Частотный запуск синхронного двигателя

Синхронный двигатель с постоянными магнитами

• Управление синхронным электродвигателем с постоянными магнитами
  • Трапециидальное управление
  • Полеориентированное управление

Главное отличие между синхронным двигателем с постоянными магнитами (СДПМ) и асинхронным электродвигателем заключается в роторе. Проведенные исследования 1 показывают, что СДПМ имеет КПД примерно на 2% больше, чем высоко эффективный (IE3) асинхронный электродвигатель, при условии, что статор имеет одинаковую конструкцию, а для управления используется один и тот же частотный преобразователь. При этом синхронные электродвигатели с постоянными магнитами по сравнению с другими электродвигателями обладают лучшими показателями: мощность/объем, момент/инерция и др.

Конструкции и типы синхронного электродвигателя с постоянными магнитами

Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

Обычно ротор располагается внутри статора электродвигателя, также существуют конструкции с внешним ротором — электродвигатели обращенного типа.

Ротор состоит из постоянных магнитов. В качестве постоянных магнитов используются материалы с высокой коэрцитивной силой.

Электродвигатель с неявно выраженными полюсами имеет равную индуктивность по продольной и поперечной осям L_d = L_q, тогда как у электродвигателя с явно выраженными полюсами поперечная индуктивность не равна продольной L_q ≠ L_d.

Также по конструкции ротора СДПМ делятся на:
• синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
  (англ. SPMSM — surface permanent magnet synchronous motor);
• синхронный двигатель со встроенными (инкорпорированными) магнитами
  (англ. IPMSM — interior permanent magnet synchronous motor).

Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Наиболее распространены конструкции с двух- и трехфазной обмоткой.

В зависимости от конструкции статора синхронный двигатель с постоянными магнитами бывает:
• с распределенной обмоткой;
• с сосредоточенной обмоткой.

Распределенной называют такую обмотку, у которой число пазов на полюс и фазу Q = 2, 3. k.

Сосредоточенной называют такую обмотку, у которой число пазов на полюс и фазу Q = 1. При этом пазы расположены равномерно по окружности статора. Две катушки, образующие обмотку, можно соединить как последовательно, так и параллельно. Основной недостаток таких обмоток — невозможность влияния на форму кривой ЭДС [2].

Форма обратной ЭДС электродвигателя может быть:
• трапецеидальная;
• синусоидальная.

Форма кривой ЭДС в проводнике определяется кривой распределения магнитной индукции в зазоре по окружности статора.

Известно, что магнитная индукция в зазоре под явно выраженным полюсом ротора имеет трапециидальную форму. Такую же форму имеет и наводимая в проводнике ЭДС. Если необходимо создать синусоидальную ЭДС, то полюсным наконечникам придают такую форму, при которой кривая распределения индукции была бы близка к синусоидальной. Этому способствуют скосы полюсных наконечников ротора [2].

Принцип работы синхронного двигателя

Принцип действия синхронного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного магнитного поля ротора. Концепция вращающегося магнитного поля статора синхронного электродвигателя такая же, как и у трехфазного асинхронного электродвигателя.

Принцип работы синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного магнитного поля ротора.

Магнитное поле ротора, взаимодействуя с синхронным переменным током обмоток статора, согласно закону Ампера, создает крутящий момент, заставляя ротор вращаться (подробнее).

Постоянные магниты, расположенные на роторе СДПМ, создают постоянное магнитное поле. При синхронной скорости вращения ротора с полем статора, полюса ротора сцепляются с вращающимся магнитным полем статора. В связи с этим СДПМ не может сам запуститься при подключении его напрямую к сети трехфазного тока (частота тока в сети 50Гц).

Управление синхронным двигателем с постоянными магнитами

Для работы синхронного двигателя с постоянными магнитами обязательно требуется система управления, например, частотный преобразователь или сервопривод. При этом существует большое количество способов управления реализуемых системами контроля. Выбор оптимального способа управления, главным образом, зависит от задачи, которая ставится перед электроприводом. Основные методы управления синхронным электродвигателем с постоянными магнитами приведены в таблице ниже.

Для решения несложных задач обычно используется трапециидальное управление по датчикам Холла (например — компьютерные вентиляторы). Для решения задач, которые требуют максимальных характеристик от электропривода, обычно выбирается полеориентированное управление.

Трапециидальное управление

Одним из простейших методов управления синхронным двигателем с постоянными магнитами является — трапецеидальное управление. Трапециидальное управление применяется для управления СДПМ с трапециидальной обратной ЭДС. При этом этот метод позволяет также управлять СДПМ с синусоидальной обратной ЭДС, но тогда средний момент электропривода будет ниже на 5%, а пульсации момента составят 14% от максимального значения. Существует трапециидальное управление без обратной связи и с обратной связью по положению ротора.

