Устройства плавного пуска асинхронных электродвигателей

1. УСТРОЙСТВА ПЛАВНОГО ПУСКА АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

2. Устройства плавного пуска и торможения асинхронных электродвигателей

• УПП позволяет решать следующие задачи:
Ограничить пусковой ток (в большинстве случаев на
уровне 3-4,5 Iн)
Уменьшить снижение напряжения на обмотке статора
АД при пуске
Оптимизировать пусковой и тормозной моменты для
безударных разгонов и остановок приводимых
механизмов, продлить срок службы подшипников, редукторов, приводных ремней и других деталей
машин;
Защитить электродвигатель и питающую сеть от
токовых перегрузок, заклинивания вала.

3. СПОСОБЫ ПЛАВНОГО ПУСКА АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

• Плавное или ступенчатое изменение
напряжения питания обмотки статора АД при
помощи автотрансформатора
• Уменьшение пусковых токов переключением
обмотки статора со звезды на треугольник
• Уменьшение пусковых токов АД введением
токоограничивающих резисторов в цепь
обмотки статора
• Плавный пуск при помощи преобразователя
частоты

4. Зависимости момента на валу и потребляемого тока АД от частоты вращения при изменении напряжения питания обмотки статора АД

5. Устройства плавного пуска

• Вращающий момент асинхронного
электродвигателя пропорционален квадрату
напряжения, питающего обмотку статора и
зависит от активного и индуктивного
сопротивлений роторной и статорной цепи
• Все потери выделяются в виде тепла внутри
электродвигателя, поэтому он быстро
перегревается. Режим пуска является
кратковременным, и АД не успевает
перегреться

6. Силовая часть УПП

• Силовая части УПП выполняется на
симисторах или двух встречно-параллельно
включенных тиристора в каждой фазе
электродвигателя.
• Тиристор отпирается при условии
приложения прямого напряжения анод-катод
и одновременной подачи отпирающего потенциала или его импульса на управляющий
электрод.
• Запирается тиристор только снижением тока
в цепи "анод-катод-нагрузка" до значения,
близкого к нулевому.

7. Силовая часть УПП

• В УПП тиристор выполняет функцию
быстродействующего
полупроводникового контактора.
• Момент запирания при переходе через
ноль тока тиристора запаздывает
относительно момента перехода
синусоиды фазного напряжения через
ноль из-за индуктивности обмотки

8. Варианты силовой части УПП

9. Однофазное регулирование

• Через нерегулируемые фазы при разгоне
двигателя протекает ток, соответствующий
скольжению и моменту в конкретный момент
времени. Поскольку время разгона больше, чем в
случае прямого пуска, тепловой режим
нерегулируемой обмотки может оказаться
тяжелее, чем при прямом пуске.
• Такая схема применяется только там, где
требуется смягчить пусковые удары в
механической нагрузке в диапазоне мощностей
до 11 кВт, а плавное торможение, длительный
пуск и ограничение пускового тока не требуются
• Однофазные УПП применяются редко, поэтому
далее не рассматриваются.

10. Двухфазное регулирование

• Обеспечивается ограничение пускового тока,
но режим работы АД несимметричный.
• Двухфазные УПП выпускаются для
двигателей мощностью до 250 кВт для
смягчения ударной нагрузки механизмов при
пуске.
• Некоторые УПП оснащены внутренними
байпасными контакторами, что позволяет
использовать одно УПП для запуска
нескольких электродвигателей

11. Трёхфазное регулирование

• Самое технически совершенное решение, так
как позволяет получить симметричное по
фазам ограничение тока
• В сравнении с двухфазным, при том же
крутящем моменте в момент разгона
двигателя, токовый режим максимально
благоприятен и для двигателя, и для сети.
• Область применения трехфазных УПП
универсальна, есть возможность применить
динамическое торможение

12. Система управления УПП

• Формирование управляющих сигналов для отпирания
тиристоров (симисторов) происходит в аналоговой или
микропроцессорной системе управления
• На рис.5 показано изменение напряжения в обмотке двигателя
при изменении временного промежутка, или фазового сдвига
между прохождением синусоиды входного напряжения через
ноль и моментом подачи управляющего сигнала в процессе
пуска двигателя.
• Величина α называется углом отпирания тиристора и
изменяется от значения менее 180 градусов или 10 мс при
частоте 50 Гц в начале до нуля в момент выхода на
номинальные обороты.
• При плавном торможении угол отпирания изменяется в обратном порядке.

