ОБОСНОВАНИЕ  ВЫБОРА  Т-ОБРАЗНОЙ  СХЕМЫ  ЗАМЕЩЕНИЯ  АСИНХРОННОГО  ДВИГАТЕЛЯ  ПРИ  ОЦЕНКЕ  УСТОЙЧИВОСТИ  УЗЛОВ  СИСТЕМ  ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ  С  АСИНХРОННОЙ  НАГРУЗКОЙ

Сатпаев  Дмитрий  Сергеевич

студент  4  курса,  кафедра  Электроснабжение  промышленных  предприятий  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E-mail: 

Иващенко  Александра  Валерьевна

студент  3  курса,  кафедра  Электроснабжение  промышленных  предприятий  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E -mail:  sandra_ivashenko@mail.ru

Новикова  Светлана  Юрьевна

студент  3  курса,  кафедра  Электроснабжение  промышленных  предприятий  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E -mail:  svetlanchik_novikova@mail.ru

Розинкин  Данил  Анатольевич

студент  4  курса,  кафедра  Электроснабжение  промышленных  предприятий  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E -mail:  danil_2@mail.ru

Планков  Александр  Анатольевич

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  старший  преподаватель  ОмГТУ,  РФ,  г.  Омск

E-mail: 

При  исследовании  статической  устойчивости  узла  с  асинхронной  нагрузкой  с  целью  определения  характеристик  асинхронного  двигателя  (АД)  и  исследования  его  статической  устойчивости  необходимо  рассчитать  параметры  АД,  для  чего  используется  схема  замещения  двигателя.

Наиболее  полно  характеристики  АД  и  эффекты,  происходящие  в  нем,  отражает  Т-образная  схема  замещения  асинхронной  машины  (рисунок  1).  Она  позволяет  найти  точные  расчетные  формулы  для  всех  величин,  характеризующих  электромагнитные  процессы  в  машине  [3].  Т-образная  схема  замещения  состоит  из  трех  цепей:  статорная  цепь,  роторная  цепь  и  цепь  намагничивания  [7].  Электромагнитными  параметрами  при  анализе  Т-образной  схемы  замещения  являются  активное  сопротивление  R₁  и  индуктивность  L₁  статора,  активное  сопротивление  R₂`  и  индуктивность  L<sub>2</sub>`  ротора,  активное  сопротивление  R_m  и  индуктивность  L_m  цепи  намагничивания  [8].

Однако  в  настоящее  время  в  инженерных  расчетах  для  упрощения  математических  операций  используют  Г-образную  (рисунок  2)  и  упрощенную  Г-образную  (рисунок  3)  схемы  замещения  АД  [3,  1].

Рисунок  1.  Т-образная  схема  замещения  асинхронного  двигателя

Рисунок  2.  Г-образная  схема  замещения  асинхронного  двигателя

Рисунок  3.  Упрощенная  Г-образная  схема  замещения  асинхронного  двигателя

Данное  упрощение  производится  на  основании  анализа  соотношений  между  параметрами  Т-образной  и  Г-образной  схем  замещения  [3].  В  ходе  анализа  Г-образной  схемы  замещения  АД  ветвь  намагничивания  «выносится»  к  месту  приложения  напряжения  U_d.  При  переходе  от  Т-образной  схемы  к  Г-образной  используется  коэффициент  преобразования  [2],  что  может  вносить  погрешность  в  расчет  параметров  АД.  При  расчете  Г-образной  схемы  изменение  нагрузки  не  влияет  на  намагниченный  ток,  и,  следовательно,  в  номинальном  режиме  он  оказывается  завышенным  примерно  на  5  %  [3].

При  изучении  статической  устойчивости  асинхронной  нагрузки  Г-образная  схема  замещения  обычно  упрощается  [5].  Упрощенная  Г-образная  схема  замещения  достаточно  точна  только  при  идеальном  холостом  ходе:  скольжении  s=0  [3].  В  схеме  не  учитываются:  коэффициент  преобразования,  активное  сопротивление  ветви  намагничивания  R_m,  реактивное  сопротивление  статора  X_1,  активное  сопротивление  статора  R₁=0.  В  результате  чего  может  возникнуть  погрешность  при  вычислении  токов,  перетоков  активных  и  реактивных  мощностей  в  АД.

