Что такое возможность пуска двигателя

Тиристорные устройства безударного пуска по схеме регулятора напряжения

Назначение

Устройства, выполненные по принципу тиристорного регулятора напряжения (ТРН), обеспечивают 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.

Устройства по схеме ТРН предназначены 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). Устройства имеют цифровую систему управления, обеспечивающую удобное программирование настройки параметров. В устройствах предусмотрена связь по высокопроизводительному интерфейсу RS-485 для возможности дистанционного управления от АСУ ТП. Использование удобного пользовательского интерфейса обеспечивает максимально улучшенные сервисно-эксплуатационные характеристики устройства.

Силовые высоковольтные тиристорные блоки (ВТБ) подключаются к внешним устройствам через линейный QSл и шинный QSш разъединители с заземляющими ножами. Это позволяет после запуска электродвигателя проводить необходимые работы на тиристорных блоках.

Для защиты от перенапряжений на входе устройства и параллельно тиристорным блокам установлены ограничители перенапряжений. В устройствах предусмотрены регулируемые уставки токоограничения со шкалой от 1,0 до 4,0 I_ном для обеспечения возможности запуска от одного устройства до нескольких двигателей разной мощности, а также регулируемые уставки времени разгона в пределах до 60 с. Допустимые колебания напряжения вспомогательных цепей: от +10% до -40% от номинального значения, частоты 2% от номинального значения; напряжений силовых цепей 6 кВ и 10 кВ: должны соответствовать ГОСТ 13109.

Общий принцип работы СБП

При наличии сигнала «Готовность» системы управления разрешается включение головного высоковольтного выключателя ГВ, подающего силовое напряжение на устройство, и, при исправности тиристоров силовых блоков, выдается команда «Разрешение включения».

При подаче сигнала «Пуск» система управления автоматически изменяет угол управления тиристорами силовых блоков, за счет чего ток двигателя плавно нарастает до значения, необходимого для трогания двигателя и связанного с ним механизма. Это значение пускового тока стабилизируется, и двигатель разгоняется с фиксированным значением пускового тока. В зависимости от скорости для большинства механизмов этот ток составляет (1,5…4) I_ном. Для механизмов с «вентиляторной» нагрузкой пусковой ток может иметь линейно-нарастающую зависимость от времени пуска.

При увеличении скорости двигателя до значения близкого к номинальному двигатель выходит на свою рабочую характеристику, и пусковой ток уменьшается до величины, определяемой фактической нагрузкой двигателя. Система управления при этом полностью открывает тиристоры силовых блоков, и на двигатель подается полное напряжение питающей сети.
После окончания отсчета времени или по спаду тока устройство выдает команду «Окончание разгона», разрешающую включение рабочего выключателя, который перехватывает ток нагрузки на себя. Получив команду «Контроль шунтирования», устройство снимает импульсы управления с тиристоров, запирая тиристоры силовых блоков, а также разрывает их цепи управления. Далее выдается команда «Окончание пуска», и происходит отключение пусковой и головной ячеек. Процесс пуска заканчивается. Повторный запуск возможен при повторной подаче команды «Пуск».

Изоляция.

Защиты устройств:

• максимально-токовая;
• время-токовая;
• от превышения заданного времени пуска двигателя;
• от обрыва фазы главных цепей и неполнофазного пуска;
• от неисправности тиристоров;
• от неисправности устройств формирования импульсов управления тиристорами.

Функции устройств:

• проверка 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;
• фиксация 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.

Режимы пуска электродвигателя:

• дистанционный: через контроллер высшего уровня с пульта оператора в системе автоматизированного управления пуском или непосредственно с панели управления самого шкафа.
• регулируемый (с использованием устройства) или прямой от сети (без использования устройства).

Устройства обеспечивают:

• плавный пуск двигателей с ограничением пускового тока в процессе пуска на уровне до 4,0 I_ном;
• установку уставок токоограничения для обеспечения возможности пуска с помощью одного устройства нескольких двигателей разной мощности;
• регулируемые уставки времени разгона (до 60 с).

