Пристрій плавного пуску електродвигуна

Асинхронний електродвигун має можливість самостійного запуску через взаємодію між обертовим потоком магнітного поля і потоком обмотки ротора, викликаючи високий струм в ньому. В результаті статор споживає великий струм, який до моменту досягнення двигуном повній швидкості стає більше номінального, що може привести до нагрівання двигуна і його пошкодження. Для запобігання цьому необхідно пристрій плавного пуску електродвигуна (УПП).

Принцип роботи пускача

Він полягає в тому, що пристрій регулює напругу, прикладена до двигуна під час пуску, контролюючи характеристики струму. Для асинхронних двигунів пусковий момент приблизно пропорційний квадрату пускового струму. Він пропорційний прикладеній напрузі. Крутний момент також можна вважати приблизно пропорційним додається напруги, таки чином регулюючи напругу під час пуску, струм, споживаний машиною, і його крутний момент контролюються через шину і можуть бути зменшені.

Використовуючи шість SCR в конфігурації, як показано на малюнку пристрій плавного пуску може регулювати напругу, що подається на двигун при запуску від 0 вольт до номінального лінійного напруги. Плавний пуск електродвигуна може здійснюватися трьома способами:

1. Прямий запуск з застосування повної напруги навантаження.
2. Застосовуючи поступово знижений.
3. Застосування пуску часткової обмотки за допомогою стартера автотрансформатора.

УПП можуть бути двох типів:

1. Відкрите управління: Напруга пуску подається з затримкою в часі незалежно від струму або швидкості двигуна. Для кожної фази два SCR проводяться спочатку з затримкою на 180 градусів протягом відповідних напівхвильових циклів (для яких виконується кожен SCR). Ця затримка поступово зменшується з часом до тих пір, поки прикладена напруга не досягне номінального значення. Вона також відома, як система тимчасового напруги. Цей метод фактично не контролює прискорення двигуна.
2. Контроль замкнутого контуру: Контролюються будь-які характеристики вихідного сигналу двигуна, такі як поточний струм або швидкість. Пусковий напруга змінюється відповідно для отримання необхідного відгуку. Таким чином, завданням УПП є контроль кута провідності SCR і управління напругою живлення.

Переваги плавного пуску

Твердотільні плавні пускачі використовують напівпровідникові прилади для тимчасового зниження параметрів на клемах двигуна. Це забезпечує контроль струму двигуна, щоб зменшити крутний момент граничного значення двигуна. Управління засноване на управлінні напругою клем двигуна на двох або трьох фазах.

Кілька причин, чому цей метод найкращим за всі інші:

1. підвищена ефективність: Ефективність системи УПП з використанням твердотільних перемикачів обумовлена ​​в основному низьким станом напруги.
2. керований запуск: Пускові параметри можна контролювати, легко змінюючи їх, що забезпечує запуск його без будь-яких ривків.
3. кероване прискорення: Прискорення двигуна контролюється плавно.
4. Низька вартість і розмір: Це забезпечується з використанням твердотільних перемикачів.

Компоненти твердотільних пристроїв

Вимикачі харчування, такі як SCR, які піддаються фазового контролю для кожної частини циклу. Для трифазного двигуна два SCR підключаються до кожної фази. Реле плавного пуску електродвигуна повинні бути розраховані як мінімум в три рази більше, ніж лінійна напруга.

Робочий приклад системи для трифазного асинхронного двигуна.Система складається з 6 SCR, контрольної логічної схеми у вигляді двох компараторів – LM324 і LM339 для отримання рівня і напруги рампи і Оптоізолятори для управління додатком напруги затвора до SCR на кожній фазі.

Таким чином, керуючи тривалістю між імпульсами або їх затримкою, керований кут SCR контролюється і регулюється подача харчування на етапі пуску двигуна. Весь процес насправді являє собою систему управління з розімкненим контуром, в якій контролюється час застосування імпульсів запуску затвора для кожного SCR.

основи SCR

SCR (Silicon Controlled Rectifier) ​​являє собою керований стабілізатор потужності постійного струму з високою потужністю. Пристрої плавного пуску асинхронних двигунів SCR є чотиришарове кремнієве напівпровідниковий пристрій PNPN. Воно має три зовнішніх терміналу і використовує альтернативні символи на малюнку 2 (a) і має транзисторную еквівалентну схему на малюнку 2 (b).

Звичайне використання SCR в якості перемикача з анодом, позитивним щодо катода, керованим в момент запуску машини.

Основні характеристики SCR можна зрозуміти за допомогою цих діаграм. Пристрій плавного пуску електродвигуна можна включити і змусити діяти як випрямляч з прямим зміщенням кремнію, короткочасно застосовуючи до нього струм затвора через S2. SCR швидко (протягом декількох мікросекунд) автоматично замикається під включене стан і залишається включеним навіть при видаленні приводу затвора.

Ця дія показано на малюнку 2 (b) струм початкового затвора включається Q1, а струм колектора Q1 включається Q2, струм колектора Q2 потім утримує Q1, навіть коли привід затвора видаляється. Потенціал насичення становить 1 В або близько того і створюється між анодом і катодом.