Кроме  того,  как  отмечается  в  [5],  переход  от  Т-образной  схемы  замещения  к  упрощенной  Г-образной  приводит  к  погрешности  3—5  %  в  определении  силы  тока  ротора.  На  величину  вращающего  момента  оказывают  влияние  вихревые  токи  в  стержнях  ротора  и  нелинейность  магнитных  характеристик  статора  [3].  Использование  Т-образной  схемы  замещения  позволяет  повысить  точность  расчета  вращающего  момента  асинхронного  двигателя  для  номинального  режима  на  5  %  по  сравнению  с  расчетом  по  Г-образной  схеме  замещения  [1].

Исходя  из  вышеизложенного,  необходимо  провести  сравнительный  анализ  результатов  расчетов  параметров  АД  и  его  характеристик  при  использовании  различных  схем  замещения:  Т-образной,  Г-образной  и  упрощенной  Г-образной.  При  этом  в  расчет  вносятся  дополнительные  допущения  [5]:

1.  Расчет  производится  для  эквивалентного  двигателя  (ЭД).

В  реальных  случаях  нагрузка  в  узле  многообразна,  при  этом  возможно  наличие  сразу  нескольких  АД  с  различными  параметрами.  Поэтому  при  исследовании  устойчивости  узла  рассматривается  ЭД  с  усредненными  параметрами  [4].

2.  Расчет  производится  для  новых  машин,  которые  только  выпущены  заводом-изготовителем  и  не  имеют  дефектов  [7,  8,  6],  например,  витковых  и  межвитковых  замыканий,  повреждений  поверхности  электротехнической  стали,  нарушения  балансировки  ротора.

3.  Режим  работы  АД  считается  симметричным,  поэтому  расчет  производится  для  одной  фазы  двигателя  без  взаимного  влияния  на  другие  фазы.

4.  Согласно  [5],  в  схемах  замещения  АД  не  учитывается  активное  сопротивление  ветви  намагничивания  R_m.

Расчет  параметров  схем  замещения  производился  для  АД  0,4  кВ,  параметры  которых  представлены  в  таблице  1  [5].

Таблица  1. 

Паспортные  данные  АД

По  исходным  данным  были  рассчитаны  токи  и  перетоки  реактивных  мощностей  в  ветвях  схем  замещения  АД,  определены  погрешности  расчетов  при  переходе  от  Т-образной  схемы  замещения  АД  к  Г-образной  и  упрощенной  Г-образной  схемам  замещения  АД  соответственно.  Результаты  расчетов  сведены  в  таблицы  2—5,  а  также  отражены  на  графиках  (рисунок  4  и  рисунок  5)  [5].

Таблица  2. 

Результаты  расчета  токов  в  ветвях  схем  замещения  АД

Таблица  3. 

Погрешности  расчета  токов  в  ветвях  схем  замещения  АД  относительно  Т-образной  схемы  замещения

Таблица  4. 

Погрешности  расчета  перетоков  реактивных  мощностей  в  ветвях  схем  замещения  АД  относительно  Т-образной  схемы  замещения

Таблица  5. 

Результаты  расчета  перетоков  реактивных  мощностей  в  ветвях  схем  замещения  АД

Рисунок  4.  Погрешности  расчета  токов  в  ветвях  схем  замещения  АД  относительно  Т-образной  схемы  замещения

Рисунок  5.  Погрешности  расчета  перетоков  реактивных  мощностей  в  ветвях  схем  замещения  АД  относительно  Т-образной  схемы  замещения

Расчеты  показали  [5],  что  при  переходе  от  Т-образной  схемы  замещения  АД  к  Г-образной  в  расчетах  токов  в  ветвях  АД  возникает  погрешность  от  3,1  до  5,8  %  в  зависимости  от  мощности  двигателя  и  от  5,3  до  7,6  %  —  при  расчете  перетоков  реактивных  мощностей.  При  переходе  от  Т-образной  схемы  замещения  АД  к  упрощенной  Г-образной  погрешность  в  расчетах  составила  от  8,1  до  9,8  %  и  от  11  до  13,7  %  соответственно.