13. Изменение фазного напряжения при регулировании угла открывания тиристоров

14. Варианты включения УПП

• Существующие УПП содержат симисторы,
включаемые в одну, две или в три фазы,
причём, при соединении обмоток
треугольником, возможно включение
симисторов не в фазу питания, а в разрыв
обмотки.
• В этом случае ток через симистор снижается
в 1,73 раза и позволяет выбрать менее
мощное и более дешёвое УПП, но удваивает
число соединительных проводников (схема
подключения УПП становится более сложной)

15. Начальное напряжение

• Это напряжение, при котором система
мягкого пуска начинает или завершает
процесс включения или выключения.
Применяется для гарантированного
трогания вала с места. При начальном
напряжении 50% от номинального α =
90 градусов.

16. Полный рабочий цикл двигателя, управляемого УПП.

17. Ограничение тока

• Может использоваться при пуске под
большой нагрузкой, когда трудно обеспечить
плавный старт заданием только начального
напряжения и времени включения
• При достижении предела ограничения тока
система плавного пуска временно прекратит
увеличение напряжения, пока ток не снизится
ниже заданного предела, после чего процесс
увеличения напряжения возобновится до
достижения полного напряжения. Эта
функция имеется не во всех УПП.

18. Функция BOOST

• Позволяет получить пусковой момент
для преодоления механического трения.
Применяется, когда крутящий момент
при пониженном стартовом напряжении
недостаточен для трогания вала с
места, но основной разгон уже
стартовавшего двигателя можно
выполнить и от пониженного
напряжения.

19. Приложение начального напряжения BOOST, равного 100% номинального напряжения двигателя

20. Функция BOOST

• Возможные применения функции BOOSTдробилки, измельчители. Первые 0,2 с (10
полных периодов) тиристоры полностью
открыты, и двигатель ведёт себя, как и при
прямом пуске, и нагружает сеть
соответствующим образом. Такая короткая по
времени просадка в сети обычно не вызывает
аварийных остановок других механизмов. Эта
функция также имеется не во всех УПП.

21. Устройства плавного пуска

• Простейшие двухфазные УПП с плавным
торможением на токи до 32 А собираются в
пластиковом корпусе с креплением на 35 мм DINрейку. На передней панели находятся регулировки
времени пуска, времени торможения и начального
напряжения, винты клемм питания, выхода на
двигатель, логических входов для подключения
кнопок "Пуск" и "Стоп" и, при наличии, BOOST, и
выходы сигналов ошибки и завершения процесса
разгона. Более функционально продвинутые УПП
позволяют устанавливать настройки и управлять
процессом с интерактивной передней панели или по
сетевому протоколу, реализуя, например, смену
режимов пуска или последовательный запуск
двигателей разной мощности.

22. Выводы

• Тиристорный УПП, если нет возможности
переключения со звезды на треугольник в
имеющемся является самым массовым
устройством для решения многих проблем,
возникающих при прямом пуске
• При выборе решений по плавному пуску и
торможению в механизмах, приводимых
двигателями мощностью от десятков кВт и
выше, следует учитывать следующее:

23. Выводы

• • Использование 3-фазных УПП
предпочтительно
• • При многодвигательном приводе на общую
механическую нагрузку с раздельным пуском
каждого двигателя (например, насосные
станции) разумно использовать каскадный
последовательный запуск/торможение;
• • Имеющиеся механические ограничители
нагрузки (например, байпасные
трубопроводы в насосах и компрессорах)
целесообразно сохранить.