Нагрев асинхронного двигателя при пуске

[sergey zhukov]

Есть мощный асинхронный двигатель (500 кВт), который пускается через устройство плавного пуска (УПП). При запуске двигателя выяснилось, что даже через УПП его пусковой ток (~ 3 Iном) настолько велик, что напряжение питания на вводе в УПП при пуске падает примерно на 25%.

Встал вопрос - может ли двигатель нормально пускаться в таких условиях? В основном интересовало, не перегреется ли он или УПП, если пуск будет затягиваться из-за недостаточного напряжения при пуске?

Я посмотрел теорию. Там утверждается, что момент двигателя пропорционален мощности омических потерь ротора. В самой упрощенной эквивалентной схеме асинхронного двигателя током намагничивания пренебрегают, так что ток статора просто пропорционален току ротора. Значит, момент двигателя пропорционален мощности всех омических тепловых потерь в двигателе.

Если рассматривается запуск двигателя со свободным ротором, т.е. момент нагрузки равен нулю (это наш случай), то скорость двигателя будет пропорциональна интегралу момента двигателя, а количество выделившегося омического тепла - интегралу мощности омических потерь, т.е. опять же интегралу момента двигателя. Отсюда получаем, что общее количество омического тепла, которое выделится в асинхронном двигателе при его пуске в условиях отсутствия нагрузки на валу, не зависит от времени его разгона. И то же самое примерно верно для тепловых потерь в УПП.

Т.е, при разгоне свободного асинхронного электродвигателя нас вообще не волнует, какое в нему приложено напряжение и как оно меняется, т.е. как настроен УПП и какова просадка напряжения при пуске. Суммарное тепловыделение в двигателе за весь пуск в любом случае будет одинаково. При принятых упрощениях, конечно (пренебрежение током намагничивания, отсутствие нагрузки на валу, УПП считается регулятором амплитуды синусоидального напряжения, нет потерь в железе и его насыщения).

Верно это хотя бы в первом приближении?

[Dmitriy40]

Постоянства выделившийся энергии недостаточно, есть большая разница выделятся скажем 1ГДж за 1 секунду или за 1 год. В первом случае оборудование может и сгореть.

[Emergency]

Похоже, что ваша сеть не рассчитана на такие пусковые токи.

[sergey zhukov]

Dmitriy40
Это верно. Я к тому, что из этих рассуждений следует, что пуск двигателя на пониженном напряжении во всяком случае не опаснее, чем на номинальном, и что затяжной пуск в общем ничем не грозит. Можно даже привести доводы в пользу низкого напряжения. Например - пониженная мощность тепловыделения, что позволяет теплопроводности сглаживать карту температур и даже успевать отводить тепло.

[Emergency]

sergey zhukov в сообщении #1513624 писал(а):

и что затяжной пуск в общем ничем не грозит

Видел видео пуска какого-то супер-пупер мощного двигателя... Его раскрутка занимает несколько часов.

[Dmitriy40]

sergey zhukov в сообщении #1513624 писал(а):

Можно даже привести доводы в пользу низкого напряжения. Например - пониженная мощность тепловыделения, что позволяет теплопроводности сглаживать карту температур и даже успевать отводить тепло.

А вот это не всегда, например для импульсных источников питания (а как устроено ваше УПП неизвестно) работа при пониженном входном напряжении более опасна чем при повышенном — из-за увеличения входных токов при сохранении потребляемой мощности (прилично элементов греются линейно или даже квадратично по току и вообще без привязки к напряжению). У вас же и мощность выше. Конечно вряд ли мегаватное УПП устроено как обычный импульсный источник, но всё же и для него режим работы при пониженном напряжении может быть хуже чем при номинальном.

[StepV]

sergey zhukov

sergey zhukov в сообщении #1513613 писал(а):

При запуске двигателя выяснилось, что даже через УПП его пусковой ток (~ 3 Iном) настолько велик, что напряжение питания на вводе в УПП при пуске падает примерно на 25%.

У наших электриков на предприятии в таком режиме двигатель проработал два года, потом они задумались, что этому может быть причина. Проверили подключение, фазы были подсоединены не в той последовательности. Но двигатель ревел, грелся, но работал. Подключили фазы правильно, двигатель теперь работает, только урчит от удовольствия.

[amon]

sergey zhukov в сообщении #1513613 писал(а):

асинхронный двигатель (500 кВт), который пускается через устройство плавного пуска

Про УПП бы знать чего - как он устроен, и про двигатель - он под нагрузкой пускается или без?

Пропустил, пускается без нагрузки. Тогда вопрос об устройстве УПП встает во весь рост.

[EUgeneUS]

StepV в сообщении #1513649 писал(а):

Проверили подключение, фазы были подсоединены не в той последовательности. Но двигатель ревел, грелся, но работал.

тут какой-то подвох.
При подсоединении фаз не в той последовательности, двигатель должен бы крутиться в другую сторону. Ибо магнитное поле будет вращаться в другую сторону.

[statistonline]

amon в сообщении #1513651 писал(а):

Тогда вопрос об устройстве УПП встает во весь рост.

А не может ли УПП быть выполнен совместно с частотным преобразователем? Тогда, исходя из его настроек, будет понятно, почему двигатель сильно греется.

[sergey zhukov]

amon в сообщении #1513651 писал(а):

Пропустил, пускается без нагрузки. Тогда вопрос об устройстве УПП встает во весь рост.

УПП - обычное тиристорное устройство плавного пуска. Называется Electric Drive Solution SS70800B. Никакого частотного регулирования. Просто нарезает синусоиду. Может ограничивать пусковой ток или плавно поднимать напряжение с заданной скоростью. Технически в данной ситуации пуск возможен, нужно только снизить аварийные уставки УПП по минимальному напряжению и увеличить время выдержки до аварии по этому напряжению. Пуск, соответственно, растягивается.