Примечание:

Примечание:

Номинальное напряжение питания вспомогательных цепей СБП:

• 3х100 В (-15…+10)%, 50 Гц от трансформатора напряжения секции шин с которой запускается электродвигатель;
• потребляемая мощность не более 5 ВА;
• 220 В (-15. +10)%, 50 Гц переменного тока для питания цепей управления и сигнализации, потребляемая мощность не более 800 ВА;
• освещение (параметры сети по требованию заказчика);
• 220 В (-15. +10)% постоянного тока для питания цепей блокировок.

Условия работы:

• диапазон рабочих температур от плюс 1 до плюс 40 град. С, без конденсации влаги (максимальная относительная влажность воздуха 80 % при температуре 25 град. С);
• высота над уровнем моря не более 1000 м;
• место установки – в закрытых помещениях, при отсутствии непосредственного воздействия солнечной радиации;
• окружающая среда не взрывоопасная, не содержащая газов, испарений, химических отложений и токопроводящей пыли в концентрациях, снижающих параметры устройств в недопустимых пределах;
• Рабочее положение шкафов в пространстве — вертикальное. Допускается отклонение от вертикального положения не более 5 o в любую сторону.

Шкаф имеет приспособления для подъема – рым-болты. Шкафы одного типоисполнения обеспечивают взаимозаменяемость выкатных элементов и запасных частей. Допускается подрегулировка сочленяемых элементов по месту.

Входы и выходы шкафа для подключения внешних силовых цепей допускают подсоединение как медных, так и алюминиевых силовых кабелей.

Устройства имеют шкафное исполнение. Шкафы являются напольными и имеют конструкцию, обеспечивающую свободный доступ ко всем элементам, степень защиты IP20, IP32, IP54 по ГОСТ14254-96.

(8352) 39-00-10, 39-00-12

Каталог «Преобразовательная техника» 2.9 Mb

Квазичастотный метод управления при плавном пуске асинхронных двигателей

Мы работаем
по всей России

Устройства мягкого пуска (УМП) для асинхронных двигателей являются дешевым и надежным решением для подавляющего большинства механизмов, не требующих регулирования скорости вращения. Достоинства применения УМП очевидны. Однако есть и недостатки. Снижение пускового момента двигателя является главным препятствием к применению УМП. В условиях так называемого «тяжелого пуска» возникает реальная возможность того, что УМП не справится со своей функцией. На практике приходится завышать пусковые токи, что всегда вызывает повышенный нагрев двигателя, а иногда приводит к выходу из строя самого УМП или даже двигателя. В результате такие механизмы приходится оснащать дорогостоящими преобразователями частоты. Однако сегодня на смену классическому фазовому регулированию в УМП приходит новый алгоритм управления, позволяющий объединить преимущества частотного управления и дешевизну УМП. Это квазичастотное управление.

Что же такое квазичастотное управление?

Под квазичастотным управлением понимают особый алгоритм прореживания управляющих импульсов, поступающих на силовые тиристоры, что позволяет формировать в обмотках двигателя ток пониженной частоты. Снижение частоты тока приводит к повышению вращающего момента. Данным методом можно сформировать лишь частоты 7,14 Гц, 12,50Гц и 16,67 Гц. Как видно одним квазичастотным способом невозможно разогнать двигатель до номинальной скорости. Наилучший результат дает комбинация классического и квазичастотного способа.

Рис. 1. Классический пуск Рис. 2. Квазичастотный пуск

На рисунке 1 представлена осциллограмма тока (желтая линия) при классическом запуске при нулевой скорости. Синяя линия – датчик момента. Для сравнения на рисунке 2 представлена осциллограмма тока при квазичастотном алгоритме (частота 7,14Гц) при тех же прочих условиях. Хотя формы токов существенно отличаются, действующее значение тока практически одинаково для обоих режимов. При этом датчик момента фиксирует более чем вдвое больший момент при квазичастотном пуске!

Какими дополнительными преимуществами обладает квазичастотный пуск?

Кроме повышенного вращающего момента на низких скоростях устройство плавного пуска с квазичастотным способом управления позволяет осуществлять некоторые тормозные режимы. Эффективность торможения зависит от скорости двигателя и снижается по мере ее роста. На номинальной скорости тормозной момент отсутствует, однако уже при скорости 50-60% от номинальной тормозной эффект довольно существенен. Таким образом, устройсво мягкого пуска с квазичастотным алгоритмом позволяет полностью отказаться от устройства динамического торможения на некоторых механизмах.
Алгоритм квазичастотного управления позволяет осуществлять реверс двигателя на частоте 25 Гц без переключения чередования фаз питающего напряжения.

