такой возможности, отключают генератор. [6]

Читать еще:  Давление масла в двигателе logan

Режим короткого замыкания можно легко осуществить в цепи коллектора, где внутреннее сопротивление транзистора велико. Выполнение режима короткого замыкания в цепи эмиттера затруднено, особенно в области низких частот. Это ограничивает применение ( / — параметров для описания свойств транзистора. [7]

Режим короткого замыкания для них недопустим. [9]

Режим короткого замыкания можно легко осуществить в цепи коллектора, где внутреннее сопротивление транзистора велико. Выполнение режима короткого замыкания в цепи эмиттера затруднено, особенно в области низких частот. Это ограничивает применение ( / — параметров для описания свойств транзистора. [10]

Режим короткого замыкания возникает при каждом пуске двигателя, однако в этом случае он кратковременен. Несколько пусков двигателя с короткозамкнутым ротором подряд или через короткие промежутки времени могут привести к превышению допустимой температуры его обмоток и к выходу двигателя из строя. [12]

Режим короткого замыкания по переменному току соответствует режиму, при котором напряжение в цепи не зависит от тока. Практически это осуществляется включением на вход или выход емкостного сопротивления, величина которого много меньше величины входного или выходного сопротивления транзистора. [14]

Опытное определение параметров схемы замещения асинхронной машины

Расчёт характеристик асинхронной машины будет более достоверным, если в их основу положить параметры схемы замещения, определяемые опытным путём.

Активное сопротивление обмотки статора легко измерить ввиду доступности выводов статора. Остальные параметры асинхронной машины могут быть определены на основе несложных опытов холостого хода и короткого замыкания.

Режим холостого хода двигателя – это режим его работы без нагрузки на валу. Скольжение ротора в этом случае близко к нулю (S=0). Развиваемый двигателем электромагнитный момент преодолевает лишь моменты от сил трения и момент сопротивления вентилятора, обдувающего двигатель. По сравнению с номинальным моментом величина очень мала ( ). Ток ротора в этом режиме тоже близок к нулю (I / 2≈0). Мощность, потребляемая двигателем из сети Р10, переходит в потери: электрические в статорной обмотке Рэл1=m1 I 2 R1; в стали статора Рст1 и механические Рмех:

Если у трансформатора величина тока холостого хода составляет несколько процентов от номинального, то в асинхронном двигателе – несколько десятков процентов (до 70…80% у многополюсных двигателей небольшой мощности).

Режим холостого хода позволяет определить сумму индуктивных сопротивлений статорной обмотки и намагничивающего контура схемы замещения

а также активное сопротивление намагничивающего контура схемы замещения

В опыте холостой ход измеряют мощность, потребляемую двигателем Р10, ток обмотки статора I и напряжение U1, приложенное к ней. Последнее обычно меняют в пределах (0,4…1,2) U, если желательно определить параметры х.х. при различных насыщениях магнитной цепи двигателя.

При известном сопротивление R1 вычисляют мощность Рхх = Рст1мех = Р10 – m1I 2 R1, а затем строят зависимость (Рис. 3.11).

Поскольку потери в стали пропорциональны квадрату индукции (или квадрату приложенного напряжения), а механические потери остаются при изменении напряжения постоянными, зависимость (Рст1мех) = f(U1 2 ) очень близка к прямой. Продолжая на графике эту прямую до пересечения с осью ординат, определяем Рмех. Таким образом определяют суммарные потери в стали Рст1 и механические Рмех, при этом потери в стали могут быть вычислены при любом напряжении.

Рисунок 3.11 Зависимость потерь в стали и механических потерь от приложенного напряжения

Режим короткого замыкания асинхронного двигателя возникает в том случае когда ротор заторможен, S = 1. Опыт короткого замыкания проводят при пониженном значении подводимого напряжения U1, так чтобы ток статора I1k находился в пределах (0,25…1,25)I. По измеренным величинам напряжения U1, тока статора I1k и потребляемой мощности Р находят:

полное сопротивление короткого замыкания

активное сопротивление короткого замыкания

;

индуктивное сопротивление короткого замыкания

При измеренной величине R1 можно найти значение приведённого активного сопротивления обмотки ротора R2 1 = Rk — R1. Принимая в режиме опыта к.з.

находят значение Х1 и Х2 ‘ .

Из данных опытов холостой ход и короткое замыкание определяют значение индуктивного сопротивления контура намагничивания:

.

На рисунке 3.12 показана зависимость I1k = f(U1).

