Устройство плавного пуска электродвигателя: системы безударного пуска высоковольтных электродвигателей

Опубликовано: 8 декабря 2008 г. в 00:00, 2543 просмотра Комментировать

Осциллограмма прямого пуска электродвигателя

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).

Схема безударного пуска электродвигателя с тиристорным регулятором напряжения

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.

Устройство УБПВД-ВЦ

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-ВМ

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.

Схема зависимого тиристорного инвертора тока

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.

Однолинейная схема устройства 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.

Устройство УБПВД-С

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».

Рекомендуем почитать

ЕССО\u002DТЕХНОЛОДЖИ системная интеграция поставок электротехнического оборудования
13 ноября 2008 г. в 18:00
Моделируя передачу и распределение электроэнергии потребителям: вновь строящимся промышленным объектам или целым промышленным зонам (в частности ОЭЗ), — возможно оценить с определенной точностью общую потребность рынка в электротехническом оборудовании на данный момент времени. Однако отечественный электротехнический рынок характеризуется сегодня не только своей емкостью, но также и жесткими требованиями к участникам — поставщикам электротехнического оборудования.
Разработки предприятия «Автоматизированные системы и комплексы» в области регулируемого электропривода переменного тока
14 апреля 2010 г. в 10:51
Предприятие «Автоматизированные системы и комплексы» (АСК) в течение 20 лет занимается комплексной автоматизацией технологических процессов, включающей модернизацию силового электрооборудования и систем управления. Наряду с выполнением проектных работ, изготовлением объектно-ориентированных изделий и пусконаладочными работами, предприятие ведет собственные разработки как систем управления и устройств, отвечающих требованиям современного производства, так и перспективных направлений. Среди них большое внимание уделяется разработкам в области автоматизированного электропривода переменного тока с применением устройств силовой электроники и микропроцессорных средств управления.
Преобразователи частоты TMdrive на напряжение 6\u002D10 кВ
14 января 2008 г. в 00:00
В промышленно развитых странах техника частотно-регулируемых приводов используется уже более 30 лет. В течение всего этого времени закладывались научные и методические основы, разрабатывались технические и программные средства управления электроприводом, совершенствовались технологические процессы и оборудование, менялась элементная база силовых электронных элементов. Если в начале своего пути преобразователи частоты строились на основе тиристорных устройств, то теперь повсеместно используются транзисторные силовые ключи (т.н. IGBT технология, впервые разработанная компанией «TOSHIBA» в начале 80-х).
Eaton: передовые решения для эффективного управления энергией и надежной защиты оборудования
12 июля 2016 г. в 09:24
В последнее время в промышленных установках все чаще используются преобразователи частоты (ПЧ) и устройства плавного пуска (УПП).
«ЕССО\u002DТехнолоджи»: системная интеграция поставок электротехнического оборудования
8 мая 2009 г. в 14:31
Завод высоковольтной аппаратуры «ЕССО-Технолоджи» — одно из ведущих предприятий электротехнической промышленности России по производству современной низковольтной и высоковольтной аппаратуры. Постоянное совершенствование выпускаемой продукции с учетом требований международных стандартов позволяет ООО «ЕССО-Технолоджи» сохранить ведущее положение в стране и обеспечить конкурентоспособность российской электротехнической продукции, как на внутреннем, так и на внешнем рынке.

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.