Использование синхронного двигателя вентиляторной установки как компенсатора реактивной мощности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Политехнический институт (филиал) ФГАОУ ВО «Северо-восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова»

Использование синхронного двигателя вентиляторной установки как компенсатора реактивной мощности

Черенков Н.С.

Понятие источники реактивной мощности (ИРМ) относят к любым устройствам, способным целенаправленно воздействовать на балансе реактивной мощности в электроэнергетической системе или системе электроснабжения объекта. Это воздействие может быть достигнуто увеличением (уменьшением) как генерируемой, так и потребляемой реактивной мощности. Источник реактивной мощности - это обязательно регулируемое устройство, мощность которого изменяется вручную или автоматически, дискретно (ступенями), плавно или плавно-ступенчато. Основным параметром регулирования ИРМ является напряжение в точке его подключения или реактивная мощность нагрузки, для компенсации которой он предназначен, или и то, и другое одновременно. Для повышения чувствительности регулирования в регулятор ИРМ вводят каналы, реагирующие на скорость изменения напряжения или реактивной мощности. Структура органов регулирования ИРМ и реализуемый закон регулирования определяются его назначением. Благодаря возможности регулирования реактивной мощности ИРМ является многофункциональным устройством. вентилятор компенсатор генератор мощность

Шахтные вентиляторные установки главного проветривания. Главная вентиляторная установка предназначена для осуществления подачи в рудник необходимых для нормальной работы людей объемов воздуха. Электродвигатели, приводящие во вращение вентилятор, и сам вентилятор находятся в помещении ГВУ и работают круглосуточно. Там же находится резервный вентилятор того же типа. При работе вентилятора на всасывание (как на всех рудниках Верхнекамского месторождения) им создается разряжение в стволе (вентиляционном), на котором он установлен. В устье, на входе в ствол, других стволов (воздухоподающих) давление воздуха равно атмосферному давлению. Таким образом, создается перепад давления, способствующий поступлению воздуха в рудник.

Вентиляторы соединяются с вентиляционным стволом каналом, по которому откачиваемый из шахты воздух выбрасывается в атмосферу. Электропривод, построенный по схеме синхронно-асинхронного каскада, является наиболее распространенным для вентиляторов главного проветривания рудников и крупных шахт.

Вентилятор главного проветривания приводится во вращение синхронным двигателем (СД), который, в свою очередь, запускается асинхронным двигателем (АД). Главный двигатель - СД - вращает вал вентилятора и обеспечивает максимальную подачу. АД, имеющий угловую скорость в два раза меньшую, обеспечивает пониженную подачу воздуха в момент пуска ГВУ, а также в выходные и праздничные дни.

Для работы вентилятора с максимальной подачей его запуск ведется в два этапа: вначале запускается АД, а затем, при достижении необходимой скорости, запускается СД. При работе с половинной угловой скоростью, т. е. с пониженной подачей воздуха, синхронный двигатель не включается. В этом случае вентилятор вращается от АД.

Применяющиеся в настоящее время осевые вентиляторы естественно превосходят первые разработки по многим параметрам. Разновидности моделей и их размеры позволяют применять этот тип вентиляторов в самых различных целях. Они могут быть использованы для проветривания одиночной выработки, для проветривания части шахты или для работы в качестве главного вентилятора на крупной шахте. Ряд типоразмеров осевых вентиляторов охватывает диапазон диаметров рабочих колес 300 ч 5000 мм.

Модели осевых вентиляторов принято шифровать с помощью букв и цифр. Буквы в шифре вентилятора обозначают: В - вентилятор, О - осевой, Д - двухступенчатый, К - крученые лопатки рабочего колеса, Р - реверсивный, М - модернизированный; цифра - диаметр рабочего колеса в дециметрах ( ВОД-11) или метрах (ВОКР-1,8).

Источники реактивной мощности (ИРМ). В электрических системах ИРМ применяют в сетях напряжением 110 кВ и выше для решения следующих задач:

• снижения потерь активной мощности и электроэнергии;

• регулирования напряжения в узлах нагрузки;

• увеличения пропускной способности линий электропередачи;

• увеличения запасов статической устойчивости линий электропередачи и генераторов электростанций;

• улучшения динамической устойчивости линий электропередачи;

• ограничения перенапряжений;

• симметрирования режима.

Рис. 1. Синусоидальный характер передачи мощности.

При синусоидальном характере передачи мощности, положительные полуволны характеризуют передачу мощности от источника потребителю. При отрицательных полуволнах происходит возврат энергии от потребителя к источнику. Совокупная полная мощность, характеризующая перетоки в энергосистеме, разделяется на активную и реактивную составляющие.

Генерация активной составляющей связана с потреблением мощности нагрузкой и выполнением полезной работы. На выработку активной мощности затрачивается определенный объем первичного энергоносителя на электростанциях. Вторая составляющая связана с обменом энергией между системой и источником.

Появление реактивной мощности (РМ) связано с наличием в системе элементов способных накапливать и отдавать электроэнергию. Такими элементами являются: протяженные линии высокого и сверхвысокого напряжения, конденсаторы связи, кабельные линии, шунтирующие конденсаторы, обладающие значительной емкостью.

В системах электроснабжения промышленных предприятий помимо перечисленного

ИРМ используют с целью компенсации реактивной мощности, потребляемой мощной нагрузкой. Кроме этого, в системах с нелинейной (несинусоидальной) нагрузкой, генерирующей токи высших гармоник, ИРМ могут выполнять и роль фильтрокомпенсирующих устройств.

