Устройство плавного пуска асинхронных двигателей что это - Журнал "Автопарк"
Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство плавного пуска асинхронных двигателей что это

Как сделать плавный пуск для электроинструмента своими руками

Плавный пуск получил широкое применение в безопасном запуске электродвигателей. Во время запуска двигателя происходит превышение номинального тока (Iн) в 7 раз. В результате этого процесса происходит уменьшение эксплуатационного периода мотора, а именно обмоток статора и значительная нагрузка на подшипники. Именно из-за этой причины и рекомендуется сделать плавный пуск для электроинструмента своими руками, где он не предусмотрен.

Общие сведения

Статор электродвигателя представляет собой катушку индуктивности, следовательно, существуют сопротивления с активной и реактивной составляющей.

При протекании электрического тока через радиоэлементы, имеющие сопротивление с активной составляющей, происходят потери, связанные с преобразованием части мощности в тепловой вид энергии. Например, резистор и обмотки статора электродвигателя обладают сопротивлением с активной составляющей. Вычислить активное сопротивление не составляет труда, так как происходит совпадение фаз тока (I) и напряжения (U). Используя закон Ома для участка цепи, можно рассчитать активное сопротивление: R = U/I. Оно зависит от материала, площади поперечного сечения, длины и его температуры.

Если ток проходит через реактивный тип элементов (с емкостными и индуктивными характеристиками), то, в этом случае, появляется реактивное R. Катушка индуктивности, не имеющая практически активного сопротивления (при расчетах не учитывается R ее обмоток). Этот вид R создается благодаря Электродвижущей силе (ЭДС) самоиндукции, которая прямо пропорционально зависит от индуктивности и частоты I, проходящего через ее витки: Xl = wL, где w — угловая частота переменного тока (w = 2*Пи*f, причем f — частота тока сети) и L — индуктивность (L = n * n / Rm, n — число витков и Rm — магнитное сопротивление).

При включении электродвигателя пусковой ток в 7 раз больше номинального (ток, потребляемый при работе инструмента) и происходит нагрев обмоток статора. Если статорная катушка является старой, то может произойти межвитковое КЗ, которое повлечет выход электроинструмента из строя. Для этого нужно применить устройство плавного пуска электроинструмента.

Одним из методов снижения пускового тока (Iп) является переключение обмоток. Для его осуществления необходимы 2 типа реле (времени и нагрузки) и наличие трех контакторов.

Пуск электромотора с обмотками, соединенными по типу «звезда» возможен только при 2-х не одновременно замкнутых контакторах. Через определенный интервал времени, который задает реле времени, один из контакторов отключается и включается еще один, не задействованный ранее. Благодаря такому чередованию включения обмоток и происходит снижение пускового тока. Этот способ обладает существенным недостатком, так как при одновременно замыкании двух контакторов возникает ток КЗ. Однако при использовании этого способа обмотки продолжают нагреваться.

Еще одним способом снижения пускового тока является частотное регулирование запуска электродвигателя. Принципом такого подхода является частотное изменение питающего U. Основной элемент этого вида устройств плавного пуска является частотный преобразователь, состоящий из следующих элементов:

  1. Выпрямитель.
  2. Промежуточная цепь.
  3. Инвертор.
  4. Электронная схема управления.

Выпрямитель изготавливается из мощных диодов или тиристоров, выполняющий роль преобразователя U питания сети в постоянный пульсирующий ток. Промежуточная цепь сглаживает пульсирующий постоянный ток на выходе выпрямителя, которая собирается на конденсаторах большой емкости. Инвертор необходим для непосредственного преобразования сигнала на выходе промежуточной цепи в сигнал амплитуды и частоты переменной составляющей. Электронная схема управления нужна для генерации сигналов, необходимых для управления выпрямителем, инвертором.

Принцип действия

Во время пуска электродвигателя коллекторного типа происходит значительное кратковременное увеличение тока потребления, которое и служит причиной преждевременного выхода из строя электроинструмента и сдачей его в ремонт. Происходит износ электрических частей (превышение тока в 7 раз) и механических (резкий запуск). Для организации «мягкого» пуска следует применять устройства плавного пуска (далее УПП). Эти устройства должны соответствовать основным требованиям:

  1. Плавное увеличение нагрузки.
  2. Возможность запуска двигателя через определенные интервалы времени.
  3. Обеспечение защиты от линейных скачков U, пропадания фазы (для 3-фазного электродвигателя) и различных помех электрической составляющей.
  4. Значительно повышение срока эксплуатации.

Наиболее широкое распространение получили симисторные УПП, принципом действия которых является плавное регулирование U при помощи регулировки угла открытия перехода симистора. Симистор нужно подключить напрямую к обмоткам двигателя и это позволяет уменьшить пусковой ток от 2 до 5 раз (зависит от симистора и схемы управления). К основным недостаткам симисторных УПП являются следующие:

  1. Сложные схемы.
  2. Перегрев обмоток при длительном запуске.
  3. Проблемы с запуском двигателя (приводит к значительному нагреву статорных обмоток).

