Плавный пуск электродвигателя. Устройства плавного пуска (УПП). Система плавного пуска асинхронного двигателя
Устройство плавного пуска трех фазного электродвигателя CAVR.ru
Рассказать в: Рассматриваемое в статье устройство позволяет производить безударный пуск и торможение трехфазного асинхронного электродвигателя, что увеличивает срок службы оборудования и снижает нагрузку на электросеть. Плавный пуск достигается путем изменения эффективного значения напряжения на обмотках двигателя с помощью тринисторов.Устройства плавного пуска (далее — УПП) широко применяются в промышленности, на транспорте, в коммунальном и сельском хозяйстве. Основа трехфазных УПП — три пары включенных встречно-параллельно тринисторов, установленных в разрывы каждого из фазных проводов. Плавный пуск достигается за счет постепенного увеличения прикладываемого к обмоткам электродвигателя напряжения от некоторого начального значения до номинального. Для этого в течение некоторого времени, называемого временем пуска, постепенно увеличивается от минимального значения до максимального угол проводимости тринисторов. Обычно начальное напряжение невелико, поэтому крутящий момент на валу электродвигателя при пуске намного меньше, чем в номинальном режиме. При этом происходит плавное натяжение приводных ремней, входят в зацепление зубчатые колеса редуктора. В результате снижаются динамические нагрузки на детали привода, что способствует продлению срока службы механического оборудования, увеличению межремонтного периода.Применение УПП позволяет снизить и пиковую нагрузку на электросеть, поскольку пусковой ток электродвигателя в этом случае превышает номинальный всего в 2...4 раза, а не в 5...7, как при прямом пуске. Это бывает важно при питании электропривода от источников ограниченной мощности, например, дизель-генераторных установок, устройств бесперебойного питания, маломощных трансформаторных подстанций (особенно в сельской местности). Снижение пускового тока продлевает и жизнь электрооборудования.
На рисунке изображена схема УПП, предназначенного для электродвигателей, питаемых от трехфазной сети 380 В, 50 Гц (фазы А, В, С), обмотки которых, соединенные "звездой", подключают к цепям L1—L3. Общую точку "звезды" соединяют с нейтралью сети (N). Максимальная мощность двигателя —4 кВт.Тринисторы VS1—VS6 — недорогие 40TPS12 в корпусе ТО-247, допускающие прямой ток до 35 А. Параллельно тринисторам подключены демпфирующие RC-цепи R8C11, R9C12, R10C13, предотвращающие их ложные включения, а также варисторы RU1—RU3, поглощающие коммутационные импульсы амплитудой более 500 В.Каждой парой встречно-параллельных тринисторов управляет хорошо известная радиолюбителям микросхема фазового регулятора КР1182ПМ1 (DA1— DA3). Конденсаторы С5—С10 обеспечивают формирование внутри микросхем пилообразного напряжения, синхронизированного с сетевым. Сравнивая пилообразное напряжение с действующим между выводами 3 и 6, каждая микросхема формирует сигналы включения соответствующих тринисторов.Понижающий трансформатор Т1, выпрямитель на диодном мосте VD1 со сглаживающим конденсатором С4 и интегральный стабилизатор DA4 обеспечивают напряжение 12 В, необходимое для работы реле К1—КЗ.После подачи силовым выключателем Q1 трехфазного напряжения при разомкнутом выключателе SA1 вал электродвигателя остается неподвижным, так как выводы 3 и 6 микросхем DA1 — DA3 зашунтированы резисторами R1— R3 через нормально замкнутые контакты реле, напряжение между этими выводами мало, импульсы, открывающие тринисторы, не формируются. В таком состоянии включен светодиод HL1, сигнализирующий о готовности УПП к работе.При замыкании контактов выключателя SA1 напряжение 12В поступает на обмотки реле, их контакты размыкаются и начинается зарядка конденсаторов С1—СЗ током, генерируемым внутри микросхем. Тринисторы начинают открываться. По мере увеличения напряжения на конденсаторах С1—СЗ угол включенного состояния тринисторов постепенно растет и через некоторое время достигает максимума. По истечении этого времени разогнавшийся двигатель работает на полную мощность. О включении двигателя сигнализирует светодиод HL2.