УСТРОЙСТВА ПЛАВНОГО ПУСКА АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ (СОФТСТАРТЕРЫ)
Наиболее распространенным в промышленности типом электродвигателей является асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели экономичны, просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Существенными недостатками АД являются высокие (до 6 — 8 кратного от номинального) значения пусковые токи и значительное снижение момента АД (пропорционально квадрату приложенного к статору напряжения).
Указанные недостатки оказывают неблагоприятное действие на питающую сеть, а при пуске АД от автономного источника питания мощность последнего должна в 4 — 5 раз превышать мощность двигателя. Кроме того, скачкообразное приложение момента при пуске приводит к ударам в элементах передаточного механизма и снижению его долговечности.
Применение софтстартера обеспечивает плавный пуск асинхронных двигателей с ограничением пускового тока и углового ускорения, защиту от механических ударов исполнительного механизма, позволяет регулировать время разгона и торможения двигателя.
Диаграмма изменения напряжения во времени на зажимах статора двигателя, реализуемая софтстартерами концерна АВВ, компании Schneider Electric и рядом других фирм, изображена на рис.
Приведем параметры пусковой диаграммы софтстартеров концерна АВВ. Первоначальная уставка пускового начального напряжения Уп1 может варьироваться в пределах 10 — 60 % от номинального напряжения, что обеспечивает необходимый уровень пускового момента АД. Если при пуске АД требуется создать необходимый момент трогания, то возможно кратковременное в течение времени tк = 0,5 с приложение к статору импульса напряжения с амплитудой 90 % от номинального напряжения. Продолжительность пуска tп может варьироваться в пределах от 0,5 до 60 с, а продолжительность торможения tо — от 0 до 240 с. Пусковой ток АД может устанавливаться в пределах (2 — 5) /н, а диапазон изменения конечного напряжения Ук — (30—100 %) от Ун.
Рис. График напряжения на зажимах двигателя, получаемый с помощью софтстартера
В случае снижения нагрузки на валу АД софтстартер автоматически снижает напряжение на зажимах статора до значения 0,6 Uн, что обеспечивает экономию электроэнергии без ущерба для работоспособности привода. Однако это снижение возможно не ранее чем через 60 с после завершения разгона двигателя.
Регулирование напряжения на выходе софтстартера осуществляется с помощью тиристорных модулей, которыми управляет микропроцессор.
Рис. 2. Механические характеристики электродвигателя при различных способах пуска:
1 — прямой пуск при полном напряжении сети;
2 — переключение со звезды на треугольник;
3 — от софтстартера
Экономию электроэнергии можно получить при использовании Вураss контактора, который подключает напрямую по окончании процесса пуска АД к питающей сети в обход софтстартера. При этом режим энергосбережения (снижение питающего напряжения на зажимах статора двигателя) становится недоступен.
Механические характеристики электродвигателя для различных способов пуска изображены на рис. 2.
Концерн АВВ выпускает софтстартеры трех типов: PS A для пуска электродвигателей мощностью 4 — 30 кВт; PS D для электродвигателей мощностью 37 — 450 кВт; PS DH для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска (например, для механизмов с большим моментом инерции и для частых пусков). Они поставляются со встроенными реле перегрузки, имеющими зависимую от тока временную характеристику срабатывания.
Софтстартер осуществляет защиту электродвигателя от перегрузки и заклинивания ротора, короткого замыкания, обрыва фазы и несимметрии напряжений. Согласование софтстартера с двигателем осуществляется по напряжению и току. Номинальный ток двигателя должен составлять от 70 до 100 % максимально допустимого тока софтстартера.
В настоящее время выпуск софтстартеров осуществляется десятками фирм. Технические характеристики софтстартеров, выпускаемых концерном АВВ, приведены в табл., компанией Schneider Electric. Сравнительная характеристика различных способов пуска асинхронных короткозамкнутых двигателей приведена в табл.
Фирма Siemens осуществляет выпуск софтстартеров SIMOSTART MV для пуска электродвигателей на напряжение 6 и 6,6 кВ. Намечается выпуск софтстартеров на напряжения 11 кВ и 13,8 кВ.
Софтстартеры обеспечивают:
ограничение пускового момента и тока двигателя;
устранение гидравлического удара, а также механических ударов в передаточном механизме при пуске и останове турбомашины;
нормальный пуск электродвигателя от автономного источника энергоснабжения соизмеряемой мощности, а также в слабых электрических сетях.
Элементной базой софтстартеров служат традиционные тиристоры, управление которыми осуществляется с помощью 32-х битового сигнального процессора. Возможно управление электродвигателем как по разомкнутому, так и по замкнутым контурам управления. В последнем случае используется сигнал обратной связи от датчика частоты вращения двигателя. Интерфейсы обмена данных в системе управления — PROFIBUS, MODBUS.
Имеется возможность с помощью программных средств реализовать импульс пускового напряжения с уровнем 0,8 Uн и регулируемой продолжительностью от 0,1 до 2 с.
Длительность нарастания (спадания) линейно изменяющегося во времени напряжения может регулироваться в диапазоне 1-30 с.
Установочными параметрами софтстартера являются: номинальный ток двигателя, начальное напряжение при пуске, пусковой ток, время разгона и останова электропривода, продолжительность толчкового импульса пускового напряжения.
В софтстартере предусмотрены следующие виды защит от: перегрузки по току и моменту электродвигателя; короткого замыкания в силовой цепи; превышения температуры; нарушения заземления;
превышения допустимой частоты пусков (более 4 пусков в час);
уменьшения напряжения ниже допустимого значения; превышения напряжения сверх допустимого значения; обрыва фазы;
несимметрии фазных напряжений и др.
В процессе функционирования на панели управления софтстартером отображается следующая информация: продолжительность пуска (останова) электропривода; недогрузка (перегрузка) по току; напряжение сети и на зажимах электродвигателя; фазные токи; ток утечки;
коэффициент мощности электропривода; температура нагрева софтстартера.
Кроме того, на экране ЖКИ могут быть отображены следующие расчетные параметры: продолжительность пуска (останова), несимметрия фазных токов, относительная величина тока нагрузки в долях от номинального значения тока софтстартера и др.
Помимо указанных величин в процессе эксплуатации накапливаются данные об израсходованном моторесурсе (моточас), числе завершенных пусков и остановов, продолжительность пуска и останова последнего цикла, максимальной пусковой ток последнего пуска, причины последнего сбоя пуска и др.
Конструктивно софтстартер выполнен в виде шкафа, в котором размещены: входной вакуумный выключатель; тиристорный блок с 1 8-ю тиристорами, включенными в каждой фазе по встречно-параллельной схеме с тремя последовательно соединенными тиристорами в каждой ветви; байпасный вакуумный контактор, с помощью которого шунтируется после завершения пуска тиристорный блок, и который снова включается после подачи команды на останов электропривода; модуль управления с микроконтроллером; панель оператора с 8-ю светодиодами, отображающими состояние электропривода.
Степень защиты оболочки IP32/IP54 (по заказу). Охлаждение софтстартера - воздушное (принудительно воздушное).
По данным фирмы Siemens капитальные затраты при внедрении софтстартера в 4-5 раз ниже чем на частотно-регулируемый электропривод одинаковой мощности. При этом софтстартер выполняет большинство функций частотно-регулируемого электропривода.
Технические характеристики софтстартеров SIMOSTART MV на напряжение 6 и 6,6 кВ приведены в табл.