Управление без обратной связи не оптимально и может привести к выходу СДПМ из синхронизма, т.е. к потери управляемости.

Управление с обратной связью можно разделить на:
• трапециидальное управление по датчику положения (обычно — по датчикам Холла);
• трапециидальное управление без датчика (бездатчиковое трапециидальное управление).

В качестве датчика положения ротора при трапециидальном управлении трехфазного СДПМ обычно используются три датчика Холла встроенные в электродвигатель, которые позволяют определить угол с точностью ±30 градусов. При таком управление вектор тока статора принимает только шесть положений на один электрический период, в результате чего на выходе имеются пульсации момента.

Полеориентированное управление

Полеориентированное управление позволяет плавно, точно и независимо управлять скоростью и моментом бесщеточного электродвигателя. Для работы алгоритма полеориентированного управления требуется знать положение ротора бесщеточного электродвигателя.

Существует два способа определения положения ротора:
• по датчику положения;
• без датчика — посредством вычисления угла системой управления в реальном времени на основе имеющейся информации.

Полеориентированное управление СДПМ по датчику положения

В качестве датчика угла используются следующие типы датчиков:
• индуктивные: синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), редуктосин, индуктосин и др.;
• оптические;
• магнитные: магниторезистивные датчики.

Полеориентированное управление СДПМ без датчика положения

Благодаря бурному развитию микропроцессоров с 1970-х годов начали разрабатываться бездатчиковые векторные методы управления бесщеточными электродвигателями переменного тока. Первые бездатчиковые методы определения угла были основаны на свойстве электродвигателя генерировать обратную ЭДС во время вращения. Обратная ЭДС двигателя содержит в себе информацию о положении ротора, поэтому вычислив величину обратной ЭДС в стационарной системе координат можно рассчитать положение ротора. Но, когда ротор не подвижен, обратная ЭДС отсутствует, а на низких оборотах обратная ЭДС имеет маленькую амплитуду, которую сложно отличить от шума, поэтому данный метод не подходит для определения положения ротора двигателя на низких оборотах.

Существует два распространенных варианта запуска СДПМ:
• запуск скалярным методом — запуск по заранее определенной характеристики зависимости напряжения от частоты. Но скалярное управление сильно ограничивает возможности системы управления и параметры электропривода в целом;
• метод наложения высокочастотного сигнала – работает только с СДПМ у которого ротор имеет явно выраженные полюса.

На текущий момент бездатчиковое полеориентированное управление СДПМ во всем диапазоне скоростей возможно только для двигателей с ротором с явно выраженными полюсами.

Частотный запуск синхронного двигателя

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, так как ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно. В результате магнитная связь между статором и ротором не возникает. Для пуска синхронного двигателя приходится применять специальные способы, сущность которых состоит в предварительном приведении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней частоте, при которой между статором и ротором устанавливается магнитная связь.

Практическое применение имеют три способа пуска синхронных двигателей: пуск посредством вспомогательного двигателя, асинхронный пуск и частотный пуск.

Пуск синхронного двигателя посредством вспомогательного двигателя. Процесс пуска протекает аналогично процессу включения синхронного генератора на параллельную работу. Ротор возбужденного двигателя приводится во вращение, разгоняется до синхронной частоты вращения и с помощью синхронизирующего устройства подключается к сети. Затем вспомогательный двигатель отключают. Обычно мощность этого двигателя составляет 5—15% от мощности синхронного двигателя. Это позволяет пускать синхронные двигатели либо без нагрузки, либо при малой нагрузке на валу. Применение пускового двигателя мощностью, достаточной для пуска синхронного двигателя под нагрузкой, нецелесообразно, так как при этом установка получается громоздкой и неэкономичной.

В качестве пускового (вспомогательного) двигателя обычно применяют асинхронный двигатель с фазным ротором с числом полюсов на два меньше, чем число полюсов синхронного двигателя. Это делается для того, чтобы можно было ротор синхронного двигателя привести во вращение с частотой вращения, близкой к синхронной. Для регулировки частоты вращения в цепь ротора асинхронного двигателя включают регулировочный реостат. В настоящее время описанный способ пуска применяют лишь для мощных синхронных компенсаторов [4].

Асинхронный пуск синхронных двигателей. Этот способ возможен при наличии в полюсных наконечниках ротора пусковой (демпферной) обмотки (см. рис. 16.2). Схема включения двигателя при этом способе пуска приведена на рис. 22.1, а. Невозбужденный синхронный двигатель включают в сеть. Возникшее при этом вращающееся магнитное поле статора наводит в стержнях пусковой клетки ЭДС, которые создают токи 12. Взаимодействие этих токов с полем статора вызывает появление на стержнях пусковой обмотки электромагнитных сил F^. Под действием этих сил ротор приводится во вращение (рис. 22.1, б). После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной («2« 0,95«/), обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Образующийся при этом синхронный момент втягивает ротор двигателя в синхронизм. После этого пусковая обмотка двигателя выполняет функцию лишь успокоительной обмотки, ограничивая качания ротора.

