🗊Презентация Устройство плавного пуска асинхронных и синхронных двигателей среднего и высокого напряжения

Курс 2. Устройство плавного пуска асинхронных и синхронных двигателей среднего и высокого напряжения Лектор: к.т.н., доцент Тергемес К.Т.

Прямой пуск. Этот способ применяют для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины. Прямой пуск. Этот способ применяют для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины. В асинхронных двигателях отношение L/R сравнительно мало (особенно в малых двигателях), поэтому переходный процесс в момент включения характеризуется весьма быстрым затуханием свободного тока. Это позволяет пренебречь свободным током и учитывать только установившееся значение тока переходного процесса. Двигатели обычно пускают с помощью электромагнитного выключателя К - магнитного пускателя (рис. 4.27, а) и разгоняют автоматически по естественной механической характеристике М (рис. 4.27,6) от точки П, соответствующей начальному моменту пуска, до точки Р, соответствующей условию М = Мст. Ускорение при разгоне определяется разностью абсцисс кривых М и Мст и моментом инерции ротора двигателя и механизма, который приводится во вращение. Если в начальный момент пуска Мп < Мст , двигатель разогнаться не сможет.

Отношение моментов Мп /Мном = kп.м называют кратностью начального пускового момента. Для двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью 0,6—100 кВт ГОСТом установлено kп.м = 1,0÷2,0; мощностью 100-1000 кВт - kп.м = 0,7÷1,0. Отношение моментов Мп /Мном = kп.м называют кратностью начального пускового момента. Для двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью 0,6—100 кВт ГОСТом установлено kп.м = 1,0÷2,0; мощностью 100-1000 кВт - kп.м = 0,7÷1,0.

Получение кратностей пускового момента, больших регламентированных ГОСТом, обычно нежелательно, так как это связано либо с увеличением активного сопротивления ротора (см. 4.58), либо с изменением конструкции ротора (см. § 4.11), что ухудшает энергетические показатели двигателя. Получение кратностей пускового момента, больших регламентированных ГОСТом, обычно нежелательно, так как это связано либо с увеличением активного сопротивления ротора (см. 4.58), либо с изменением конструкции ротора (см. § 4.11), что ухудшает энергетические показатели двигателя. Недостатком данного способа пуска кроме сравнительно небольшого пускового момента является также большой бросок пускового тока, в пять — семь раз превышающий номинальное значение тока. Несмотря на указанные недостатки, пуск двигателя путем непосредственного подключения обмотки статора к сети широко применяют благодаря простоте и хорошим технико-экономическим свойствам двигателя с короткозамкнутым ротором — низкой стоимости и высоким энергетическим показателям (η, cos φ1, kм и др.).  

Поскольку уровень напряжения один и тот же, ток при подключении по схеме «звезда» будет составлять 1/3 тока при подключении треугольником. Поэтому при пуске с помощью схемы звезда/треугольник ток при подключении звездой будет равен 33 % от тока двигателя, подключенного треугольником. Поскольку уровень напряжения один и тот же, ток при подключении по схеме «звезда» будет составлять 1/3 тока при подключении треугольником. Поэтому при пуске с помощью схемы звезда/треугольник ток при подключении звездой будет равен 33 % от тока двигателя, подключенного треугольником. Так как напряжение сети неизменно, при соединении звездой напряжение снижается, т. к. напряжение на каждой обмотке двигателя будет составлять 1/√3 линейного напряжения. Данное пониженное напряжение также приведет к снижению крутящего момента. Крутящий момент будет уменьшаться пропорционально квадрату напряжения, [(1/√3)* (1/√3) ≈ 0,33] и в конечном итоге будет равен 33 % от крутящего момента, доступного при подключении по схеме «треугольник». Тем не менее, это сугубо теоретическое значение. На практике данное значение составляет 25 %, т. к. присутствуют дополнительные потери, а также другие особенности, связанные с эффективностью подключения по схеме «звезда».

Данный способ пуска наиболее эффективен при пуске без нагрузки или при очень слабо загруженном пуске, однако при пуске двигателя под большой нагрузкой его применение невозможно. Большая проблема при данном способе пуска появляется при пуске, например, насосов. Двигатель начнет разгоняться до 80-85 % от номинальной скорости до того, как момент нагрузки сравняется с крутящим моментом двигателя и ускорение прекратится. Для достижения номинальной скорости необходимо переключение на треугольник, которое часто приводит к высоким переходным значениям и большого по амплитуде пикового тока. В некоторых случаях пиковый ток может превышать значение тока при прямом пуске. Кроме того, как и при прямом пуске, единственным способом остановки двигателя при использовании схемы звезда-треугольник является прямой останов. Данный способ пуска наиболее эффективен при пуске без нагрузки или при очень слабо загруженном пуске, однако при пуске двигателя под большой нагрузкой его применение невозможно. Большая проблема при данном способе пуска появляется при пуске, например, насосов. Двигатель начнет разгоняться до 80-85 % от номинальной скорости до того, как момент нагрузки сравняется с крутящим моментом двигателя и ускорение прекратится. Для достижения номинальной скорости необходимо переключение на треугольник, которое часто приводит к высоким переходным значениям и большого по амплитуде пикового тока. В некоторых случаях пиковый ток может превышать значение тока при прямом пуске. Кроме того, как и при прямом пуске, единственным способом остановки двигателя при использовании схемы звезда-треугольник является прямой останов.