Регулируемая компенсация реактивной мощности обеспечивается с помощью шунтирующих устройств, подключаемых к шинам подстанции или нагрузки параллельно. Эти устройства можно разделить на две группы. К первой группе ИРМ относятся вращающиеся синхронные машины: синхронные генераторы электростанций, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели. Эти устройства позволяют плавно регулировать реактивную мощность как в режиме генерирования, так и потребления. Ко второй группе относятся статические ИРМ или статические компенсаторы реактивной мощности. К ним относятся конденсаторные батареи, реакторы (но не токоограничивающие), устройства на базе преобразователей (выпрямители, инверторы) с искусственной коммутацией тиристоров или их комбинации.

Конденсаторные батареи способны регулировать генерируемую ими мощность только ступенчато. Для их коммутации (включения, отключения) применяют в сетях до 1000 В - контакторы, а в сетях 6/10 кВ и выше - выключатели либо тиристорные ключи (два тиристора или тиристорных блока, включенных встречно-параллельно).

Реактивную мощность, потребляемую реакторами, можно регулировать как ступенчато, используя для этого такую же, как и для конденсаторов, коммутационную аппаратуру, так и плавно с помощью тиристоров. К особой группе относятся насыщающиеся реакторы, способные плавно изменять потребляемую реактивную мощность параметрически без регулятора в зависимости от приложенного к нему напряжения в точке подключения. В большинстве системных задач и тем более для систем электроснабжения промышленных предприятий должны применяться ИРМ, способные генерировать реактивную мощность. К таким ИРМ относятся синхронные машины и конденсаторные батареи. Однако первые, обладая способностью плавно регулировать реактивную мощность (их достоинство), имеют большую инерционность, обусловленную постоянной времени системы возбуждения, что является их недостатком. Конденсаторные батареи, особенно коммутируемые тиристорами, обладают высоким быстродействием (10?20 мс) при ступенчатом регулировании реактивной мощности. В ряде задач, например, обеспечения статической устойчивости ступенчатое регулирование практически неприемлемо. Решение проблемы - применение комбинированных ИРМ, которые способны при высоком быстродействии плавно регулировать реактивную мощность. Такие ИРМ обычно состоят из регулируемой ступенчато конденсаторной батареи и плавно регулируемого реактора, включенных параллельно.

Синхронный компенсатор. Синхронные компенсаторы применяются в качестве генераторов реактивной мощности для повышения коэффициента мощности нагрузки предприятий, а также для регулирования величины напряжения. Они отличаются от синхронных двигателей более легкой конструкцией, так как работают в режиме холостого хода без механической нагрузки.

Наиболее распространенным способом пуска синхронного компенсатора является так называемый реакторный пуск, при котором компенсатор подключается к сети выключателем Q2 через реактор, обладающий значительным индуктивным сопротивлением. Благодаря этому напряжение на выводах компенсатора в начале пуска снижается до 40-50% номинального, а пусковой ток не превышает (2-2,8) Iном.

Рис. 2. Схема пуска синхронного компенсатора.

Разворот компенсатора обеспечивается за счет асинхронного момента, для увеличения которого предусматривается специальная пусковая обмотка, расположенная в полюсных наконечниках ротора. В компенсаторах большой мощности массивные полюсы обеспечивают создание достаточно большого асинхронного момента, вследствие чего специальной пусковой обмотки не требуется.

Когда частота вращения компенсатора при развороте приблизится к синхронной, подается возбуждение и компенсатор втягивается в синхронизм. Воздействуя на автоматическое регулирование возбуждения, устанавливают минимальный ток статора, а затем выключателем Q1 шунтируют реактор, включая компенсатор в сеть.

Как итог стоит отметить необходимость наличия в вентиляторной установке такого рода компенсатора реактивной мощности в связи с необходимостью регулирования напряжения в узлах нагрузки.

Список литературы

1. Кабышев А.В., Компенсация реактивной мощности в электроустановках промышленных предприятий: учебное пособие; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. - С. 43-44.

2. Николаев А.В., Николаев В.А., Нусс С.В., Садыков Р. И. Основные положения о работе устройств, применяемых в горной, нефтегазодобывающей и энергетической промышленностях: учеб, пособие - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та.

3. Ивановский И.Г. Шахтные вентиляторы: Учеб. пособие. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2003.

Аннотация

В данной статье рассмотрена возможность применения синхронного двигателя вентиляторной установки (преимущественно, главной шахтной вентиляторной установки) в качестве компенсатора реактивной мощности. Понятие об источнике реактивной мощности, основные параметры и способы повышения чувствительности его регулирования. Представлен синусоидальный характер передачи мощности. Описан принцип работы вентиляторной установки (преимущественно, осевой) в шахте, расшифровка моделей осевых вентиляторов. Цели применения осевых вентиляторов. Метод запуска вентилятора для обеспечения его работы с максимальной подачей. Приведены виды источников реактивной мощности и задачи, решаемые с их помощью. Разобраны возможности регулирования реактивной мощности, потребляемой реакторами. Применение синхронных компенсаторов в качестве генераторов реактивной мощности. Способы пуска синхронного компенсатора. Представлена схема пуска синхронного компенсатора.

Ключевые слова: синхронный двигатель, вентиляторная установка, компенсатор, реактивная мощность, электромонтажные работы

Размещено на Allbest.ru