Чем меньше нагрузка на валу двигателя, тем легче его вхождение в синхронизм. Явнополюсные двигатели малой мощности, пускаемые без нагрузки на валу, иногда входят в синхронизм лишь за счет реактивного момента, т. е. даже без включения обмотки возбуждения.

С увеличением нагрузочного момента на валу вхождение двигателя в синхронизм затрудняется. Наибольший нагрузочный момент, при котором ротор синхронного двигателя еще втягивается в синхронизм, называют моментом входа двигателя в синхронизм М^.

Величина асинхронного момента Ма при скорости И2«0,95я; зависит от активного сопротивления пусковой клетки, т. е. от сечения стержней и материала, из которого они изготовлены. Следует обратить внимание, что выбор сопротивления пусковой клетки г2′, соответствующего значительному пусковому моменту ( M’J), способствует уменьшению момента входа в синхронизм (М£) и, наоборот, при сопротивлении г<, соответствующем небольшому пусковому моменту ( М'п ), момент входа в синхронизм увеличивается (М'а) (рис. 22.2).

В процессе асинхронного пуска обмотку возбуждения нельзя оставлять разомкнутой, так как магнитный поток статора, пересекающий ее в начальный период пуска с синхронной скоростью, индуктирует в ней ЭДС. Вследствие большого числа витков обмотки возбуждения эта ЭДС достигает значений опасных как для целости изоляции самой обмотки, так и для обслуживающего персонала. Для предотвращения этого обмотку возбуждения на период разгона ротора замыкают на активное сопротивление г, примерно в десять раз большее сопротивления обмотки возбуждения. Переключение зажимов И1 и И2 обмотки возбуждения с сопротивления г на клеммы возбудителя осуществляют переключением П (см. рис. 22.1, а).

Замыкание накоротко обмотки возбуждения на время пуска двигателя нежелательно, так как при этом на роторе образуется однофазный замкнутый контур, взаимодействие которого с вращающимся полем статора также создает дополнительный асинхронный момент Мд. Однако при скорости вращения, равной половине синхронной, этот момент становится тормозящим (рис. 22.2).

При асинхронном пуске синхронного двигателя возникает значительный пусковой ток. Поэтому подключение синхронных двигателей непосредственно к сети переменного тока применяют только при достаточной мощности сети, способной выдерживать большие пусковые токи, достигающие пяти- и семикратного значения по сравнению с номинальным значением тока двигателя. При недостаточной мощности сети для ограничения пусковых токов применяют пуск двигателя при пониженном напряжении: автотрансформаторный или реакторный пуск.

Управление синхронным двигателем с постоянными магнитами преобразователем частоты Danfoss

Синхронные двигатели с постоянными магнитами или магнитоэлектрические машины не имеют обмоток возбуждения на роторе. Вращение осуществляется за счет взаимодействия магнитных полей обмоток статора и постоянных магнитов, размещенных на роторе электрической машины.

Синхронные машины с постоянными магнитами совмещают простоту конструкции двигателей переменного тока и возможности управления ДПТ. Они обладают следующими преимуществами:

• Высокий к.п.д. во всем диапазоне частот вращения ротора, в том числе, и на пониженных скоростях.
• Простота конструкции и отсутствие потерь на возбуждение.
• Невысокая инерция при значительном моменте.
• Небольшие габариты. Например, асинхронная машина аналогичной мощности и класса энергоэффективности в 2 раза больше синхронного двигателя.
• Поддержание момента на валу, независимо от скорости вращения ротора.

Синхронные двигатели с постоянными магнитами выпускают малой и средней мощности. Их широко применяют в системах автоматики, оборудовании с высокими требованиями к стабильности частоты вращения.

К недостаткам синхронных машин относятся необходимость применения дополнительного оборудования для пуска и входа в синхронный режим, возможность размагничивания ротора при высоких температурах, необходимость установки датчиков обратной связи. Появление частотных преобразователей и современных материалов для магнитов позволило решить эти проблемы.

Конструкция электрических машин синхронного типа с постоянными магнитами

СДПМ состоит из подвижной (ротора) и неподвижной (статора) части. Исполнение ротора различается:

• По установке магнитов. Они могут размещаться на поверхности (SPMSM ) и внутри (IPMSM) вращающегося узла. Роторы со встроенными магнитами применяются в двигателях, работающих при значительной нагрузке на валу и высоких скоростях. Стоимость таких роторов существенно выше.
• По конструкции (явнополюсные и неявнополюсные роторы). Последние имеют равную индуктивность по осям горизонтальной плоскости. Роторы с явновыраженными полюсами имеют разное отношение индуктивности.