Схемы усложняются при использовании мощных двигателей, однако, при небольших нагрузках и холостом ходе возможно использование простых схем.

УПП с регуляторами без обратной связи (по 1 или 3 фазам) получили широкое распространение. В моделях этого типа появляется возможность предварительного выставления времени пуска и величины U перед пуском двигателя. Однако, в этом случае невозможно регулировать величину вращающего момента при нагрузке. С этой моделью применяется специальное устройство для снижения пускового тока, защиты от пропадания и перекоса фаз, а также от перегрузок. Заводские модели имеют функцию слежения за состоянием электромотора.

Простейшие схемы однофазного регулирования исполняются на одном симисторе и используются для инструмента с мощностью до 12 кВт. Существуют более сложные схемы, позволяющие производить регулировку параметров питания двигателя мощностью до 260 кВт. При выборе УПП заводского производства необходимо учесть такие параметры: мощность, возможные режимы работы, равенство допустимы токов и количество запусков в определенный промежуток времени.

Применение в болгарке

Во время запуска угловой шлифовальной машинки (УШМ) появляются высокие нагрузки динамического характера на детали инструмента.

Дорогие модели снабжены УПП, но не обыкновенные разновидности, например, УШМ фирмы «Интерскол». Инерционный рывок способен вырвать из рук УШМ, при этом происходит угроза жизни и здоровью. Кроме того, при пуске электродвигателя инструмента происходит перегрузка по току и в результате этого — износ щеток и значительный нагрев статорных обмоток, изнашивается редуктор и возможно разрушение режущего диска, который может треснуть в любой момент и причинить вред здоровью, а может даже и жизни. Инструмент нужно обезопасить и для этого следует сделать болгарку с регулировкой оборотов и плавным пуском своими руками.

Самодельные варианты

Существует множество схем модернизации электроинструмента при помощи УПП. Среди всех разновидностей широкое применение получили устройства на симисторах. Симистор — полупроводниковый элемент, позволяющий плавно регулировать параметры питания. Существуют простые и сложные схемы, которые отличаются между собой вариантами исполнения, а также поддерживаемой мощностью, подключаемого электроинструмента. В конструктивном исполнении бывают внутренние, позволяющие встраиваться внутрь корпуса, и внешние, изготавливаемые в виде отдельного модуля, выполняющего роль ограничителя оборотов и пускового тока при непосредственном пуске УШМ.

Простейшая схема

УПП с регулированием оборотов на тиристоре КУ 202 получил широкое применение благодаря очень простой схеме исполнения (схема 1). Его подключение не требует особых навыков. Радиоэлементы для него достать очень просто. Состоит эта модель регулятора из диодного моста, переменного резистора (выполняет роль регулятора U) и схемы настройки тиристора (подача U на управляющий выход номиналом 6,3 вольта) отечественного производителя.

Схема 1. Электросхема внутреннего блока с регулировкой оборотов и плавным пуском (схема электрическая принципиальная)

Благодаря размерам и количеству деталей регулятор этого типа можно встроить в корпус электроинструмента. Кроме того, следует вывести ручку переменного резистора и сам регулятор оборотов можно доработать, встроив кнопку перед диодным мостом.

Основной принцип работы заключается в регулировке оборотов электродвигателя инструмента благодаря ограничению мощности в ручном режиме. Эта схема позволяет использовать электроинструмент мощностью до 1,5 кВт. Для увеличения этого показателя необходимо заменить тиристор на более мощный (информацию об этом можно найти в интернете или справочнике). Кроме того, нужно учесть и тот факт, что схема управления тиристором будет отличаться от исходной. КУ 202 является отличным тиристором, но его существенный недостаток состоит в его настройке (подборка деталей для схемы управления). Для осуществления плавного пуска в автоматическом режиме применяется схема 2 (УПП на микросхеме).

Плавный пуск на микросхеме

Оптимальным вариантом для изготовления УПП является схема УПП на одном симисторе и микросхеме, которая управляет плавным открытием перехода p-n типа. Питается устройство от сети 220 В и ее несложно собрать самому. Очень простая и универсальная схема плавного пуска электродвигателя позволяет также и регулировать обороты (схема 2). Симистор возможно заменить аналогичным или с характеристиками, превышающими исходные, согласно справочнику радиоэлементов полупроводникового типа.

Схема 2. Схема плавного пуска электроинструмента

Устройство реализуется на основе микросхемы КР118ПМ1 и симисторе. Благодаря универсальности устройства его можно использовать для любого инструмента. Он не требует настройки и устанавливается в разрыв кабеля питания.