Рисунок 3.12 Зависимость тока статора в режиме короткого замыкания от приложенного напряжения

Эта зависимость, при токах I1k> I. Вогнутость начальной части кривой I1k = f(U1) объясняется уменьшением сопротивления Х1 и Х2 ‘ вследствие увеличения насыщение зубцовых слоёв возрастающими потоками рассеяния.

Величину тока короткого замыкания при номинальном напряжении, равную величине начального пускового тока двигателя I1кн=I1п определяют по выражению:

,

где — ток короткого замыкания при наибольшем напряжении, достигнуто в опыте;

— смотри рис 3.12.

Предполагая, что практически отношение токов короткого замыкая пропорционально напряжениям, мощность Р пересчитывают пропорционально квадрату напряжений:

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.003 с) .

Что такое режим короткого замыкания асинхронного двигателя

8-9. ОПЫТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

а) Асинхронные двигатели

Опыт короткого замыкания для асинхроного двигателя позволяет сделать проверку паек и соединений по нагреву Кроме того, этот опыт позволяет проверить качество заливки короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей Если есть дефекты зачивки (трещины, неза-литые пазы), то при поворачивании ротора ток короткого замыкания статора будем менять свою величину

Для проведения опыта необходим источник трехфазного напряжения с регулировкой в пределах от 0,1 UH до UH, где Us — номинальное напряжение испытуемого двигателя Двигатель включается на это напряжение через измерительную схему, позволяющую измерять токи по фазам, напряжение фаз и мощность, потребляемую двигателем Ротор двигателя должен быть заторможен. Фазный ротор должен быть замкнут накоротко

Читать еще:  Что если утеплить двигатель кашмой

Регулировкой напряжения устанавливается ток короткого замыкания, равный номинальному При поворачивании ротора проверяется, как изменяется статорный ток, и записываются наибольшая и наименьшая величины его, напряжение на обмотке двигателя, мощность, потребляемая двигателем

После записи указанных данных следует выключить переменный ток и измерить сопротивление обмоток для того, чтобы знать, при какой температуре обмоток измерена мощность, потребляемая двигателем Эти данные нужны для сравнения полученных результатов с результатами измерений при предыдущих ремонтах двигателя

Неизменность данных опыга короткого замыкания, а также данных измерений при холостом ходе будет свидетельствовать о неизменных характеристиках двигателя

Опыт короткого замыкания следует совместить с испытанием на перегрузку по току, которая согласно ГОСТ 183-55 для бесколлекторных машин переменного тока (асинхронных, синхронных) производится при токе 1,5 /н, где /в — номинальный ток в течение 1 мин для

машин мощностью до 0,6 кет и 2 мин для машин мощностью выше 0,6 кет *.

Во время испытания не должен иметь место значительный местный нагрев отдельных паек, соединений, контактов и т. д.

б) Машины постоянного тока

Опыт короткого замыкания для машин постоянного тока проводится в генераторном режиме Он дает возможность проверить под током все цепи рабочего тока двигателя и отрегулировать коммутацию Ч Для приведения машины во вращение нужен двигатель мощностью около 0,2—0,3 от мощности испытуемой машины с передачей, обеспечивающей номинальную скорость вращения испытуемой машины. Для проведения испытания якорную цепь машины, включая добавочные полюсы и последовательную обмотку, замыкают вначале через небольшое сопротивление, порядка 2—3 RHK (где Яяк — сопротивление якорной цепи), и пускают машину ери отключенной обмотке возбуждения. Щетки должны быть предварительно притерты и установлены на нейтраль.

Если при разгоне машины будет обнаружен сильный рост тока (самовозбуждение), то следует выключить последовательную обмотку или перевернуть ее, добиваясь такого положения, чтобы при полном закорачивании цепи якоря или минимальной величине сопротивления на его зажимах можно было устойчиво регулировать ток якорной цепи путем регулирования незначительного тока возбуждения. В цепи якоря желательно иметь выключатель для разрыва цепи в случае самовозбуждения машины.

Подняв ток якорной цепи до номинальной величины, можно приступить к регулировке коммутации машины.

