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风电厂电气系统第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择 和自启动校验风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验教学内容本节教学内容一、厂用机械特性和电力拖动运动方程二、厂用电动机的类型及其特点三、厂用电动机选择四、电动机的自启动校验首页风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验一、厂用机械特性和电力拖动运动方程一、厂用设备的机械特性和电力拖动方程 1. 厂用设备的机械特性 发电厂中厂用机械设备的负载转矩特 性可归纳为两种类型示。 恒转转矩负载负载 :即该设备该设备 的负载负载 转转矩(阻转转矩)M*m与转转速n*无关,M*m f(n*)特性为为一水平直线线,如图图5-10中直 线线1所示。火电电厂中属于这类这类 机械的有碎 煤机、磨煤机、绞车绞车 、起重机等。 非线性转矩负载:该类设备的负 载转矩与转转速的二次方或高次方成比例, 如图图5-10中曲线线2所示。图5-10风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验M*m0与转转速无关的摩擦起始负载转负载转 矩标标幺值值,一般 取0.15; a 指数,与机械设备型式有关。 M*m=0.15+0.85例如:通风型负载转矩与转速的二次方成比例,即:非线线性负载转负载转 矩特性可用下式表示: 一、厂用机械特性和电力拖动运动方程风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验 电力拖动方程 电动电动 机产产生的电电磁转转矩Me(Nm)克服机械负载负载 阻转转矩 Mm(Nm)后的剩余转转矩,便会使机械传动传动 系统产统产 生加速运动动 ,其旋转转运动动方程为为 :电动电动 机的机械角速度: (rad/s) 2n/60。机组组的转动惯转动惯 量J(kgm2)常采用飞轮惯飞轮惯 量GD 2(nm2) 来表示,即: 一、厂用机械特性和电力拖动运动方程风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验(5-19)由实用计算运动方程式(5-19)可分析电动机的工作状况:1) MeMm时,dn/dt =0,则n =0或n =常数,拖动系统(电动 机)处于静止或稳定运行状态(等速旋转); 2) MeMm时,dn/dt0,拖动系统处于加速状态; 3) MeMm时,dn/dt0,拖动系统处于减速状态。 一、厂用机械特性和电力拖动运动方程风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验二、厂用电动机的类型及其特点 发电发电 厂厂用电电系统统中使用的电动电动 机有异步电动电动 机、同步 电动电动 机和直流电动电动 机三类类。1. 异步电动机 异步电动电动 机的机械特性是 指电动电动 机的电电磁转转矩Me与转转 速n之间间的关系,即M*ef(n*) ,如图图5-11所示。 图5-11二、厂用电动机的类型及其特点风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验(1) 异步电动电动 机能够顺够顺 利启动动的条件是:电动电动 机的启动转动转 矩M*e0必须须大于被拖动动机械在n*0时时的起始负负荷阻 转转矩M*m0;在启动过动过 程中的任一转转速下都应应有M*eM*m,使剩余转转矩为为正。直到 电动电动 机的M*e f(n*)与被拖动动机械的M*mf(n*)相等的稳稳定工作点上,如图图 5-11中的1点或2点处处,才能稳稳定运行。 (2) 异步电动电动 机的特点:1) 异步电动电动 机的启动动,一般采用直接启动动方式。该该启动动方式启动转动转 矩大,启动电动电 流也大,会引起厂用系统电压统电压 下降和电动电动 机本身发热发热 ,所以 需进进行启动动校验验。 2)鼠笼式异步电动机分为单鼠笼式(结构简单,可靠,启动电动电 流大) ,深槽式和双鼠笼式。后两种具有启动转矩大、启动电流小等较好的启动性 能。 3) 线绕式异步电动机调速性能好,可采用转子电路内引入感应电动势 实现串级调速,也可采用在转子电路串接调节电阻,借调节电阻在一定范围 内调整转速、启动转矩和启动电流。 二、厂用电动机的类型及其特点风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验二、厂用电动机的类型及其特点2. 同步电动机 同步电动机有一套励磁系统,可以工作在“超前”或“滞后” 的不同工作状态,调整厂用电系统的功率因数。同步电动机的 转矩与电压成正比(异步电动机的转矩与电压的平方成正比),对 电压波动不太敏感,运行稳定性好。但是,同步电动机的结构 复杂、价格较高,且启动、控制较麻烦。所以,在厂用电系统 中,只在大功率低转速的机械设备上有时采用。 3. 直流电动机 直流电动机的特点是:借助调节磁场电流,可在大范围内 均匀而平滑的调速;启动转矩大;不依赖厂用交流电源。但其 结构复杂、成本高、维护量大和工作可靠性较差。所以,直流 电动机用于拖动对调速性能和启动性能要求较高的厂用机械。 风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验三、厂用电动机选择三、厂用电动机选择 厂用电动机主要根据功率大小、启动转矩要求和调速要求 进行合理选择。 型式选择 a) 厂用电动机一般采用交流鼠笼式异步电动机; b) 对于反复、重载启动或小范围内调速的机械,如吊车,抓斗 机等可选用线绕式异步电动机或同步电动机; c) 对于要求在很大范围内调节转速或当厂用交流电源消失后仍 要求工作的设备采用直流电动机。 厂用电动机的防护型式应与周围环境条件相适应:屋内 干燥无尘场所可使用开启式;空气清洁而有滴落水滴的场所 宜使用防护式;尘埃较多、潮湿和水土飞溅的场所应使用封 闭式;有爆炸性气体的场所要使用防爆式。 