При пуске электродвигателя происходит подача U на КР118ПМ1 и плавный рост заряда конденсатора С2. Тиристор открывается постепенно с задержкой, зависящей от емкости управляющего конденсатора С2. При емкости С2 = 47 мкФ происходит задержка при запуске около 2 секунд. Она зависит прямо пропорционально от емкости конденсатора (при большей емкости время запуска увеличивается). При отключении УШМ конденсатор С2 разряжается при помощи резистора R2, сопротивление которого равно 68 к, а время разрядки составляет около 4 секунд.

Читать еще:  Горит лампа давления масла на прогретом двигателе приора

Для регулирования оборотов нужно заменить R1 на резистор переменного типа. При изменении параметра переменного резистора происходит изменение мощности электромотора. R2 изменяет величину тока, протекающего через вход симистора. Симистор нуждается в охлаждении и, следовательно, в корпус модуля можно встроить вентилятор.

Основной функцией конденсаторов C1 и C3 является защита и управление микросхемой. Симистор следует подбирать, руководствуясь следующими характеристиками: прямое U должно составлять 400..500 В и прямой ток должен быть не менее 25 А. При таких номиналах радиоэлементов к УПП возможно подключать инструмент с мощностью от 2 кВт до 5 кВт.

Таким образом, для запуска электродвигателей различного инструмента необходимо использовать УПП заводского изготовления или самодельные. УПП применяются для увеличения срока эксплуатации инструмента. При запуске двигателя происходит резкое увеличение тока потребления в 7 раз. Из-за этого возможно подгорание статорных обмоток и износ механической части. УПП позволяют значительно снизить пусковой ток. При изготовлении УПП самостоятельно нужно соблюдать правила безопасности при работе с электричеством.

Originally posted 2018-07-04 07:37:29.

Soft-Starter или устройство плавного пуска

Soft-Starter (дословно мягкий пускатель) – устройство, призванное обеспечить плавный пуск асинхронного двигателя переменного тока с целью снижения пиковых нагрузок на двигатель и питающую сеть, в отечественной технической терминологии получившее название устройство плавного пуска (сокр. УПП).

Таким образом: УПП, устройство мягкого пуска, плавный пускатель, мягкий пускатель, реле плавного пуска, софт-стартер одного поля ягоды.

Откуда ноги растут или проблемы прямого пуска

Простота конструкции, низкая стоимость и высокая надёжность асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором* сделали его самым распространенным преобразователем электрической энергии в механическую.

Наряду с очевидными преимуществами, асинхронные электрические машины имеют ряд недостатков, самым существенным из которых является большой пусковой ток при прямом пуске (непосредственном подключении двигателя к питающей сети при помощи обычного пускателя).

Проявляется этот недостаток “проседанием” сети, когда при пуске электродвигателя отключаются автоматы, мерцают лампочки, и отключаются некоторые реле и контакторы, останавливается питающий генератор, иными словами, от сети требуется ток, который она обеспечить не может.

Причины высокого пускового тока кроются в физических принципах работы асинхронного двигателя, но это тема совсем другой статьи, отметим только, что кратность пускового тока может достигать 5…7 от номинального рабочего тока, что интересно, высокий пусковой ток отнюдь не значит высокий пусковой момент двигателя.

Еще одна характерная проблема прямого пуска двигателя – это пуск “рывком”, приводит на первый взгляд к незаметным последствиям – гидравлическим ударам, рывкам в механизме, проскальзыванию ремней, быстрому износу подшипников, буксованию колес подвижных тележек, большому износу и трению в редукторах.

* А вы знали, что конструкцию асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором разработал известный русский электротехник польско-русского происхождения Михаи́л О́сипович Доли́во-Доброво́льский и получил патент на нее 1889 году. Конструкция получилась настолько совершенной, что принципиально не изменилась по сей день!

Устройство плавного пуска или преобразователь частоты

Иногда путают два класса разных устройств, имеющих в своем активе схожий функционал.

  • Устройства плавного пуска призваны снижать пусковые токи электродвигателей и пиковые потребляемые мощности в электрических сетях, преобразуют напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя при помощи специальных силовых ключей – симисторов (или встречно – параллельно включенных тиристоров).
  • В то время как преобразователи частоты (ПЧ) преобразуют частоту и напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя, конечная цель этого преобразования плавная регулировка скорости вращения выходного вала двигателя.

Да, частотный преобразователь имеет опцию плавного пуска электродвигателя, но значительно более сложное устройство. В общих чертах преобразователь частоты состоит из диодного силового выпрямителя, LC-фильтра, инвертора на дорогостоящих IGBT модулях, системы управления ШИМ, системы автоматического регулирования, и имеет значительный математический вычислительный аппарат.

Так почему не стоит путать УПП и ПЧ? Хотя бы потому, что стоимость последнего минимум в 2-3 раза больше, а с ростом мощности устройства разница в стоимости возрастает. Например, преобразователь частоты INSTART мощностью 37кВт в 4 раза дороже устройства плавного пуска аналогичной мощности, ответ напрашивается сам: если цели регулирования скорости выходного вала двигателя не стоит, а обеспечить мягкий пуск и сохранность механизмов требуется, то зачем переплачивать.