Когда выключатель SA1 будет разомкнут, контакты реле вернутся в исходное замкнутое состояние и конденсаторы С1—СЗ за несколько секунд разрядятся почти до нуля, после чего открывающие тринисторы импульсы прекратятся. Двигатель плавно замедлит ход и остановится.Поскольку во время пуска токи через обмотки двигателя несинусоидальны, полной компенсации фазных токов в нулевом проводе не происходит. В определенные моменты ток в этом проводе может оказаться значительным. А в установившемся режиме он значительно меньше, поскольку обусловлен лишь "перекосом" фаз и неидентичностью обмоток двигателя, и обычно не превышает 10 % номинального тока фазы.Трансформатор Т1 — ТПГ-2 с напряжением вторичной обмотки 15 В, реле К1—КЗ — TRU-12VDC-SB-CL, конденсаторы С11—С13 — пленочные К73-17. В качестве выключателя SA1 можно использовать кнопку с фиксацией в нажатом состоянии.Сечение проводов, соединяющих УПП с выключателем Q1 и с двигателем, должно соответствовать мощности последнего. Сечение нулевого провода должно быть таким же, как и фазных.При работе с двигателем мощностью до 1,5 кВт и частоте пусков не более 10—15 в час на тринисторах VS1—VS6 рассеивается незначительная мощность, поэтому отводить тепло от них не требуется. При более частых пусках или более мощном двигателе тринисторы необходимо снабдить теплоотводами из алюминиевой полосы. Если теплоотвод общий, тринисторы должны быть надежно изолированы от него соответствующими прокладками. Для улучшения теплопередачи можно применить пасту КПТ-8.Собранное устройство, прежде чем соединять его с электродвигателем, необходимо проверить, подключив к выходам три одинаковые лампы накаливания. Во время испытаний может выясниться, что лампы зажигаются и гаснут неодновременно. Это обусловлено разбросом характеристик микросхем DA1—DA3 и емкости конденсаторов С1—СЗ. Время выключения зависит и от сопротивления резисторов R1—R3. Рассогласование по времени более 30 % необходимо устранить подборкой упомянутых выше конденсаторов и резисторов.Из-за разброса емкости конденсаторов С5—С10, входящих в цепи формирования пилообразного напряжения, возможно появление в фазных проводах постоянной составляющей тока, вызывающей нежелательное подмагничивание магнитопроводов двигателя и питающего его силового трансформатора. Практика показала, что такое влияние невелико, и мер по устранению этой составляющей принимать не требуется.
Раздел:
[Схемы] Сохрани статью в: Оставь свой комментарий или вопрос:
www.cavr.ru
Системы плавного пуска асинхронных двигателей. Плавный пуск электродвигателя своими руками
Данный раздел посвящен теоретическим основам частотного регулирования и принципам работы устройства плавного пуска.
Принцип работы преобразователя частоты
Частотный преобразователь - устройство, позволяющее осуществлять регулирование скорости вращения электродвигателей посредством изменения частоты электрического тока.
Для понимания процесса частотного регулирования для начала необходимо вспомнить из курса электротехники принцип работы асинхронного электродвигателя.
Вращение вала электродвигателя происходит за счет магнитного поля создаваемого обмотками статора. Синхронная частота вращения магнитного поля зависит от частоты напряжения питающей сети f и выражается следующей зависимостью:
где p – число пар полюсов магнитного поля.
Под действием нагрузки частота вращения ротора электродвигателя несколько отличается от частоты вращения магнитного моля статора вследствие скольжения s:
Следовательно частота вращения ротора электродвигателя представляет собой зависимость от частоты напряжения питающей сети:
Таким образом требуемую частоту вращения вала электродвигателя np можно получить путем изменения частоты напряжения сети f. Скольжение при изменении частоты вращения не увеличивается, а соответственно потери мощности в процессе регулирования незначительны.
Для эффективной работы электропривода и обеспечения максимальных значений основных характеристик электродвигателя требуется вместе с частотой изменять и питающее напряжение.