Пуск при пониженном напряжении. Такой пуск применяют для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности, а также для двигателей средней мощности при недостаточно мощных электрических сетях. Понижение напряжения может осуществляться следующими путями: Пуск при пониженном напряжении. Такой пуск применяют для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором большой мощности, а также для двигателей средней мощности при недостаточно мощных электрических сетях. Понижение напряжения может осуществляться следующими путями: а) включением в цепь обмотки статора на период пуска добавочных активных (резисторов) или реактивных (реакторов) сопротивлений (рис. а). При этом на указанных сопротив лениях создаются некоторые падения напряжения ΔUдоб, пропорциональные пусковому току, вследствие чего к обмотке статора подается пониженное напряжение. По мере разгона двигателя снижается ЭДС Е2s , индуцированная в обмотке ротора, а следовательно, и пусковой ток.

В результате уменьшается падение напряжения ΔUдоб на указанных сопротивлениях и автоматически возрастает приложенное к двигателю напряжение. После окончания разгона добавочные резисторы или реакторы замыкаются накоротко контактором К1 ; В результате уменьшается падение напряжения ΔUдоб на указанных сопротивлениях и автоматически возрастает приложенное к двигателю напряжение. После окончания разгона добавочные резисторы или реакторы замыкаются накоротко контактором К1 ; в) подключением двигателя к сети через понижающий автотрансформатор АТр (рис. б), который может иметь несколько ступеней, переключаемых в процессе пуска соответствующей аппаратурой. Недостатком указанных методов пуска путем понижения напряжения является значительное уменьшение пускового и максимального моментов двигателя, которые пропорциональны квадрату приложенного напряжения, поэтому их можно использовать только при пуске двигателей без  нагрузки.

Использование устройства плавного пуска позволяет уменьшить пусковой ток и тем самым избежать падения напряжения в сети. Также при этом уменьшается пусковой крутящий момент и механические воздействия на оборудование, что снижает необходимость в обслуживании и ремонте. Как и привод, устройство плавного пуска может выполнять плавный останов, устраняя гидроудар и скачки давления в насосных системах и позволяя избежать повреждения хрупкого материала на ленточных конвейерах. Использование устройства плавного пуска позволяет уменьшить пусковой ток и тем самым избежать падения напряжения в сети. Также при этом уменьшается пусковой крутящий момент и механические воздействия на оборудование, что снижает необходимость в обслуживании и ремонте. Как и привод, устройство плавного пуска может выполнять плавный останов, устраняя гидроудар и скачки давления в насосных системах и позволяя избежать повреждения хрупкого материала на ленточных конвейерах.

Пуск с помощью реостата в цепи ротора. Этот способ применяют для пуска двигателей с фазным ротором. Если в цепь ротора включить пусковой реостат Rп, то активное сопротивление цепи ротора увеличится, вследствие чего точка К на круговой диаграмме (рис. а) сместится ближе к точке О (точка К'). При этом максимальный момент (отрезок АмЕм) не изменяется, а пусковой момент возрастает от значения Мп до М'п, так как увеличивается отрезок КЕп, пропорциональный этому моменту. Одновременно повышается критическое скольжение, а поэтому зависимость М =f(s) сдвигается в область больших скольжений, а зависимость п2= f(М) — в область меньших частот вращения (рис. б и в, кривые 1—4). Пуск с помощью реостата в цепи ротора. Этот способ применяют для пуска двигателей с фазным ротором. Если в цепь ротора включить пусковой реостат Rп, то активное сопротивление цепи ротора увеличится, вследствие чего точка К на круговой диаграмме (рис. а) сместится ближе к точке О (точка К'). При этом максимальный момент (отрезок АмЕм) не изменяется, а пусковой момент возрастает от значения Мп до М'п, так как увеличивается отрезок КЕп, пропорциональный этому моменту. Одновременно повышается критическое скольжение, а поэтому зависимость М =f(s) сдвигается в область больших скольжений, а зависимость п2= f(М) — в область меньших частот вращения (рис. б и в, кривые 1—4). Для того чтобы пусковой момент был равен максимальному, необходимо так подобрать сопротивление пускового реостата Rп, чтобы точка К' находилась вблизи точки Ам. Это условие выполняется при R'п + R'2 + R1 ≈ X1 + X'2 . Включение сопротивления R пуменьшает также и пусковой ток двигателя, так как в этом случае In = U1 /√(R'n + R'2+ R1 )2 + (X1 + Х'2 )2.