Сводная таблица характеристик УПП, поставляемых компанией ООО «РусАвтоматизация»

Диапазон мощностейПусковое напряжение от Uн
(ограничение пускового
тока от Iн)
Время пуска /
Время останова
Режим пускаРежимы останова
INSTART SSI5,5…600 кВт30…70%
(50…500%)
2…60 с /
0…60 с
Ограничение I; Рампа по U;
Запуск рывком в режиме ограничения I;
Запуск рывком в режиме рампы по U;
Рампа по I; Режим двойного контура
регулирования с ограничением I/U
Свободный выбег;
Плавный останов
AuCom CSX7,5…110 кВт30…70%
(нет)
2…20 с /
2…20 с
Рампа по UСвободный выбег;
Плавный останов
AuCom CSX-i7,5…110 кВтнет
(250…450%)
2…20 с /
2…20 с
Ограничение I; Рампа по IСвободный выбег;
Плавный останов
AuCom EMX320…615Анет
(100…600%)
1…180 с /
0…240 с
Ограничение I; Рампа по I;
Адаптивный пуск; Запуск рывком
Свободный выбег;
Плавный останов;
Адаптивное торможение;
Торможение постоянным током
AuCom EMX420…579Анет
(100…600%)
1…180 с /
0…240 с
Ограничение I; Рампа по I;
Адаптивный пуск
Свободный выбег;
Плавный останов;
Адаптивное торможение
ONI SFA5,5…45кВт40…70%
(нет)
1…20 с /
1…20 с
Рампа напряженияПлавный останов

Выбрать УПП наугад или не переплачивать?

Для эффективного применения устройства плавного пуска важно осуществить правильный выбор устройства по номиналу мощности, не забыв про характеристику нагрузки , различные задачи требуют различных пусковых характеристик и в общих чертах могут быть разделены на три категории:

  1. Нормальный режим работы требует значения пускового тока не более 3,5хIн, при этом время пуска может быть в диапазоне 10…20 с;
  2. Тяжелый режим работы характеризуется наличием момента сопротивления на валу двигателя и требует значения пускового тока до 4,5хIн и время разгона до 30 с;
  3. Очень тяжелый режим работы характеризуется пусковым током до 5,5хIн и длительным временем разгона.

Из вышесказанного вытекают рекомендации по отраслевому применению некоторых моделей УПП:

Устройства плавного пуска серии SSI INSTART – по настоящему универсальная рабочая лошадка, имеет 6 режимов пуска двигателя, позволяет ограничить пусковой ток до 500% от номинального и временем плавного пуска до 60 секунд. INSTART SSI отлично подойдет для категории механизмов с тяжелым пуском дробилки (компрессоры, нагруженные конвейеры).

Кроме того, полноценная трехфазная схема регулирования, встроенные функции защиты нагрузки и коммуникационный интерфейс MODBUS RTU.

Устройства плавного пуска CSX, CSX-i предназначены для регулирования процессов пуска, разгона, торможения трехфазных асинхронных двигателей мощностью до 110 кВт. Модели отличаются функционалом. Первая оснащена функциями контроля напряжения по заданному времени (рампа напряжения), вторая дополнительно имеет встроенные функции защиты нагрузки и контролирует токовые нагрузки (рампа тока, ограничение тока). Коммуникационные интерфейсы доступны опционально.

CSX, CSX-i подходят для категорий механизмов с легким и нормальным режимом пуска (ненагруженный ленточный конвейер, центробежные насосы и вентиляторы).

Из плюсов, серии УПП CSX, CSX-i не требуют применения внешнего контактора, обе модели имеют встроенный шунтирующий контактор.

Устройства плавного пуска EMX3, EMX4 как два брата близнеца мало чем отличаются друг от друга, можно лишь сказать, что EMX4 новая модель, разработанная на основе EMX3, имеет еще более компактный корпус, обладает новыми функциями управления и защиты, а также дополнена новой конструктивной особенностью – использованием встраиваемых плат расширения.

Оба устройства имеют фантастические показатели ограничения пускового тока до 600% от номинального и время разгона до 180 секунд. Устройства с такими характеристиками целесообразно применять для категорий механизмов с очень тяжелым режимом пуска, таким как молотковая или шаровая мельница.

ONI SFA компактное и лаконичное УПП включает модельный ряд до 45кВт. Панель управления поражает своей простотой, всего 3 регулятора не заставят вас долго разбираться в настройках. ONI SFA идеально подойдет для легких нагрузок, таких как центробежные насосы, различные миксеры, сверлильные и токарные станки. Имеет встроенный шунтирующий контактор.