Для включення SCR потрібно тільки короткий імпульс затвора. Як тільки SCR буде зафіксований, він може бути знову відключений, короткочасно зменшуючи його ток анода нижче певного значення, як правило, кілька міліампер, в додатках АС вимикання відбувається автоматично в точці перетину нуля в кожному напівперіод.

Значний коефіцієнт посилення доступний між затвором і анодом SCR, а низькі значення струму затвора (зазвичай кілька мА або менше) можуть контролювати високі значення анодного струму (до десятків підсилювачів). Більшість SCR мають анодні номінали в сотні вольт. Характеристики затвора SCR аналогічні характеристикам транзисторного з'єднання – емітера транзистора (див. Рис. 2 (b)).

Внутрішня ємність (кілька pF) існує між анодом і затвором SCR, і різко зростаючого напруження, яке з'являється на аноді, може викликати достатній прорив сигналу до затвору для включення SCR. Цей «ефект швидкості» може бути викликаний перехідними процесами на лінії живлення і т. Д. Проблеми з ефектом швидкості можна подолати, проводячи мережу згладжування CR між анодом і катодом, щоб обмежити швидкість підйому до безпечного значення.

Операція зі змінною швидкістю обертання

Напруга змінного струму (рис. 5) випрямляється за допомогою пасивного діодного моста. Це означає, що діоди спрацьовують, коли лінійна напруга більше напруги на секції конденсатора. Результуюча форма хвилі має два імпульсу протягом кожного напівперіоду, по одному для кожного вікна диодной провідності.

Форма хвилі показує деякий безперервний струм, коли провідність переходить від одного діода до наступного. Це типово, коли він використовується в ланці постійного струму приводу і присутня деяка навантаження. Інвертори використовують широко-імпульсну модуляцію для створення вихідних сигналів. Трикутний сигнал генерується на несучої частоти, з якою інвертор IGBT переключиться.

Ця форма сигналу порівнюється з синусоїдальною формою хвилі на основній частоті, яка повинна бути доведена до двигуна.Результатом є хвильова форма U, показана на малюнку.

Вихід інвертора може бути будь-якою частотою нижче або вище частоти лінії до меж інвертора і / або механічні межі двигуна. Потрібно звернути увагу на те, що привід завжди працює в межах рейтингу ковзання двигуна.

Процес регулювання пуску

Терміни включення SCR – це ключ до управління виходом напруги для УПП. Протягом пуску логічна схема УПП визначає, коли включити SCR. Він не включає SCR в точці, де напруга йде від негативного до позитивного, але чекає деякий час після цього. Це відомий процес, званий як «поступове відновлення» SCR. Точка включення SCR встановлена ​​або запрограмована тим, що початковий крутний момент, початковий струм або обмеження струму строго регулюється.

Результат поетапного відновлення SCR є несинусоїдальна знижена напруга на висновках двигуна, яке показано на малюнках. Оскільки двигун є індуктивним, а струм відстає від напруги, SCR залишається включеним і проводить, поки струм не досягне нуля. Це відбувається після того, як напруга стало негативним. Вихід напруги індивідуального SCR.

Якщо порівнювати з формою повної напруги, можна бачити, що пікова напруга збігається з повним хвильовим напруги. Однак струм не збільшується до того ж рівня, що і при додатку повної напруги через індуктивного характеру двигунів. Коли це напруга подається на двигун, вихідний струм виглядає, як на малюнку.

Оскільки частота напруги дорівнює так само, як і лінійна, частота струму теж однакова. SCR поетапно переходять до повної провідності, прогалини в струмі заповнюються до тих пір, поки хвильова форма не буде виглядати так само, як у двигуна.

Характеристики двигуна з використанням УПП

Такий плавний пуск асинхронного електродвигуна на відміну від приводу змінного струму, має характеристики струму в мережі і струму двигуна завжди однаковими. Під час запуску зміна струму залежить безпосередньо від величини прикладеної напруги. Крутний момент двигуна змінюється, як квадрат прикладена напруга або струму.

Найбільш важливим фактором при оцінці є крутний момент двигуна. Стандартні двигуни виробляють приблизно 180% від моменту повного навантаження при запуску. Отже, 25% -е зниження параметрів дорівнюватиме крутним моментом повного навантаження. Якщо двигун споживає 600% від повного струму навантаження при запуску, то струм в цій схемі зменшить пусковий струм від 600% до 450% навантаження.

Схеми підключення пускачів

Існує два варіанти, за допомогою яких стартер здійснює запуск електродвигуна: стандартна схема і всередині трикутника.

Стандартна схема. Пускач з'єднаний послідовно з лінійною напругою, що подається на двигун.

Усередині трикутника існує ще одна схема, по якій підключений пускач, називається схемою внутрішньої дельти. У цій схемі два кабелі, які підключаються до одного з двигунів, приєднуються безпосередньо до джерела живлення I / P, а інший кабель буде підключений через пускач. Одна особливість цієї схеми полягає в тому, що пускач можна використовувати для великих двигунів, наприклад, для двигунів потужністю 100 кВт, оскільки фазні струми поділяються на 2 частини.