Пусковой реостат имеет обычно три — шесть ступеней (рис. а), что позволяет в процессе пуска постепенно уменьшать пусковое сопротивление, поддерживая высокое значение пуско-вого момента двигателя. Сначала двигатель пускается по характеристике (рис.б), соответствующей сопротивлению Пусковой реостат имеет обычно три — шесть ступеней (рис. а), что позволяет в процессе пуска постепенно уменьшать пусковое сопротивление, поддерживая высокое значение пуско-вого момента двигателя. Сначала двигатель пускается по характеристике (рис.б), соответствующей сопротивлению

Круговая   диаграмма  при   включении   реостата   в   цепь ротора  асинхронного  двигателя  и  получаемые  при   этом   механические характеристики Круговая   диаграмма  при   включении   реостата   в   цепь ротора  асинхронного  двигателя  и  получаемые  при   этом   механические характеристики

пускового реостата Rп3 = Rдоб1 + Rдоб2 + Rдоб3 , и развивает вращающий момент Мп.mах . По мере увеличения частоты вращения вращающий момент М уменьшается и может стать меньше некоторого момента Mп.min . Поэтому при M = Mп.min часть пускового реостата Rдоб3 выводят, замыкая контактор КЗ . Вращающий момент при этом мгновенно возрастает до Мп.mах , а затем с увеличением частоты вращения изменяется по характеристике 3, соответствующей сопротивлению реостата Rп2 = Rдоб1 + Rдоб2 . При дальнейшем уменьшении момента М до Mп.min часть реостата Rдоб2 снова выключается контактором К2 и двигатель переходит на работу по характеристике 2, соответствующей сопротивлению Rп1 = Rдоб1 . Таким образом, при постепенном (ступенчатом) уменьшении сопротивления пускового реостата вращающий момент двигателя изменяется от Мп.mах до Mп.min , а частота вращения возрастает по ломаной кривой, показанной на рис. б, жирной линией. пускового реостата Rп3 = Rдоб1 + Rдоб2 + Rдоб3 , и развивает вращающий момент Мп.mах . По мере увеличения частоты вращения вращающий момент М уменьшается и может стать меньше некоторого момента Mп.min . Поэтому при M = Mп.min часть пускового реостата Rдоб3 выводят, замыкая контактор КЗ . Вращающий момент при этом мгновенно возрастает до Мп.mах , а затем с увеличением частоты вращения изменяется по характеристике 3, соответствующей сопротивлению реостата Rп2 = Rдоб1 + Rдоб2 . При дальнейшем уменьшении момента М до Mп.min часть реостата Rдоб2 снова выключается контактором К2 и двигатель переходит на работу по характеристике 2, соответствующей сопротивлению Rп1 = Rдоб1 . Таким образом, при постепенном (ступенчатом) уменьшении сопротивления пускового реостата вращающий момент двигателя изменяется от Мп.mах до Mп.min , а частота вращения возрастает по ломаной кривой, показанной на рис. б, жирной линией.

В конце пуска пусковой реостат полностью выводят контактором К1, обмотка ротора замыкается накоротко, и двигатель переходит на работу по естественной характеристике 1. Выключение отдельных ступеней пускового реостата в процессе разгона двигателя может осуществляться вручную или автоматически. Таким образом, посредством реостата, включенного в цепь ротора, можно осуществить пуск двигателя при Mп ≈ Мmах и резко уменьшить пусковой ток. В конце пуска пусковой реостат полностью выводят контактором К1, обмотка ротора замыкается накоротко, и двигатель переходит на работу по естественной характеристике 1. Выключение отдельных ступеней пускового реостата в процессе разгона двигателя может осуществляться вручную или автоматически. Таким образом, посредством реостата, включенного в цепь ротора, можно осуществить пуск двигателя при Mп ≈ Мmах и резко уменьшить пусковой ток. На рис. (в), в показан характер изменения тока I1 и частоты вращения n2 при пуске двигателя рассматриваемым способом. Ток также изменяется по ломаной кривой между двумя крайними значениями Imах и Imin. Недостатком данного способа является его относительная сложность и необходимость применения более дорогих двигателей с фазным ротором. Кроме того, указанные двигатели имеют несколько худшие рабочие характеристики, чем двигатели с короткозамкнутым ротором такой же мощности (кривые η и cos φ1 проходят ниже). В связи с этим двигатели с фазным ротором применяют только при тяжелых условиях пуска, когда необходимо развивать максимально возможный пусковой момент.  

Это устройство пуска современный, надежный, прост в управлении. Включает в себя современный силовой электроники, например IGBT – транзисторы, GTO-тиристоры и т.д. На данный момент автором подготовлена заявка на полезную модель или на изобретение устройство плавного пуска с широтно-импульсной модуляцией Это устройство пуска современный, надежный, прост в управлении. Включает в себя современный силовой электроники, например IGBT – транзисторы, GTO-тиристоры и т.д. На данный момент автором подготовлена заявка на полезную модель или на изобретение устройство плавного пуска с широтно-импульсной модуляцией

Устройства плавного пуска зарубежных фирм широкораспространенных в Казахстане: ABB, Shneider electric и.т.д Устройства плавного пуска зарубежных фирм широкораспространенных в Казахстане: ABB, Shneider electric и.т.д Устройства плавного пуска ABB: PSS-PST (B) до 1810 А, SSM Устройства плавного пуска Shneider electric : Altistart 01, Altistart 22, Altistart 48

Устройства плавного пуска PSS-PST (B) до 1810 А