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1、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，
2、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
3、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
4、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、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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