Постоянные магниты изготавливают из ферритов, сплавов редкоземельных металлов и других материалов с высокой коэрцитивной силой.

Статор синхронных электрических машин состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и двух- или трехфазной обмотки. Различают статоры с распределенной и сосредоточенной обмоткой. Первая имеет различное положения витков в магнитном поле. Витки в сосредоточенных обмотках имеют одинаковое положение.

Сосредоточенная обмотка:

Распределенная обмотка:

Принцип работы синхронного двигателя

Принцип работы синхронных машин основан на законе Ампера. Вращающий момент появляется при взаимодействии поля ротора, образуемого постоянными магнитами, и магнитного поля обмоток статора. Синхронный двигатель не может запуститься при прямом включении в сеть. Для этого применяют:

• Запуск при помощи дополнительного двигателя. Для этого вал СДПМ соединяют с валом другой электрической машины. Такой способ дорог и практически не применяется.
• Пуск в асинхронном режиме. Роторы таких электродвигателей имеют короткозамкнутую обмотку типа “ беличья клетка”. При этом пуск происходит в асинхронном режиме. После входа в синхронизм, стержневая обмотка ротора отключается.
• Запуск при помощи частотного преобразователя. При этом ПЧ включается в цепь обмотки статора и подает на них напряжение плавно увеличивающейся частоты.

Управление синхронным двигателем с постоянными магнитами

Управление синхронными машинами осуществляется при помощи частотных преобразователей и сервоконтроллеров. Существует насколько принципов управления СДПМ. Выбор схемы осуществляется исходя из требований к электроприводу и экономической целесообразности. Наиболее распространенные схемы реализации управления синхронным электроприводом:

Скалярное

Такая схема отличатся простотой и дешевизной. При низких скоростях вращения и переменной нагрузке на валу, такой метод не подходит. При превышении нагрузки предельного момента силы на валу, электрическая машина выходит из синхронного режима и становится неуправляемой.

Векторное

Векторное управление синхронным двигателем с постоянными магнитами реализуется 3 способами:

• Полеориентированное управление с датчиком положения. Первая схема позволяет осуществлять плавное регулирование частоты вращения и момента на валу, а также задавать точное положение ротора. В качестве датчиков применяются оптические, магнитные и магниторезистивные устройства, синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, индуктивные энкодеры и другие устройства. Такие схемы требуют наличия контроллеров и точной настройки. Их стоимость достаточно высока. Применять схемы векторного управления имеет смысл только в претенциозных электроприводах высокоточных станков, дозаторов и т.д.
• Полеориентированное управление синхронными машинами без датчика обратной связи. Принцип определения угла поворота ротора при таком методе основан на генерации электродвигателем противо ЭДС при вращении. Вычисление ее величины позволяет определить положение ротора в стационарной системе координат. Управление без датчика не подходит при невысоких скоростях вращения, так как величина обратной ЭДС слишком мала и не превышает уровень обычных электромагнитных шумов. Кроме того, при неподвижном роторе противо ЭДС не генерируется вовсе. Схема без датчика позволяет изменять характеристики электропривода СДПМ с явнополюсным ротором. При использовании синхронных машин другого типа диапазон регулировки сильно снижается. Для этой схемы необходим процессорный управляющий блок.
• Прямое управление моментом. Такая схема обеспечивает хорошие динамические характеристики электропривода и широкий диапазон регулировки. Ограничивают ее применение значительная погрешность определения положения ротора и высокие пульсации тока статора и момента на валу. Кроме того, прямое управление создает высокую вычислительную нагрузку, для таких схем требуется мощное процессорное устройство.

Трапециидальное управление

Такая схема применяется для вентильных двигателей. Конструкция таких машин ничем не отличаются от СДПМ. Главная их особенность – принцип питания. На обмотки статора ВД подается трапециевидное напряжение. Переключение по фазам осуществляется в зависимости от угла поворота ротора.

Схемы управления ВД также бывают с датчиком и без них. В качестве устройства, обеспечивающего обратную связь, обычно используются датчики Холла. Чем больше их количество, тем точнее определяется угол поворота. Например, 3 датчика Холла позволяют определить положение ротора с точностью ±300. Бездатчиковые системы управления определяют положения по заранее известным функциям. Такие схемы применяются для решения несложных задач.