Применение устройства плавного пуска позволяет устранить проблему “проседания” в питающей электрической сети, уменьшить механические ударные воздействия на двигатель и приводной механизм, исключить гидравлические удары, повысив надежность производственных циклов и продлив срок службы основного производственного фонда предприятия.

Читать еще:  Что будет если в дизельный двигатель залить воду

Данная статья носит исключительно ознакомительный характер. Обратитесь к специалистам компании ООО «РусАвтоматизация» для подбора устройства плавного пуска применительно к вашей категории производственного оборудования.

Плавный пуск электродвигателя

При прямом пуске на полное напряжение через асинхронный двигатель в первый момент протекает ток, равный току при заклиненном роторе, при этом двигатель развивает пусковой момент. По мере разгона ток падает, а момент сначала увеличивается до критического, а затем падает до значения, характерного для номинальной скорости. Реальная форма кривых тока и момента зависит от конструкции двигателя.

Процесс пуска различных двигателей с одинаковыми характеристиками на номинальной скорости может сильно различаться. Начальный пусковой ток может меняться от 500 до 900 % от номинального тока. Аналогично пусковой момент может изменяться от 70 до 230 % от номинального. Эти характеристики зависят от конструкции двигателя и являются ограничениями при любых применениях мягких пускателей. Для применений, где необходимо получить максимальный пусковой момент при минимальном пусковом токе, необходимо использовать соответствующие двигатели. При снижении напряжения пусковой момент, развиваемый двигателем, снижается в квадрате по отношению к снижению тока.

При использовании устройств, понижающих напряжение при пуске, начальный пусковой ток может быть снижен только до такого уровня, при котором пусковой момент еще превышает момент нагрузки. Если момент двигателя окажется меньше момента нагрузки в любой точке графика пуска, разгон двигателя прекратится, и механизм не наберет номинальной скорости. Чтобы быть эффективным, устройство пуска с пониженным напряжением должно позволять двигателю разогнаться до 90% его номинальной скорости, прежде, чем подавать полное напряжение. Если это сделать раньше, ток поднимется практически до уровня пускового, что перечеркнет все преимущества пуска с пониженным напряжением.

В настоящее время для плавного пуска методом понижения напряжения на электродвигатели применяются следующие типы устройств:

Пускатели «звезда/треугольник»

Они являются наиболее часто используемым видом пусковых устройств, их применение возможно только при очень небольших нагрузках. При пуске двигатель сначала подключается в звезду, при этом ток и момент снижаются до 1/3 от номинальных значений при включении в треугольник. После заданного пользователем интервала времени двигатель отключается от сети и вновь подключается к ней по схеме «треугольник». Чтобы такой пуск был эффективным, двигатель должен быть способен развить момент, необходимый для набора полной скорости при включении в звезду. Переключение со звезды на треугольник при скоростях, существенно меньших номинальной, приводит к значениям тока и момента, сравнимым с процессом прямого пуска. В дополнение к броскам тока и момента, при переходе со звезды на треугольник происходят и другие тяжелые переходные процессы. Амплитуда переходных процессов зависит от фазы и амплитуды напряжения, генерируемого двигателем в момент переключения. В худшем случае генерируемое напряжение равно напряжению сети и находится в противофазе к нему. В этом случае ток может превосходить номинальное пусковое значение в два раза, а момент – в четыре.

Пускатели с автотрансформатором

Пускатели этого типа используют автотрансформатор для снижения напряжения, подводимого к двигателю во время пуска. В них используется определенное количество отводов, позволяющих путем изменения напряжения скачками менять пусковой ток и момент. Такой процесс увеличения напряжения обеспечивает возможность достижения полной скорости до перехода на номинальное напряжение, минимизируя скачки тока и момента в переходном процессе. Однако поскольку количество отводов ограничено, достигнуть высокой точности управления невозможно. В отличие от пускателя звезда-треугольник, пускатель с автотрансформатором является прибором с замкнутыми переходными процессами. Поэтому жесткие переходные процессы в кривой тока и момента на протяжении пуска от пониженного до номинального напряжения отсутствуют. Поскольку имеется падение напряжения на автотрансформаторе, это приводит к снижению момента на всех скоростях двигателя. При работе на высокоинерционную нагрузку время пуска может выйти за безопасный или приемлемый предел, а при работе с переменной нагрузкой оптимальное поведение системы получить не удается. Обычно автотрансформаторные пускатели используются при нечастых пусках, до 3 пусков в час. Пускатели, рассчитанные на более частые или жесткие условия пуска, оказываются слишком большими и дорогими.