На сегодняшний день метод квазичастотного управления позволяет получить наибольший пусковой момент при наименьшем токе.

На предприятии НПП «РУМИКОНТ» реализована возможность комбинирования квазичастотного алгоритма и фазового управления с ограничением тока на заданном уровне и применяется в устройствах плавного пуска асинхронных двигателей.

Система управления плавного пуска с квазичастотным управлением реализована на базе контроллера «ПРОТОН».

Расчет возможности пуска электродвигателя 380 В

В данной статье будет рассматриваться изменение напряжения (потеря напряжения) при пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (далее двигатель) и его влияние на изменения напряжения на зажимах других электроприемников.

При включении двигателя пусковой ток может превышать номинальный в 5-7 раз, из-за чего включение крупных двигателей существенно влияет на работу присоединенных к сети приемников.

Это объясняется тем, что пусковой ток вызывает значительное увеличение потерь напряжения в сети, вследствие чего напряжение на зажимах приемников дополнительно снижается. Это отчетливо видно по лампам накаливания, когда резко снижается световой поток (мигание света). Работающие двигатели в это время замедляют ход и при некоторых условиях могут вообще остановиться.

Кроме того, может случиться, что сам пускаемый двигатель из-за сильной просадки напряжения не сможет развернуть присоединенный к нему механизм.

Режим пуска двигателя рассматривается при максимальной нагрузке линии, так как именно при таких условиях создаются наиболее неблагоприятные условия для работы присоединенных к сети приемников.

Чтобы проверить можно ли включать двигатель, нужно рассчитать напряжение на его зажимах во время пуска и напряжение на любом другом работающем двигателе, а также проверить напряжение у ламп.

Пример возможности пуска электродвигателя 380 В

Требуется проверить возможность пуска электродвигателя типа 4А250М2 У3 мощностью 90 кВт. От шин 6 кВ подстанции 2РП-1 питается подстанция с трансформаторами типа ТМ мощностью 320 кВА. От подстанции 2РП-1 до трансформаторов ТМ-6/0,4 кВ с установленным ответвлением 0%, проложен кабель марки ААБ сечением 3х70 мм2, длина линии составляет 850 м. К шинам РУ-0,4 кВ присоединен кабелем марки ААБ сечением 3х95 мм2, длиной 80 м двигатель типа 4А250М2 У3.

Рис. 1 — Однолинейная схема 0,4 кВ

В момент пуска двигателя 4А250М2 У3 работает подключенный к шинам двигатель 4А250S2 У3 мощностью 75 кВт с напряжением на зажимах 365 В. Напряжение на шинах 0,4 кВ при пуске двигателя равно Uш = 380 В.

• Ммакс/Мн – кратность максимального момента;
• Мп/Мн – кратность пускового момента;
• Мн – номинальный момент двигателя;

1. Определяем длительно допустимый ток двигателя Д1:

2. Определяем пусковой ток двигателя Д1:

где:
Kпуск = 7,5 – кратность пускового тока, согласно паспорта на двигатель;

3. Определяем величину активного и индуктивного сопротивления для алюминиевого кабеля марки ААБ сечением 3х70 мм2 на напряжение 6 кВ от шин подстанции 2РП-1 до трансформатора типа ТМ 320 кВА, значения сопротивлений берем из таблицы 2.5 [Л2.с 48].

Получаем значения сопротивлений Rв = 0,447 Ом/км и Хв = 0,08 Ом/км.

Эти сопротивления необходимо привести к стороне низшего напряжения трансформатора, так как двигатель подключен к сети низшего напряжения. Из таблицы 8 [Л1, с 93] для номинального коэффициента трансформации 6/0,4 кВ и ответвления 0% находим значение n=15.

4. Определяем активное и индуктивное сопротивление кабеля по отношению к сети низшего напряжения по формуле [Л1, с 13]:

• Rв и Хв – сопротивления сети со стороны высшего напряжения;
• n = 6/0,4 =15 – коэффициент трансформации понижающего трансформатора.