Основные направления развития контроллеров и преобразователей частоты Danfoss для СДПМ

Синхронные электродвигатели с постоянными магнитами превосходят машины постоянного тока по возможности и точности управления. Они позволяют реализовать множество схем и алгоритмов. Ведущие производители электротехники для приводов, в том числе, компания Danfoss разработали несколько линеек контроллеров и преобразователей частоты для электродвигателей такого типа. Ведутся дальнейшие разработки в следующих направлениях:

• Повышения точности отработки управляющего сигнала. Возможности изменять подсинхронные скорости вращения, определять границы динамических режимов, осуществлять регулирование во всем допустимом диапазоне.
• Снижения энергопотребления. Разрабатываются алгоритмы, оптимизирующие потребляемую СДПМ мощность путем подачи размагничивающих токов.
• Увеличения стабильности момента на малых оборотах путем устранения пульсаций.
• Упрощения алгоритмов управления, что позволит применять более дешевые контроллеры и ПЧ.
• Уменьшения количество датчиков. Безэнкодерный электропривод более надежен, однако, более чувствителен к разбросу характеристик.
• Уменьшения чувствительности привода к помехам. При усилении противо ЭДС на низких оборотах в полеориентированных схемах управления без датчика обратной связи, возрастает чувствительность к помехам.
• Создания контроллеров для использования СДПМ в качестве серводвигателей в сложных динамических системах с высокими требованиями к точности отработки команд.

Компания Danfoss может предложить технические решения управления синхронными двигателями с постоянными магнитами, отвечающими современным требованиям к электроприводу.

Устройство плавного пуска частотное серии УППВЧ

Связанная информация:

Функциональные особенности:

Устройство плавного пуска высоковольтное частотное типа УППВЧ предназначено для осуществления плавного безударного пуска синхронных электродвигателей механизмов с тяжелыми условиями пуска (цементные и рудничные мельницы, вентиляторы и дымососы, механизмы с большой инерцией).
УППВЧ позволяет производить частотный и реакторный (резервный) плавный пуск электродвигателей.
УППВЧ может быть применен для пуска синхронных электродвигателей других механизмов, чей пуск напрямую от сети невозможен, либо может вызвать сбои в работе других потребителей в электроэнергетических системах ограниченной мощности:
Использование УППВЧ оправдано, когда устройство плавного пуска с регулированием напряжения не удовлетворяет требованиям пускового режима, а использование полнофункционального преобразователя частоты только для пуска избыточно и экономически нецелесообразно.

• питание от автономного генератора;
• потребитель находится на большом удалении от магистральной подстанции;
• питание через трансформатор соизмеримой мощности.

Использование УППВЧ оправдано, когда устройство плавного пуска с регулированием напряжения не удовлетворяет требованиям пускового режима, а использование полнофункционального преобразователя частоты только для пуска избыточно и экономически нецелесообразно.

Преимущества применения устройств плавного пуска серии УППВЧ:

• Полностью русскоязычное меню
• Легкая настройка
• Режим автоматической адаптации
• Гарантия 2 года
• Развитая сеть сервисных центров

• ограничение пускового тока электродвигателя от 0,5 до 1,5 номинального тока двигателя;
• пуск с моментом близким к номинальному;
• снижение потерь в обмотке статора в сравнении с прямым пуском;
• снижение динамических моментов в кинематической схеме «двигатель — механизм» по сравнению с прямым пуском;
• автоматическая синхронизация приводного двигателя с питающей сетью и переключение его на питание от сети;
• потенциальная возможность поочередного запуска нескольких синхронных электродвигателей разной мощности;
• уменьшение провалов напряжения в сети при пуске электродвигателей в сетях с ограниченной мощностью.

Основные составные части УППВЧ:

1. Шкаф токоограничивающего сетевого реактора.
2. Шкаф выпрямителя.
3. Шкаф сглаживающего реактора звена постоянного тока.
4. Шкаф инвертора.
5. Шкаф отходящих присоединений.
6. Датчик положения ротора.

УППВЧ выполнено по схеме инвертора тока ведомого нагрузкой.

Коммутация тиристоров в диапазоне частот вращения (0…5)Гц искусственная за счет гашения тока инвертора переводом выпрямителя в инверторный режим. Синхронизация работы инвертора осуществляется сигналами датчика положения ротора (ДПР) либо алгоритмически (без использования ДПР).

Датчик положения ротора (ДПР) используется для определения положения ротора относительно магнитной системы статора синхронной машины.

В момент старта электродвигателя с максимальным моментом, поле статора должно опережать поле ротора на 90 эл.градусов. Для этого необходимо определить положение ротора в пространстве, и, зная это положение, включить такие два тиристора инвертора, чтобы при протекании тока статора – поле статора было сдвинуто по отношению к полю ротора на угол близкий к 90 эл. градусов.