Пускатели с резисторами в цепи статора

Пускатели с резисторами в цепи статора используют металлические или жидкостные резисторы для снижения напряжения, подводимого к статору. Такие пускатели обеспечивают эффективное снижение пускового тока и момента двигателя и работают очень хорошо при правильном выборе резисторов. Для точного выбора резисторов на этапе проектирования должны быть известны параметры двигателя, нагрузки и режимов работы. Такая информация обычно труднодоступна, поэтому резисторы выбираются приближенно, что приводит к ухудшению процесса пуска и снижению надежности. Сопротивление резисторов меняется по мере их нагрева в процессе пуска. Чтобы сохранить параметры пуска и повысить надежность системы, обычно устанавливаются реле задержки повторного пуска. Из-за большого выделения тепла на резисторах пускатели с резисторами в цепи статора не применяются для пуска высокоинерционных нагрузок.

Электронные устройства плавного пуска

Устройства плавного пуска наиболее эффективные приборы для организации пуска путем снижения напряжения. Современная технология обеспечивает управление пусковым током и моментом. Наиболее совершенные системы обеспечивают также комплексную защиту двигателя и интерфейсные функции.
Плавный пуск обеспечивает следующие основные функции:
• Плавное изменение напряжения и тока без скачков и переходных процессов.
• Возможность полного управления пусковым током и моментом путем несложного программирования.
• Возможность частых пусков без изменения поведения системы.
• Оптимальный процесс пуска даже в тех применениях, где нагрузка меняется от пуска к пуску.
• Плавный останов в системах, подобных насосам и конвейерам.
• Торможение для снижения времени останова.

Технология плавного пуска

Электронные устройства плавного пуска по своим свойствам и возможностям делятся на четыре основные категории:

1. Регуляторы пускового момента
Регуляторы пускового момента контролируют только одну фазу трехфазного двигателя. Управление одной фазой может обеспечить контроль пускового момента двигателя, но пусковой ток снижается при этом незначительно. Ток, текущий по обмоткам двигателя, почти равен току при прямом пуске и не контролируется пускателем. Такой ток протекает по обмоткам двигателя в течение более длительного времени, чем при прямом пуске, поэтому может вызвать перегрев двигателя. Регуляторы пускового момента не могут использоваться там, где необходимо снижение пусковых токов, обеспечение частых пусков, а также для пуска высокоинерционных нагрузок. Но они могут применяться для плавного пуска однофазных асинхронных двигателей.

2. Регуляторы напряжения без обратной связи
Регуляторы напряжения без обратной связи изменяют выходное напряжение в соответствии с заданным пользователем темпом и не имеют сигнала обратной связи от двигателя. Они отвечают стандартным требованиям по электрическим и механическим характеристикам, предъявляемым к мягким пускателям, и могут управлять напряжением как в двух, так и во всех трех фазах двигателя. Процесс пуска определяется пользователем путем задания начального напряжения и времени нарастания напряжения до номинального значения. Многие из таких приборов обеспечивают также ограничение пускового тока, но обычно такое ограничение основано на снижении напряжения в процессе пуска. Обычно такие регуляторы обеспечивают и управление замедлением, плавно снижая напряжение при останове и увеличивая таким образом его продолжительность. Двухфазные регуляторы напряжения без обратной связи снижают пусковой ток во всех трех фазах, но ток при этом оказывается несбалансированным. Регуляторы, изменяющие напряжение в одной фазе, также имеют ограниченные возможности регулирования времени пуска, однако из-за перегрева двигателя могут использоваться только при легких нагрузках.

3. Регуляторы напряжения с обратной связью Регуляторы напряжения с обратной связью являются развитием устройств, описанных выше. Они получают информацию о токе двигателя и используют ее для приостановки увеличения напряжения в процессе пуска при достижении током предельного значения, заданного пользователем. Информация о токе используется также для организации различных защит, например, от перегрузки, дисбаланса фаз, электронной шпонки и т.п. Регуляторы напряжения с обратной связью могут использоваться как комплексные системы пуска двигателя.

4. Регуляторы тока с обратной связью Регуляторы тока с обратной связью являются наиболее прогрессивными устройствами плавного пуска. Эти приборы в первую очередь регулируют ток, а не напряжение. Прямое управление током обеспечивает более точное управление пуском, а также более простую настройку и программирование мягкого пускателя. Большинство параметров, требующих установки при программировании регуляторов напряжения, в регуляторах тока устанавливаются автоматически.

Стоит также отметить, что наиболее совершенным плавным пуском обладают частотные преобразователи, которые могут запускать электродвигатель совсем без превышения номинального тока с сохранением достаточного пускового момента.