Уточню, что проблем-то с двигателем, да и с УПП пока нет. Температура двигателя просто никак не контролируется, так что неизвестно, что он о таких пусках думает. Я хотел только убедиться, что ему из тепловых соображений должно быть все равно: 5 сек или 10, 380В или 300. В крайнем случае хуже быть не должно. УПП же имеет всякие защиты и температуру свою измеряет, так что ему, думаю, ничего не будет.

[StepV]

EUgeneUS в сообщении #1513654 писал(а):

тут какой-то подвох.
При подсоединении фаз не в той последовательности, двигатель должен бы крутиться в другую сторону.

Думаю подвоха не было. В какую сторону двигатель крутился, так и подключили. Я за наших электриков ничего гарантировать не буду. Я лично знаю об этом случае из-за самого факта, удивившего всех. Сумасшедшая надежность конструкции двигателя. При неправильном подключении не сгорел, а пыхтел, но трудился. А когда правильно подключили, то стал работать отлично.
Я этот случай написал к тому, что часто наши спецы начинают делать крупные и сложные расчеты, а проблемы то, всего два провода перекинуть. Ну, или что-то подобное.
Поэтому мой совет, в первую очередь проверить схему подключения.

[Dmitriy40]

sergey zhukov в сообщении #1513663 писал(а):

Я хотел только убедиться, что ему из тепловых соображений должно быть все равно: 5 сек или 10, 380В или 300.

Вообще говоря зависит от ещё некоторых условий (охлаждения, массы, теплоёмкости, тепловых сопротивлений и т.п.). Смотрите какие могут быть ситуации при разном графике тепловыделения от времени при одинаковой энергии за всё время:
1) Короткий огроменный импульс, потом ниже номинала долго-долго. Расплавится или испарится потому что тепло в первом импульсе не будет успевать отводиться от места выделения.
2) Короткий большой импульс, но не до расплава, потом долго около номинала. Ничего не будет, сначала сильно нагреется где-то внутри, потом тепло растечётся по корпусу и дальше будет рабочая температура.
3) Плавное нарастание выше номинала и долго удержание выше номинала (возможностей системы охлаждения), потом падение ниже номинала. Сгорит, так как постепенно перегреется и температура будет плавно расти до аварии.
4) Плавное нарастание до номинала и удержание не выше номинала произвольное время. Ничего не будет, нагреется и будет работать.

Видите третью ситуацию? При длительной перегрузке тоже может сгореть. Если охлаждения недостаточно для полного отвода тепла при перегрузке.
А в первой может сгореть если предел мощности (а не энергии) превысит некий порог, уже практически независимо от свойств системы охлаждения (они лишь меняют величину порога, но не убирают его полностью).

Из-за наличия третьей ситуации и нельзя так однозначно говорить что мол "дольше — лучше". Лучше, но только если охлаждения достаточно даже для режимов с перегрузкой (тогда 3-я ситуация становится эквивалентной 4-й ситуации). Или если номинал не превышается, как в 4-й ситуации.

Возможны ли первые две ситуации на практике так заочно сказать невозможно, зависит от конструкции двигателя. Может из-за индуктивности бросков тепловыделения и не будет, я не знаю ...
А третья ситуация сильно зависит от возможностей системы охлаждения по длительному отводу тепла выше номинала.

Но если времена и правда 5 или 10 секунд, то не вижу особой разницы, уж полмегаваттный движок должен весить ого-го и этой его теплоёмкости даже недалеко от обмоток вполне хватит поглотить лишние (сверх номинальных) даже 10МДж (мегаватт перегрузки в течении 10с). Массы килограмм в 50 уже хватит удержать повышение температуры в пределах градусов 50, что по идее вполне безопасно. Но лучше прикинуть точнее.


Но вообще понижение напряжения на 25% не столь уж катастрофично, хотя и весьма неприятно, не вам и не двигателю и не УПП, а другим потребителям в той же сети. Особенно если рядом есть жилые здания на той же линии электросети, качество электроэнергии в которых регулируется соответствующим ГОСТ-ом и предел снижения кажется (давно не читал ГОСТ-а) лишь 20%, не 25% или сильнее, а значит могут предъявить претензии (не напрямую, а через поставщика электроэнергии).

[nongma]

EUgeneUS в сообщении #1513654 писал(а):

тут какой-то подвох.
При подсоединении фаз не в той последовательности, двигатель должен бы крутиться в другую сторону.

Всё верно. Очевидно, имелась ввиду неправильная фазировка обмоток(перепутаны начало и конец одной из них). В этом случае двигатель, действительно, может запуститься(и, скорее всего, даже запустится): лично имел с таким дело (27 кВт, запуск по алгоритму "звезда" -> "треугольник"). Пришёл после перемотки, ребята ошиблись немного... Заводится с пол-оборота, но работает так, что рядом страшно стоять. Работал секунд 20, до срабатывания токовой защиты. Как двигатель мог работать в таком режиме 2 года, остаётся загадкой.

[sergey zhukov]

StepV в сообщении #1513667 писал(а):

Я этот случай написал к тому, что часто наши спецы начинают делать крупные и сложные расчеты, а проблемы то, всего два провода перекинуть. Ну, или что-то подобное.

Это я согласен. Так обычно и бывает.
Кстати, ваш двигатель мог и в обратную сторону все это время крутиться. Например, если центробежный насос вращать в обратную сторону, он все равно будет качать, куда нужно. Если особо способные электрики его подключали, то могли на такую мелочь и не обратить внимания. Только, конечно, момент на валу такого насоса будет уже другой. Да и шума от него будет больше.