Следовательно,  при  исследовании  статической  устойчивости  узла  с  асинхронной  нагрузкой  расчеты  необходимо  выполнять  для  Т-образной  схемы  замещения  АД  [5].  Это  позволит  повысить  точность  расчетов  критического  напряжения,  что  в  настоящее  время  имеет  большое  значение  для  предприятий  промышленности.

Список  литературы:

1.Винокуров  М.Р.  Повышение  точности  расчета  вращающего  момента  асинхронного  двигателя  с  учетом  поверхностного  эффекта  в  стержнях  ротора  [Текст]  /  М.Р.  Винокуров,  А.А.  Моисеенко,  Н.Ю.  Масловцева  Днепродзержинск:  Вестник  ДГТУ.  №  5(56).  2011.

2.Вольдек  А.И.  Электрические  машины.  Машины  переменного  тока  /  А.И.  Вольдек,  В.В.  Попов.  Л.:  Изд-во  Питер,  2008.  —  350  с.

3.Иванов-Смоленский  А.В.  Электрические  машины.  В  2-х  т.  Том  1:  Учебник  для  вузов.  2-е  изд.,  перераб.  и  доп.  М.:  Издательство  МЭИ,  2004.  —  656  с.,  ил.

4.Планков  А.А.  Влияние  электроприемников,  искажающих  синусоидальность  формы  кривой  напряжения  и  тока,  на  значение  критического  напряжения  при  оценке  устойчивости  узла  с  асинхронной  нагрузкой  [Текст]  /А.А.  Планков,  Д.С.  Осипов,  А.В.  Бубнов,  С.Ю.  Долингер  Омск:  Омский  научный  вестник.  —  №  3  (103).  —  2011.  —  С.  225—228.

5.Планков  А.А.  Учет  несинусоидальности  напряжения  при  исследовании  устойчивости  узлов  систем  электроснабжения  с  асинхронной  нагрузкой:  Дис.  на  соиск.  уч.  степ.  канд.  техн.  наук  /  А.А.  Планков  Омский  государственный  технический  университет,  Омск,  2013.  —  125  с.

6.Родькин  Д.И.,  Ромашихин  Ю.В.  Возможности  энергетического  метода  в  задачах  идентификации  параметров  асинхронных  двигателей  [Текст]  //  XIV  мiжнар.  наук.-техн.  конф.  «Проблеми  иавтоматизованного  електроприводу.  Теорiя  i  практика».  Сборник  научных  трудов  Днепродзержинского  государственного  технического  университета.  Днепродзержинск:  ДГТУ,  2007.  —  С.  507—512.

7.Ромашихин  Ю.В.  Алгоритмы  работы  системы  идентификации  электоромагнитных  параметров  асинхронных  двигателей  /  Ю.В.  Ромашихин  Електромеханічні  і  енергозберігаючі  системи  [Текст]  :  наук.-вироб.  журн./  Кременчуц.  держ.  політехн.  ун-т  ім.  М.  Остроградського,  Ін-т  електромеханіки,  енергозбереження  і  комп'ютерних  технологій.  Кременчуг,  2008.  —  С.  56—59.

8.Ромашихин  Ю.В.  Обоснование  схем  замещения  асинхронных  двигателей  в  задачах  идентификации  их  электромагнитных  параметров  /  Ю.В.  Ромашихин,  Д.И.  Родькин  Електромеханічні  і  енергозберігаючі  системи  [Текст]  :  наук.-вироб.  журн./  Кременчуц.  держ.  політехн.  ун-т  ім.  М.  Остроградського,  Ін-т  електромеханіки,  енергозбереження  і  комп'ютерних  технологій.  Кременчуг,  2007.  —  С.  40—48.