Читать еще:  Как установить защиту двигателя на шевроле лачетти

Устройство плавного пуска электродвигателя: системы безударного пуска высоковольтных электродвигателей

Прямой пуск высоковольтного электродвигателя сопровождается 6-8 кратным броском пускового тока, создающим ударный электромагнитный момент, передающийся через вал двигателя на приводимый в движение механизм. В течение 15…20% времени разгона электродвигателя этот момент содержит вынужденную и свободную составляющие в виде знакопеременного момента с амплитудой до 4 номинальных моментов электродвигателя (рис. 1). Возникающие большие знакопеременные электродинамические усилия в обмотке статора, приводят к ухудшению изоляции секций и изгибу лобовых частей обмотки вследствие смещения проводников друг относительно друга. Знакопеременный момент вызывает вибрации как самого электродвигателя, так и приводимого в движение механизма. В результате, ударные нагрузки приводят к разрушению и пробою изоляции обмоток статора электродвигателей, перегоранию межкатушечных соединений, обгоранию выводных концов, поломкам валов, соединительных муфт, редукторов и другим неполадкам. Нарушается ритмичность производства и снижается выпуск готовой продукции, предприятия несут большие затраты на ремонт вышедшего из строя оборудования.

Также неблагоприятно сказываются броски пускового тока на питающую сеть, приводя к большим провалам напряжения, что отрицательно сказывается на устойчивости работы других потребителей.

Проблема исключения ударных пусковых нагрузок, и, следовательно, повышения надежности работы и снятия ограничения на число пусков и остановов агрегатов с высоковольтными электродвигателями, а так же снижения провалов напряжения может быть решена посредством применения разработанных в нашем институте устройств УБПВД для безударного пуска высоковольтных электродвигателей.

В зависимости от нагрузочной характеристики приводимого механизма могут использоваться два исполнения устройств: УБПВД-ВЦ (ВМ) и УБПВД-С (СР, СР2).

Устройство УБПВД-ВЦ предназначено для безударного плавного пуска высоковольтных асинхронных и синхронных электродвигателей механизмов с «вентиляторной» (квадратично зависимой от скорости) характеристикой нагрузочного момента (центробежные компрессоры, насосы, вентиляторы, дымососы, эксгаустеры и другие аналогичные механизмы). Устройство, выполненное по принципу тиристорного регулятора напряжения (рис. 2), обеспечивает ограничение скорости нарастания и значения пускового тока электродвигателя изменением углов отпирания тиристоров через систему импульсно-фазового управления (СИФУ). В течение заданного времени пуска электродвигателя происходит плавное нарастание напряжения на обмотках статора от нуля до номинального значения. Пусковой ток увеличивается плавно с заданным токоограничением, не создавая ударных электромагнитных моментов, отрицательно сказывающихся на электродвигателе и механизме.

Устройство УБПВД-ВЦ с цифровой системой управления обеспечивает:

  • проверку исправности тиристоров перед началом пуска двигателя;
  • плавное нарастание тока двигателя до величины начального токоограничения, обеспечивающего трогание двигателя с места;
  • формирование заданного токоограничения по времени для обеспечения разгона электродвигателя;
  • фиксацию окончания разгона и выдачу сигнала на включение высоковольтного выключателя, подключающего двигатель напрямую к сети по окончании разгона;
  • контроль времени разгона двигателя и выдачу сигнала на прекращение пуска при превышении заданного времени разгона.

В устройствах УБПВД-ВЦ предусмотрены 4 регулируемые уставки начального токоограничения с равномерной шкалой от 1,0 до 4,0 Iном для обеспечения возможности запуска с помощью одного устройства нескольких двигателей разной мощности, а также регулируемые уставки времени разгона в пределах до 60 с, выбираемые дистанционно, а также связь по высокопроизводительному интерфейсу RS-485 для возможности дистанционного управления от АСУ ТП.

Устройство УБПВД-ВМ сконструировано с использованием концепции распределенной системы«и состоит из четырех интеллектуальных модулей: модуля центрального процессора и трех контроллеров фаз, связанных с центральным процессором по оптическим каналам и обеспечивающих управление тиристорами каждой из фаз. Достоинствами такого построения является значительно возросшие надежность и живучесть системы. Поскольку все модули обладают как средствами самодиагностики, так и способностью контролировать адекватность сигналов своих «соседей», отказ любого модуля легко обнаруживается и принимаются меры по предотвращению развития аварийного процесса. Даже полное разрушение модуля центрального процессора во время пуска не приводит к возникновению аварийных режимов в силовой части устройства — в течение 20 мс тиристоры отключаются уцелевшими модулями распределенной системы.

Устройство УБПВД-ВМ обеспечивает:

  • непрерывный контроль исправности оконечных каскадов формирователей импульсов;
  • контроль исправности всех тиристоров с возможностью просмотра их состояния на пульте управления или мониторах системы АСУ;
  • поблочный контроль напряжений питания;
  • контроль исправности оптоволоконных соединений между узлами устройства;
  • контроль наличия связи между интеллектуальными модулями системы;
  • предпусковой контроль управляемости тиристоров при наличии высокого напряжения;
  • диагностику иных отказов;
  • электронные защиты:
    • максимально-токовую;
    • время-токовую;
    • от превышения заданного времени пуска двигателя;
    • от обрыва фазы главных цепей и неполнофазного пуска;
    • от неисправности тиристоров;
    • от неисправности устройств формирования импульсов управления тиристорами;
    • от повышения напряжения в силовой сети;
    • от понижения напряжения в силовой сети;
    • от неисправности вторичных источников питания;
    • от неправильного чередования фаз силовой сети.