Трехфазным мостовым инвертором можно сформировать шесть фиксированных положений результирующего вектора поля статора двигателя. При этом дискретность, формирования поля статора равна 60 эл. градусов, и начальный угол может находиться в диапазоне 60…120 градусов, тем самым определяя возможные колебания пускового момента в диапазоне (0,86…1).

При достижении частоты вращения 5 Гц осуществляется автоматический переход в режим естественной коммутации. Естественная коммутация тиристоров инвертора осуществляется за счет э.д.с. двигателя при частотах вращения 5…50 Гц. Синхронизация работы инвертора и формирование угла опережения инвертора осуществляется по э.д.с двигателя. Выделение э.д.с производится из напряжения измеряемого на выходных зажимах инвертора методом компенсации активного падения напряжения и реактивного, в сверхпереходных сопротивлениях двигателя. Регулирование момента (скорости) двигателя осуществляется изменением тока на входе инвертора, который формируется с помощью управляемого выпрямителя (шкаф выпрямителя) и сглаживающих дросселей (реакторов). Регулирование величины тока осуществляется регулированием среднего значения напряжения на выходе управляемого выпрямителя изменением фазы импульсов управления с помощью автоматического замкнутого контура регулирования тока. Угол опережения инвертора постоянный, величина его определяется параметрами двигателя, в частности сверхпереходным сопротивлением обмоток двигателя и требуемой величиной тока нагрузки при пуске двигателя.

Для завершения пуска и переключения двигателя на питание от сети предусмотрен режим синхронизации двигателя с питающей сетью. Переход в режим синхронизации выполняется автоматически после достижения подсинхронной скорости. При выполнении условий точной синхронизации выходного и входного напряжения УППВЧ по углу сдвига и по амплитуде, производится включение встроенного «байпасного» выключателя, после чего формируется команда включения линейного выключателя запускаемого электродвигателя. Основное назначение встроенного «байпасного» выключателя: защита устройства плавного пуска при ошибках в присоединении отходящих кабельных линий; организация реакторного пуска, резервирующего систему управления УППВЧ.

Синхронизация выходного и входного силовых напряжений УППВЧ выполняется автоматически посредством регулятора фазы, при достижении скорости вращения двигателя близкой к синхронной и с помощью регулятора напряжения, выходной сигнал которого воздействует в качестве сигнала задания в систему управления возбуждением синхронного двигателя.

После включения линейного выключателя запускаемого электродвигателя, УППВЧ в автоматическом режиме производит подготовку к состоянию «Готовность» для следующей процедуры плавного пуска.

Силовая часть УППВЧ:

• силовая часть выпрямителя и инвертора УППВЧ построена на тиристорах 65 класса (6 500 В.) с двухсторонним охлаждением производства ЗАО «Протон-Электротекс».
• принятый запас по среднему току тиристора – 75% при T_C=70°C.
• принятый запас по обратному напряжению тиристора – 25%.
• принятое количество вышедших из строя силовых тиристоров, при котором сохраняется работоспособность УППВЧ – 2 тиристора в каждом из 12 силовых плечей.
• информация о состоянии тиристорных ячеек, в том числе температура охладителей определяется локальным контроллером каждого тиристора и передаётся по оптической линии связи в центральный контроллер УППВЧ. Информация о состоянии тиристоров с указанием номера ячейки отображается на пульте управления устройства и доступна для считывания по информационному протоколу обмена RS-485, Ethernet.
• токоограничивающие реакторы и дроссели постоянного тока с естественным охлаждением, намотаны из многопроволочной алюминиевой жилы прямоугольной формы с высокотемпературной кремнийорганической изоляцией.

Датчик положения ротора (ДПР):

• используется стандартный инкрементальный энкодер;
• при установке ДПР не требуется калибровка поскольку УППВЧ автоматически определяет положение ротора перед началом плавного пуска;
• допустимое осевое смещение вала электродвигателя – до 50 мм;
• допустимое радиальное смещение вала электродвигателя – до 50 мм;
• допустимое тангенциальное смещение вала электродвигателя – 20 мм

Безопасность при эксплуатации УППВЧ:

• УППВЧ оснащено встроенным «байпасным» выключателем, гарантирующим безаварийную работу оборудования плавного пуска при ошибках в монтаже внешних силовых присоединений (например, после замены ревизии силовых кабелей);
• в состав УППВЧ входит ячейка отходящих присоединений с приводом разъединителя и заземляющими ножами. Ячейка предназначена для проведения безопасной эксплуатации при производстве работ на УППВЧ либо на пусковой ячейке, в том числе во время работы приводов мельниц в составе пускового комплекса;
• оборудование УППВЧ высокого уровня напряжения имеет гальваническое разделение с контроллерами управления посредством волоконно-оптических линий связи и высоковольтных индукторов электропитания;
• двери шкафов УППВЧ, открываемые замком с ключом оснащены блокировками, направленными на снятие высокого напряжения с УППВЧ и на оперативную сигнализацию.