风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验 电压、转速和容量选择a) 电动机的电压应与厂用供电网络电压相一致; b) 电动机的转速应满足被拖动机械设备的要求; c) 电动机的额定容量PN必须满足在额定电压和额 定转速下满载工作的机械设备的轴功率Ps,并 留有适当的储备,即: PNPs 三、厂用电动机选择风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验四、电动机的自启动校验 1. 电动机的自启动及其分类和要求 电动机的自启动 当电电源突然消失或厂用电压电压 降低时时,一些重要机械的电电 动动机并不立即断开,电动电动 机转转速就会下降(称为为惰行),甚至停 转转,若在很短时间时间 (一般为为1s左右)内,厂用电压电压 又恢复或备备用 电电源自动动投入,电动电动 机从惰行又自动动启动动恢复到稳稳定运转转状 态态,这这一过过程称为电动为电动 机的自启动动。 电动机自启动的意义 重要厂用机械的电动机参加自 启动,保证了不因厂用母线的暂时 失压而使发电机组被迫停机。减少 了停电造成的经济损失,对电力系 统的可靠、安全和稳定运行有重要 意义。 图5-14风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验四、电动机的自启动校验异步电动电动 机的转转矩M*e与其端电压的平方U*2成正比。随着电 压下降,电动机转矩急剧下降。当U*下降至0.7时,其最大转矩 M*emax相应变为(0.7)221,若电动机所拖动的机械为额定负载 转矩,即M*m1,则此时剩余转矩已变为负值,电动机受到制动 而减速,进入不稳定运行区,最终停转。电动机自启动时电压最低限值,也就是最大转转矩M *emax等 于额定负载转矩(M*m1)的电压,又称为临界电压U*cr ,即:异步电动电动 机的M*emax与电动电动 机的型式和种类类有关,约为约为 1.8 2.4,所以临临界电压电压 U*cr为为0.640.75,即电压电压 下降到额额定值值 的64%75%时时,电动电动 机就开始惰行。 电动机自启动时厂用母线电压最低限值 风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验四、电动机的自启动校验2. 电动机的自启动校验 a) 自启动时产生的问题:成组的电动机自启动时, 由于启动电流较大,会引起厂用电电母线电压线电压 下降,电动电动 机发热发热 。b) 为什么要进行电动机的自启动校验:若参加自启 动的电动机数量过多、总容量较大,则启动电流过大,将 使电压下降过多,电动机会过热,将危及厂用电网络的稳 定运行以及电动机的安全,使自启动失败,造成发电机停 机。因此必须进行电动机自启动校验,以保证厂用电母线 电压在要求的水平。 电动机自启动校验有电压校验和容量校验两种方法。 风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验四、电动机的自启动校验 电动机自启动的厂用母线电压校验 1) 单台电动机自启动或成组电动机自启动动厂用母线电线电 压压校验验。图图5-15所示为为一组电动组电动 机在厂用高压压母线线上进进 行自启动动的电电路及其等效电电路。从等效电电路可得如下关系: 图5-15根据串联分压得自启动开始 瞬间,高压厂用母线电压为: 风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验四、电动机的自启动校验x*m 参加自启动电动机的等值电抗标幺值;I* 参加自启动电动机的启动电流总和的标幺值。 U*0 电源母线电压标幺值,电抗器供电时取1,无载调压变 压器供电时取1.05,有载调压变压器供电时取1.1;U*1 自启动时高压厂用母线电压标幺值;x*t 高压厂用变压器或电抗器的电抗标幺值:风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验四、电动机的自启动校验电动电动 机的启动电动电 流倍数为为K与启动动瞬间间的电电抗x*m的关系:x*m=1/K。 对对于成组电动组电动 机,如果所有自启动电动动电动 机取一平均的启动电动电 流倍数Kav,全部电动电动 机的总总容量为为Sm (kVA),厂用变压变压 器的 容量为为St(kVA),则则全部电动电动 机经经折算后的等值电值电 抗标标幺值值( 以St为为基准)可写为为: 代入得:式中 Pm参加自启动电动动电动 机总总功率(kW); cos 电动电动 机的效率与功率因数的乘积积,一般取0.8; 风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验四、电动机的自启动校验2) 电动机经高压厂用变压器和低压厂用变压器串联自启 动厂用母线电压校验。 图5-16所示为厂用高、低压变压压变压 器串连连,高、低压电动压电动 机同时时自启动动的等 效电电路。假设设厂用高压压母线线原已带带有负负荷S 0,自启动过程中S 0继续运行。 厂用高压压母线电压线电压U *1校验验。在图图5- 16中,所有电压电压 、电电流和电电抗参数均以 高压压厂用变压变压 器额额定容量为为基准。 其中,U*2为为厂用低压压母线电压线电压 的标标幺值值;x*t2为为 低压压厂用变压变压 器电电抗标标幺值值; x*1、x*2分别为别为 自 启动动高、低压电动压电动 机电电抗标标幺值值;I*t1为为自启动动 时时流过过高压压厂用变压变压 器的电电流标标幺值值; I*0、I*1 和I*2分别为别为 原有负负荷电电流标标幺值值及高、低压电压电 动动机自启动电动电 流的标标幺值值。 图5-16风电厂电气系统 第五章 厂用电接线及设计第五节 厂用电动机的选择和自启动校验四、电动机的自启动校验电动机自启动时,电压方程为: U*0U*1I*t1 x*t1(I*0+ I*1+I*2)x*t1 及 和以S0为基准的原已带有的负荷等值电抗的标
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