Устройство УБПВД-С предназначено для осуществления частотного пуска синхронных электродвигателей, используемых в качестве привода исполнительных механизмов с тяжелыми условиями пуска, таких как шаровые мельницы, турбокомпрессоры большой единичной мощности, вентиляторы с большими инерционными массами, насосы-компрессоры с большим начальным моментом сопротивления. Оно выполнено по схеме с зависимым тиристорным инвертором тока и обеспечивает:

  • пусковой момент двигателя до 1,3 Мномном — номинальный момент двигателя);
  • частотное регулирование с плавным повышением скорости, автоматическим поддержанием необходимого момента на валу двигателя и током потребления не более1,5 Iном.

Двухконтурная система регулирования устройства осуществляет разгон в широком интервале времен пуска с формированием требуемой траектории движения.

Цифровая система управления устройства выполнена на основе сигнального процессора.

На рис. 5 приведена схема зависимого тиристорного инвертора, который включает в себя трехфазный токоограничивающий реактор ТОР, трехфазный высоковольтный тиристорный выпрямитель В, сглаживающий реактор СР и зависимый тиристорный инвертор И. Двигатель запускается в режиме регулирования частоты с включенным возбуждением. До частоты 5 Гц осуществляется принудительная коммутация тиристоров инвертора И прерыванием тока тиристорами выпрямителя В. В дальнейшем ЭДС двигателя становится достаточной для коммутации тиристоров инвертора и последний переходит в режим естественной коммутации.

Увеличением напряжения выпрямителя двигатель разгоняется до синхронной скорости и после синхронизации ЭДС двигателя и напряжения сети включается выключатель Qш, подключая двигатель к сети через токоограничивающий реактор РТ (рис. 6) и шунтируя устройство УБПВД-С.

В устройстве УБПВД-С реализованы функции логического контроллера и возможность программных заданий настроек параметров устройства. Пользователь может осуществлять программную коррекцию регуляторов, выбирать кривую пуска, ограничение тока, время разгона, аварийный останов и формировать траекторию торможения.

Устройства УБПВД-СР(СР2), имеющие усиленное охлаждение силовых модулей предназначено для регулирования скорости высоковольтных синхронных двигателей в диапазоне скоростей от 15% до 100. При этом для механизмов с вентиляторной характеристикой нагрузочного момента электродвигатель должен иметь запас по мощности 20-25% по отношению к мощности, требуемой механизмом, а для электродвигателей механизмов с нагрузочным моментом независящим от скорости (шаровые мельницы, нагруженные конвейеры и другие механизмы) требуется дополнительное охлаждение.

Система регулирования скорости на базе устройства УБПВД-СР(СР2) с зависимым инвертором тока, в котором используются тиристоры с фазовым управлением, в 3-5 раз дешевле преобразователей частоты на базе IGBT или IGCT приборов, менее сложная, а, следовательно, более надежна и проста в эксплуатации.

С целью снижения затрат разработана и успешно реализована в большом количестве проектов концепция систем безударного пуска (СБП) нескольких электродвигателей, подключенных к одной или нескольким секциям шин от одного устройства УБПВД. СБП позволяет осуществлять как прямой, так и поочередный безударный пуск любого выбранного электродвигателя под управлением контроллера, который исключает возможность аварийных ситуаций, связанных с ошибочными действиями оперативного персонала.

Система плавного пуска позволяет обеспечить:

  • поочередный плавный пуск практически неограниченного количества агрегатов;
  • уменьшить пусковые токи электродвигателей;
  • улучшить условия эксплуатации токоподводящего электрооборудования;
  • обеспечить возможность рационального и экономичного использования оборудования.

Применение СБП позволяет получить существенную экономию по сравнению с вариантом запуска каждого электродвигателя от индивидуального устройства УБПВД. Например, при запуске 4-х электродвигателей использование СБП обеспечивает сокращение затрат на плавный пуск одного электродвигателя почти в 3 раза.

Для безударного плавного пуска высоковольтных электродвигателей в зависимости от проблемы, которая решается, рекомендуется:

  • для асинхронных и синхронных электродвигателей механизмов с «вентиляторной» нагрузочной характеристикой применять устройства на базе тиристорного регулятора напряжения УБПВД-ВЦ (ВМ), обеспечивающие снятие ударных пусковых нагрузок и ограничение пускового тока в конце разгона на уровне 2,5 Iном дв.;
  • для синхронных двигателей механизмов с тяжелыми условиями пуска применять устройства УБПВД-С на базе зависимого инвертора тока, обеспечивающие разгон электродвигателя с током не более 1,5 Iном дв.

А. Г. МАТИСОН, технический консультант ОАО «ВНИИР».

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector