Study of start-up and shutdown modes of an asynchronous electric drive for a centrifugal pump

Abstract

The aim of this study is to investigate the commutation processes of an asynchronous shortcircuited electric drive for a centrifugal pump. The set goal is achieved by solving two tasks: analyzing the dynamic modes of connection to and disconnection from the network of the asynchronous motor of the centrifugal pump for a given power supply scheme; assessing the qualitative and quantitative indicators of the transient processes of the electric drive. Among the most significant results of the study, it is possible to highlight the ability to form practical recommendations on the operation peculiarities of electric drives for a wide class of mechanisms. The conducted research allowed asserting that in an electrical system with capacitors directly connected to the stator winding and during both the connection and disconnection of the drive motor of the centrifugal pump, voltages significantly exceeding the nominal ones may occur. It has been determined that considering the harsh operating conditions of pump units, such overvoltages represent a danger to the motor winding insulation. During the motor disconnection, significant overvoltages on the stator windings are possible if, for any reason, the capacitor's capacitance exceeds the calculated base value for the applied motor. The practical significance of the obtained results lies in the fact that the assumption of the motor transitioning to intensive braking mode and subsequent hydraulic shock upon disconnection from the network due to selfexcitation did not prove to be true. The electric drive provides braking under the action of the load torque without mechanical overloads.

Scopul acestui studiu este de a investiga modurilor de pornire și deconectare de la rețea a acționării electrică asincrone a unei pompe centrifuge. Scopul stabilit este atins prin rezolvarea a două sarcini: analiza modurilor dinamice de conectare și deconectare de la rețea a motorului asincron al pompei centrifuge pentru o schemă de alimentare dată; aprecierea indicatorilor calitativi şi cantitativi ai proceselor tranzitorii ale acţionării electrice – curenţi, tensiuni, cupluri ale motorului. Necesitatea cercetării este justificată de problemele practice de producție apărute în timpul funcționării unui antrenament electric asincron pentru o pompă centrifugă. Cercetarea a fost efectuată în conformitate cu cerințele tehnice specificate și disponibilitatea datelor tehnice pentru elementele sistemului de alimentare cu energie, acționării electrice și mecanismului. Printre cele mai semnificative rezultate ale studiului, este posibil să evidențiem capacitatea de a forma recomandări practice cu privire la particularitățile de funcționare ale acționărilor electrice pentru o clasă largă de mecanisme. S-a stability că, având în vedere condițiile grele de funcționare a unităților de pompare, astfel de supratensiuni reprezintă un pericol pentru izolația înfășurării motorului. În timpul deconectării motorului, sunt posibile supratensiuni semnificative pe înfășurările statorului dacă, din orice motiv, capacitatea condensatorului depășește valoarea de bază calculată pentru motorul aplicat. Semnificația practică a rezultatelor obținute constă în faptul că ipoteza tranziției motorului în modul de frânare intensivă și șoc hidraulic ulterior la deconectarea de la rețea din cauza autoexcitației nu s-a dovedit a fi adevărată.

Выполнено исследование динамических режимов включения в сеть и отключения асинхронного двигателя центробежного насоса для заданной схемы электроснабжения. Исследования проводились в условиях поставленных технических требований и наличия технических данных элементов системы электроснабжения, электропривода и механизма. Применялись авторские математические модели асинхронных двигателей на базе обобщенной машины, описываемой в трехфазной неподвижной системе координат с учетом нелинейностей двигателя - потерь в стали, эффектов вытеснения тока ротора и насыщения по путям рассеяния и главного магнитного потока. Дана оценка качественных и количественных показателей переходных процессов электропривода - токов, напряжений, моментов двигателя. Определено, что в электрической системе с глухо подключенными к обмотке статора конденсаторами и при включении, и при отключении приводного двигателя центробежного насоса могут возникать напряжения, значительно превышающие номинальные. Особенно большие перенапряжения возникают при включении асинхронного двигателя и при его отключении, если емкость конденсатора превышает величину, требуемую для компенсации реактивного тока двигателя. С учетом тяжелых условий эксплуатации насосных установок, такие перенапряжения представляют опасность для изоляции обмоток двигателя. Показано, что в процессе пуска двигателя, наличие свободных составляющих тока заряда конденсатора ухудшает, и без того тяжелые условия прямого пуска мощных двигателей и контактной аппаратуры. В процессе отключения двигателя возможны заметные перенапряжения на обмотках статора, если по каким-либо причинам емкость конденсатора превышает расчетную базовую величину емкости для применяемого двигателя. Предположения, что при отключении от сети двигатель насоса может перейти к режиму интенсивного торможения из-за возникающего режима самовозбуждения, что, в свою очередь, может вызвать гидравлический удар, не подтвердились. Тормозные моменты оказываются небольшими и электропривод осуществляет торможение под действием момента нагрузки.