5. Определяем сопротивление кабеля длиной 850 м от подстанции 2РП-1 до трансформатора 6/0,4 кВ:

Rс = Rн*L = 0,002*0,85 = 0,0017 Ом;

Хс = Хн*L = 0,000355*0,85 = 0,0003 Ом;

6. Определяем сопротивление трансформатора мощностью 320 кВА, 6/0,4 кВ по таблице 7 [Л1, с 92,93].

Rт = 9,7*10 -3 = 0,0097 Ом;

Хт = 25,8*10 -3 = 0,0258 Ом;

7. Определяем сопротивления линии от шин подстанции 2РП-1 до шин низшего напряжения подстанции:

Rш = Rс + Rт = 0,0017 + 0,0097 = 0,0114 Ом;

Хш = Хс + Хт = 0,0003 + 0,0258 = 0,0261 Ом;

8. Определяем сопротивление кабеля длиной 80 м марки ААБ 3х95 мм2 от шин низшего напряжения до зажимов двигателя:

где:
R₀ = 0,329 Ом/км и Х₀ = 0,06 Ом/км -значения активных и реактивных сопротивлений кабеля определяем по таблице 2-5 [Л2.с 48].

9. Определяем суммарное сопротивление линии от подстанции 2РП-1 до зажимов двигателя:

Rд = Rш + R1 = 0,0114 + 0,026 = 0,0374 Ом;

Хд = Хш + Х1 = 0,0261 + 0,0048 = 0,0309 Ом;

Если выполняется отношение Rд/ Хд = 0,0374/0,0309 = 1,21

где:
cosφ = 0,3 и sinφ = 0,95 средние значения коэффициентов мощности при пуске двигателя, принимаются при отсутствии технических данных, согласно [Л1. с. 16].

11. Определяем напряжение на зажимах двигателя Д1 по формуле [Л1, с 14]:

• U*ш = Uш/Uн = 380/380 =1 – относительное напряжение на шинах распределительного пункта, во многих случаях его можно принять равным 1;
• Iп – пусковой ток двигателя;

12. Проверяем сможет ли двигатель Д1 развернуть присоединяемый механизм нанос центробежный 1Д315-71а:

• m_п=Мпуск/Мном = 1,2 – кратность пускового момента электродвигателя при номинальном напряжении на его клеммах (выбирается по каталогу на двигатель);
• m_п.мех — требуемая кратность пускового момента приводимого механизма, выбирается по таблице 4 [Л1, с 88], для центробежного насоса равно 0,3;

12.1 Коэффициент загрузки определяем как отношение номинальной мощности, необходимой для нормальной работы механизма в данном случае нанос центробежный 1Д315-71а Рн.мех. = 80 кВт, к номинальной мощности двигателя 90 кВт:

Как мы видим условие выполняется и двигатель при пуске сможет развернуть присоединенный к нему центробежный насос в нормальных условиях без перегрева своих обмоток выше температуры, допустимой по нормам.

13. Определяем влияние пуска двигателя Д1 на работу присоединенного к шинам 0,4 кВ двигателя Д2 типа 4А250S2 У3, найдем величину колебания напряжения на шинах 0,4 кВ по формуле:

13.1 Определяем коэффициент Аш по формуле:

14. В момент пуска двигателя Д1 на зажимах работающего двигателя Д2 относительное напряжение согласно [Л1, с15] уменьшиться на величину колебания напряжения δU*Ш , откуда получаем:

где:
U_*Д2 = U_Д2/Uн = 365/380 = 0,96 – относительное напряжение на зажимах двигателя Д2 до пуска двигателя Д1.

15. Проверяем устойчивость работы двигателя Д2 при пуске двигателя Д1:

• m_п= Ммакс/Мн = 2,2 – кратность максимального момента (выбирается по каталогу на двигатель);
• m_п.мех — требуемая кратность пускового момента приводимого механизма, выбирается по таблице 4 [Л1, с 88], для центробежного насоса равно 0,3;

15.1 Коэффициент загрузки определяем как отношение номинальной мощности, необходимой для нормальной работы механизма в данном случае нанос центробежный 1Д200-90а Рн.мех. = 72 кВт, к номинальной мощности двигателя 75 кВт:

Как мы видим, устойчивость работы двигателя Д2 типа 1Д200-90а обеспечивается с большим запасом.