Регулировку производят методом подпитки током добавочных полюсов. При этом методе параллельно к обмотке добавочных полюсов включается регулируемый источник постоянного тока, позволяющий усиливать и ослаблять ток в обмотках добавочных полюсов. Наблюдая, при каком усилении и ослаблении появляется искре-

* Синхронные машины, кроме того, должны выдерживать ударный ток короткого замыканич См ГОСТ 183-55

1 Если есть возможность дать машине полную нагрузку, тс наладку коммутации следует делагь при этом режиме

‘1 а б л и ц а 8-5

Шкала степеней искрения (классов коммутации) по ГОСТ 183-55

ние для машин, имеющих безыскровую коммутацию, или усиливается искрение, если машина не имеет безыскровой коммутации, можно определить зону наилучшей коммутации и среднее значение подпитки (усиление или ослабление), при которых машина имеет наилучшую коммутацию. В соответствии с найденным значением подпитки регулируется зазор под добавочным полюсом (т. е. если требуется усиление тока в обмотке добавочных полюсов, зазор уменьшается, и наоборот), а в редких случаях изменяется обмотка добавочных полюсов.

В условиях ремонта проведение опыта подпитки не всегда осуществимо, поэтому, если машина искрит не сильно (не выше степени l’/г) и проведены все мероприятия (см. § 6-1), то можно даже для машин с добавочными полюсами попробовать незначительно сдвинуть траверсу’ в обе стороны от нейтрали. При этом может быть найдено положение, улучшающее коммутацию.

Если же искрение сильное (степень 2 и более), несмотря на то, что выполнены все рекомендации, то следует прибегнуть к опыту подпитки.

Оценка коммутации проводится в соответствии с ГОСТ 183-55 по шкале степеней искрения (табл. 8-5).

Опыт короткого замыкания следует совместить с испытанием на перегрузку при токе, равном 1,5 /н, в течение 60 сек (ГОСТ 183-55).

При этом испытании следует проверить все соединения, контакты, щеточную арматуру, доступные места паек в катушках, якоре и т. д. на отсутствие недопустимого местного перегрева.

Экспериментальное исследование влияния асинхронного электродвигателя на ток короткого замыкания в низковольтной электроустановке

Главная > Исследование

Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Экспериментальное исследование влияния асинхронного электродвигателя на ток короткого замыкания в низковольтной электроустановке

Ю.П. Гусев, В.В. Кудинов, Г.Ч. Чо

ГОУВПО «Московский энергетический институт (технический университет)»

Приведены результаты серии экспериментов, проведенных на реальной электроустановке напряжением 0.4 кВ, подтвердившие возникновение эффекта снижения тока в цепи короткого замыкания примерно через 20 — 40 мс после его возникновения, вызванного асинхронными двигателями (АД). Предложены критерии целесообразности учёта влияния АД, при расчете токов короткого замыкания для проверки чувствительности защитных аппаратов.

Общеизвестно, что асинхронные двигатели (АД) увеличивают ток в начальный момент электрически близкого к ним короткого замыкания (КЗ). Рекомендованная ГОСТ методика расчета КЗ [1] устанавливает, что ток подпитки АД места КЗ максимален в начальный момент КЗ, а затем уменьшается, асимтотически стремясь к нулевому значению. Такое положение, вполне справедливое для электроустановок напряжением выше 1 кВ, для электроустановок напряжением до 1 кВ может стать причиной существенных ошибок. На кафедре «Электрические станции» «МЭИ (ТУ)» проведено расчетно-теоретическое исследование переходных процессов в электроустановках с АД напряжением 0.4 кВ, показавшее, что в реальных условиях АД увеличивают ток КЗ лишь первые 20 – 40 мс после возникновения КЗ. Затем ЭДС АД уменьшается и направление тока в цепи АД меняется на противоположное, АД начинает шунтировать цепь КЗ. Пренебрежение шунтирующим эффектом АД может привести к неселективной работе защитных аппаратов, к повышенным тепловым нагрузкам на силовое оборудование, к пожарам на кабельных линиях. В тех случаях, когда благодаря большим значениям коэффициента чувствительности защитные аппараты своевременно отключают поврежденные цепи, не учет шунтирующего эффекта АД приводит к завышению расчетного значения интеграла Джоуля [2] и, как следствие, к неоправданно большим запасам оборудования и проводников по термической стойкости.

Читать еще:  Что такое капремонт дизельного двигателя

Для проверки расчётно-теоретических исследований была проведена серия экспериментов с имитацией КЗ на экспериментальной электроустановке, созданной на базе ТЭЦ МЭИ, рис. 1. В состав электроустановки вошли лабораторный автотрансформатор (АТ) с переменным коэффициентом трансформации мощностью 15 кВА, асинхронный двигатель (М) мощностью 4 кВт типа 4А100S2УЗ. Автотрансформатор АТ подключен к сборке 0,4 кВ лаборатории электрического цеха ТЭЦ МЭИ.