Функции контроля и защиты:

• от межфазных коротких замыканий на выходе УППВЧ;
• от исчезновения или недопустимого снижения питающего напряжения;
• от кратковременного превышения входного напряжения;
• от отклонения тока возбуждения ротора синхронной машины от заданного значения;
• от затянувшегося пуска или длительной работы на пониженной скорости;
• от неисправностей в системе питания цепей управления;
• от перегрева силовых элементов УППВЧ, в том числе, вызванного повреждением системы принудительного охлаждения;
• от несанкционированного проникновения во внутреннее пространство шкафов УППВЧ;
• максимально-токовая и частотно зависимая время токовая защита двигателя;
• от коммутационных перенапряжений в силовой части УППВЧ;
• ограничители перенапряжения на входе и выходе УППВЧ, для защиты компонентов УППВЧ и электродвигателя от коммутационных напряжений;
• защита оборудования УППВЧ в аварийных режимах опрокидывания инвертора и сквозных аварийных токов: алгоритм восстановления для продолжения работы инвертора УППВЧ при возникновении ошибок коммутации тиристоров в аварийных режимах; алгоритмы управления УППВЧ для оперативного прекращения протекания аварийных токов; специализированная методика подбора индуктивности обмоток дросселей постоянного тока; тиристоры с высоким значением допустимой скорости нарастания тока di/dt(400…800 А/мкс); прямой непосредственный контроль тока возбуждения двигателя.

Комплекс оборудования для плавного пуска:

При использовании УППВЧ для запуска единичного привода требуются:

1. Вводная ячейка выключателя силового питания УППВЧ.
2. Ячейка линейного выключателя запускаемого привода.
3. Возбудитель запускаемого привода.

При использовании УППВЧ в групповом поочередном плавном пуске дополнительно требуются:

1. В соответствии с количеством запускаемых приводов, к УППВЧ присоединяется соответствующее количество пусковых ячеек.
2. В случае, если питание групп электродвигателей осуществляется с разных секций шин необходима дополнительная ячейка вводного выключателя силового питания УППВЧ.
3. Модуль управления пусками (МУП) для каждой запускаемой мельницы.
4. Центральный шкаф управления пусками (ЦШУП). ЦШУП является селектором для направления команд управления от УППВЧ к оборудованию запускаемых приводов и направления соответствующих контролируемых параметров (сигналов) к УППВЧ.

Основные характеристики ЦШУП:

• обмен сигналами состояния и управления с оборудованием мельниц через МУП;
• обмен сигналами состояния и управления с УППВЧ;
• обмен сигналами состояния и управления с возбудителями;
• регистрация и хранение параметров работы Комплекса оборудования;
• отображение работы основного оборудования на сенсорной панели управления.

Основные характеристики МУП:

• обмен сигналами состояния и управления с оборудованием мельницы;
• обмен сигналами состояния и управления с ЦШУП.

Структура условного обозначения УППВЧ:

Дополнительное оборудование:

Шкаф управления мельницей (ШУМ)

Основные характеристики ШУМ:

• управление основным и вспомогательным оборудованием мельницы (маслонасосы редуктора, питатели, вспомогательный привод, главный привод и др.);
• обмен сигналами состояния и управления с УППВЧ.

В системе индивидуального плавного пуска электропривода функции ШУМ могут быть расширены за счет сенсорной панели управления, при этом доступны дополнительные функции:

• регистрация и хранение параметров работы Комплекса оборудования;
• отображение работы основного оборудования на сенсорной панели управления.

Цифровой тиристорный возбудитель

Документы

Связанная информация:

Сенсорная панель оператора.

Сенсорная панель оператора входящая в состав оборудования плавного пуска выполняет следующие функции:

1. Отображение мнемосхемы (однолинейной схемы).
2. Отображение журнала событий.
3. Отображение журнала аварий.
4. Отображение экрана диагностики (позволяет определить причину неготовности к работе).
5. Отображение графиков изменения параметров работы оборудования (группа графиков изменения токов в процессе пуска – позволяет проводить комплексную оценку изменение состояния механического оборудования мельницы; графики изменения токов возбуждения и другие параметры, согласованные при составлении технического задания).
6. Ввод уставок и редактирование параметров.
7. Сохранение журналов и графиков запуска на съемном USB — накопителе.
8. Представление дополнительной информации по требованию Заказчика.

Отображение мнемосхемы состояния группы электроприводов.

Отображение мнемосхемы состояния и событий отдельного электропривода.

Графики изменения параметров при пуске можно использовать для качественной оценки работы комплекса оборудования плавного пуска.