Функция изменения напряжения в свою очередь зависит от характера момента нагрузки. При постоянном моменте нагрузки Mc = const напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте:
Для случаев вентиляторного режима:
При моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости:
Таким образом, плавное регулирование частоты обеспечивается одновременным регулированием частоты и напряжения на статоре асинхронного двигателя.
Рис 1. Схема частотного преобразователя
На рис. 1. представлена типовая блок-схема низковольтного преобразователя частоты. В нижней части рисунка для каждого блока наглядно изображены графики входных и выходных напряжений и токов.
Сначала напряжение сети (U BX) поступает на вход выпрямителя (1). Далее для сглаживание выпрямленного напряжения (U ВЫПР) применяется конденсаторный фильтр (2). Затем уже постоянное напряжение (U d) подается на вход инвертора (3), где происходит преобразование тока из постоянного обратно в переменный, формируя тем самым выходной сигнал с необходимыми значениями напряжения и частоты. Для получение сигнала синусоидальной формы применяются сглаживающий фильтр (4)
Для более наглядного понимания принципа работы инвертора рассмотрим принципиальную схему частотного преобразователя на рис. 2
Рис. 2 –
realapex.ru
Плавный пуск электродвигателя. Устройства плавного пуска (УПП) | RuAut
Запуск асинхронного электродвигателя является самым «тяжелым» режимом работы. В этот момент все части двигателя испытывают перегрузки, которые отрицательно сказываются на сроке службы двигателя. Чтобы уменьшить влияние режимов пуска используют различные подходы.
Простейший способ заключается в переключении обмоток двигателя со «звезды» в «треугольник». Обычно электродвигатели выпускаются на два класса напряжений, которые реализуются различной схемой включения одних и тех же обмоток статора. Номинальное напряжение двигателя по схеме «звезда» и по схеме «треугольник» отличаются друг от друга в 1.73 раза. Таким образом, если работа двигателя возможна по схеме «треугольник», включение его по схеме «звезда» обеспечивает пуск на пониженном напряжении. По достижение частичного разгона обмотки двигателя переключается по схеме «треугольник». При этом броски тока и броски вращающего момента также будут наблюдаться, однако их величина будет в три раза меньше чем при прямом пуске.
С помощью внешних резисторов или пусковых трансформаторов также можно обеспечить плавный пуск и разгон электродвигателя, постепенно (ступенчато) повышая напряжение на двигателе.
Использование многоскоростных двигателей с переключением числа полюсов также позволяет обеспечить плавный пуск электродвигателя. В описании двигателя следует обратить внимание, на какую нагрузку он рассчитан. Существуют двигатели, рассчитаны на центробежные насосы и вентиляторы, для которых характерна квадратическая зависимость момента нагрузки от скорости вращения.
Наиболее прогрессивный и щадящий метод плавного пуска электродвигателя основан на электронном изменении напряжения, подаваемого на обмотки двигателя. В зависимости от сложности и стоимости электронного устройства плавного пуска (УПП) реализуются различные методы управления. Для маломощных электродвигателей (до 1,5 кВт) допускается плавное изменение напряжения в одной или двух фазах питающего напряжения. Для более мощных электродвигателей напряжение должно плавно изменяться одновременно в трех фазах питающего напряжения. При этом темп изменения напряжения должен обеспечить плавный пуск и разгон двигателя за заданное время, но с ограниченным превышением пускового тока над номинальным.
При выборе устройства плавного пуска следует обращать внимание на область применения электропривода (условия пуска) и на номинальный ток электродвигателя.
В каталогах производителей устройств плавного пуска приведены таблицы выбора, в которых также перечислены технические характеристики и защитные функции. Если условия работы отличаются от стандартных, например, требуется большее число пусков в час, необходимо выполнить детальную техническую проработку.
Устройства плавного пуска электродвигателя обеспечивают плавное изменение питающего напряжения и осуществляют контроль пускового тока, при этом частота питающего напряжения остается неизменной. Таким образом, установившаяся скорость вращения может быть достигнута раньше, чем установленное время пуска.
Совместная работа устройства плавного пуска и электродвигателя положительно сказывается на увеличении срока службы двигателя и его тепловых нагрузках. Ограничение пускового тока соответственно сокращает интенсивность и неравномерность нагрева обмоток двигателя.