1. Как проверить возможность подключения к электрической сети двигателей с короткозамкнутым ротором. Карпов Ф.Ф. 1964 г.
2. Проектирование кабельных сетей и проводок. Хромченко Г.Е. 1980 г.

Определение возможности пуска электродвигателя

При проектировании иногда необходимо выполнять проверку на возможность запуска короткозамкнутого двигателя при заданных параметрах электрической сети. Лучше предусматривать устройство плавного пуска или частотный преобразователь, но электромагнитный пускатель дешевле.

Методика проверки сводится к оценке снижения напряжения от трансформатора до электродвигателя.

Проблема заключается в том, что при пуске у двигателя возникает пусковой ток, который в 4-8 раз больше номинального тока. Пусковой ток создает дополнительную потерю напряжения в сети, а это может привести к тому, что двигатель будет не в состоянии провернуть вал с нагрузкой, поскольку развиваемый двигателем вращающий момент изменяется пропорционально квадрату напряжения. Кроме этого, в результате резкого падения напряжения могут остановиться другие электродвигатели, питающиеся от этой сети.

Нормальный пуск двигателя, возможен в том случае, если начальный момент электродвигателя будет больше на 10% пускового момента сопротивления приводимого механизма.

Чтобы выполнить проверку запуска двигателя, достаточным условием является сравнение пусковых (начальных) моментов электродвигателя и приводимого механизма.

Условие пуска двигателя

где Uд – напряжение на клеммах электродвигателя в начальный момент пуска в долях от номинального напряжения;

mп=Мпуск/Мном – кратность пускового момента электродвигателя при номинальном напряжении на его клеммах (по каталогу);

mмех=Ммех/Мном –требуемая кратность пускового момента приводимого механизма;

Кз – коэффициент загрузки электродвигателя;

1,1 – коэффициент запаса;

dUдоп% — дополнительные потери напряжения (%) в сети от питающего трансформатора и в трансформаторе до клемм электродвигателя механизма;

Кi – кратность пускового тока при номинальном напряжении на клеммах электродвигателя (по каталогу);

Iномд – номинальный ток электродвигателя (по каталогу), А;

Uном – номинальное напряжение трансформатора;

rтр, xтр – активное и индуктивное сопротивление трансформатора, отнесенное к обмотке низшего напряжения;

r, x – активное и индуктивное сопротивление кабельной линии;

cosfном – номинальное значение коэффициента мощности;

mп=Мпуск/Мном – кратность пускового (начального) момента электродвигателя (по каталогу);

sном – номинальное скольжение;

dUс% — суммарная потеря напряжения в линии от шин питающего трансформатора до двигателя механизма и в трансформаторе без учета пуска двигателя (%);

dUс=0,08Uном – при отсутствии данных мощности трансформаторов и их загрузке;

При определении mмех можно руководствоваться следующими данными:

Компрессоры центробежные и поршневые – 0,4.

Насосы центробежные и грузовые – 0,4.

Станки металлообрабатывающие – 0,3.

Другие электродвигатели будут устойчиво работать, при снижении напряжения от пуска другого электродвигателя, если максимальные моменты останутся больше моментов приводимых механизмов.

Работа другого двигателя

mmax=Мmax/Мном – кратность максимального момента электродвигателя (по каталогу).

Подставляя значения в эти формулы, мы узнаем, выдержит ли питающая сеть с трансформатором пуск двигателя, а также можно проверить, не отключится ли в этот момент другой работающий двигатель.

В ближайшее время планирую на основе этих формул создать программу для быстрой проверки пуска электродвигателя. Двигатели малой мощности нет смысла проверять. Где-то упоминалось отношение мощности трансформатора к мощности двигателя, при котором должна выполняться данная проверка (найду напишу).

На форуме я выкладывал программу по проверке возможности пуска двигателя, но там какие-то проблемы со шрифтами. Возможно у вас получится ее запустить, поскольку она сделана под DOS.