На приведённых рисунках показаны графики изменения частоты (скорости) запускаемого привода (отчет по левой оси), напряжения на пусковой секции шин (отчет по правой оси), ток Idc при запуске привода (фазный ток двигателя Iф=Idc*0,817) (отчет по правой оси).

05.03.2015

06.03.2015

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Частотный пуск

При частотном пуске обмотку статора пускаемой синхронной машины соединяют электрически со статором другой синхронной машины, частота вращения которой может плавно изменяться от нуля до синхронной. Ее мощность должна составлять не менее 30 — 50 % мощности пускаемой электрической машины. [16]

При Частотном пуске обмотку статора пускаемой синхронной машины соединяют электрически со статором другого развертывающего синхронного генератора, частота вращения которого может плавно изменяться от нуля до синхронной. Минимальная мощность этого генератора должна составлять примерно 30 — 50 % мощности пускаемой машины. [17]

При частотном пуске обмотку статора пускаемой синхронной машины соединяют электрически со статором другой синхронной машины, частота вращения которой может плавно изменяться от нуля до синхронной. Ее мощность должна составлять не менее SO-SO % мощности пускаемой электрической машины. [18]

При частотном пуске мощность ведущего ( развертывающего) генератора во избежание его перегрузки должна составлять не менее одной трети мощности ведомого ( развертываемого) генератора. Оба генератора до пуска включаются на обесточенную резервную систему шин непосредственно или через блочные трансформаторы. Допускается их соединение через линию передачи. Возбуждение каждого из генераторов на время пуска должно обеспечиваться от независимых источников постоянного тока: резервных возбудителей, двигатель-генераторов. При наличии только одного источника постоянного тока его мощность должна быть достаточной для одновременного возбуждения обоих генераторов, а для регулирования возбуждения на каждом генераторе необходимо иметь хотя бы в цепи одного из роторов реостат, рассчитанный на ток возбуждения. [19]

При частотном пуске обмотка статора синхронного двигателя подключается к преобразователю частоты, который изменяет частоту от нескольких герц до номинальной частоты. При частотном пуске синхронный двигатель входит в синхронизм при малых частотах. Частотный пуск удобно использовать, если преобразователь частоты можно применять для пуска нескольких двигателей. [21]

Схема обеспечивает частотный пуск и торможение при работе двигателя от ПЧН, а также двухступенчатый разгон и торможение при переходе на естественную характеристику. Для реализации такого многопозиционного регулирования в схеме применено двухступенчатое управление от командоконтроллера через промежуточный релейный блок. При этом управление реверсированием двигателя при работе от сети осуществляется реле РВ и РН, включающим контакторы направления KB и КН, а реле Р2 — Р5 управляют переключением скоростей. [22]

Действие устройств частотного пуска не допускается при неисправном состоянии агрегатов или после аварийного отключения генератора; в связи с этим защита от электрических и механических повреждений одновременно с отключением агрегата размыкает цепь пуска устройства. Восстановление цепи производится обслуживающим персоналом. [23]

Преобразователи частоты обеспечивают плавный частотный пуск , торможение и реверс двигателей. [24]

В некоторых случаях возможен частотный пуск , когда двигатель питается от отдельного синхронного генератора и частота последнего плавно поднимается от нуля. При этом синхронный двигатель приходит в синхронное вращение уже при достаточно малой частоте. Обмотки возбуждения генератора и двигателя в этом случае необходимо питать от посторонних источников постоянного тока, чтобы получить наиболее благоприятные для пуска соотношения токов возбуждения генератора и двигателя. [25]

В некоторых случаях возможен частотный пуск , когда двигатель питается от отдельного источника питания и частота его тока плавно поднимается от нуля. При этом синхронный двигатель приходит в синхронное вращение уже при достаточно малой частоте. [26]

В некоторых случаях возможен частотный пуск , когда двигатель питается от отдельного синхронного генератора и частота его тока плавно поднимается от нуля. При этом синхронный двигатель приходит в синхронное вращение уже при достаточно малой частоте. Обмотки возбуждения генератора и двигателя в этом случае необходимо питать от посторонних источников постоянного тока, чтобы получить наиболее благоприятные для пуска соотношения токов возбуждения генератора и двигателя. [27]

В некоторых случаях возможен частотный пуск , когда двигатель питается от отдельного источника и частота последнего плавно поднимается от нуля. При этом синхронный двигатель приходит в синхронное вращение уже при достаточно малой частоте тока. [28]

С момента действия устройств частотного пуска на включение гидрогенератора до момента, пока гидрогенератор автоматически включится на параллельную работу и начнет выдавать мощность, проходит время порядка 30 — 90 сек. [29]

При отсутствии автооператора схема частотного пуска может быть выполнена различными вариантами. [30]