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной электроустановки

Сбор экспериментальных данных осуществлялся с помощью компьютера и многоканального аналого-цифрового преобразователя Е330, с периодом оцифровки 50 микросекунд. Управление модулем осуществлялось с помощью установленной на компьютере специализированной программы GUMETERS, разработанной на кафедре «Электрические станции» ГОУВПО «МЭИ (ТУ)». Регистрация сигналов осуществлялась с помощью датчиков тока, использующих эффект Холла, и с помощью резистивных делителей напряжения. Для имитации коротких замыканий разной электрической удаленности использовалось быстрое изменение коэффициента трансформации АТ, вызывавшее скачкообразное уменьшение напряжения на выводах АД. Малая продолжительность коммутации достигалась отключением выключателя QF1 от действия токовой отсечки при включении выключателя QF2, рис.1.

Была проведена серия экспериментов с мгновенными изменениями напряжения АД со 100% на 69%, 54% и 43%, соответствующими металлическим КЗ разной удаленности и дуговым КЗ. За 100% напряжения принято 380 вольт. В ходе экспериментов регистрировались мгновенные значения фазных токов АД и мгновенные значения напряжений на выводах вторичной обмотки АТ.

Для получения уточненных значений параметров АД, используемого в экспериментах, были проведены дополнительные опыты пусков АД, рис. 2.

В начальный момент пуска ток АД составил 7,5 о.е., по отношению к номинальному току АД, и постепенно снижался до 1 о.е. по мере увеличения частоты вращения ротора АД. По величине снижения напряжения в процессе разворота АД уточнены параметры цепи питания АД.

На рис. 3 представлены осциллограммы тока и напряжения, при мгновенном снижении напряжения на вторичной обмотке АТ до 0,43 U LV

Аналогичные осциллограммы были получены в ходе экспериментов при снижении напряжения на вторичной обмотке АТ до 0,54 U LV и до 0,69 U LV . Во всех исследованных случаях резкое снижение напряжения сопровождается кратковременным увеличением тока в статорной обмотке АД, обычным для начального момента КЗ. По мере затухания апериодических составляющих тока в роторных контурах, ток в статорных обмотках двигателя снижается и меняется его начальная фаза.

Рис. 2. Осциллограмма пуска двигателя 4А100S2УЗ: а) ток фазы С;

б) напряжение фазы С на выводах двигателя.

Рис. 3. Переходный процесс при снижении напряжения до 0,43 U LV :

а) ток фазы С; б) напряжение фазы С на выводах АД

Используя мгновенные значения фазных токов и фазных напряжений, был произведён анализ взаимного положения векторов тока статора АД и напряжения на выводах АД. В предшествующем КЗ режиме АД угол между векторами тока и напряжения близок к  НОМ и зависит от загрузки АД. По модулю вектор напряжения превышал вектор сверхпереходной ЭДС. Резкое снижение напряжения на вторичной обмотке АТ вызвало уменьшение модуля и изменение фазы вектора напряжения в сторону увеличения углового сдвига φ. При этом модуль сверхпереходной ЭДС АД оказался больше модуля напряжения и двигатель начал подпитывать место КЗ. По мере затухания свободных процессов в роторных контурах АД уменьшался модуль и фаза вектора сверхпереходной ЭДС в сторону снижения угла  при постоянном векторе напряжения. Через 30 миллисекунд, вектора напряжения и сверхпереходной ЭДС стали одинаковыми по модулю, но вектор ЭДС продолжает уменьшаться. С этого момента АД перешёл из режима подпитки в режим шунтирования КЗ.

По результатам проведённых экспериментов и сопоставления их с результатами расчёта был подтверждён факт существования эффекта шунтирования двигателем ветви КЗ. Было проведено сопоставление экспериментальных данных с расчетно-теоретическими, подтвердившее адекватность математической модели реальной установке с приемлемой для исследований точностью. На основе проведенных исследований можно сделать вывод о целесообразности учета шунтирующего эффекта АД при расчете токов КЗ в низковольтных электроустановках для моментов времени превышающих 20 миллисекунд. Наиболее существенно шунтирующий эффект АД проявляется при КЗ с остаточными напряжениями на сборках с АД от 0,25 – 0,5 U ном , типичных для дуговых КЗ.

Для уточнения методики необходимо продолжить исследование в направлении уточнения влияния электрической дуги на шунтирующее действие АД.

ГОСТ Р 50270-92 Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением до 1кВ. — М.: Изд-во стандартов, 1993 – 59 с.

ГОСТ Р 50254-92 Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта электродинамического и термического действия тока короткого замыкания. — М.: Изд-во стандартов, 1993 – 57 с.

111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д.14, т. (095) 362-78-72, (501) 431-58-78

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector