Применение тиристорных пускателей для управления асинхронными двигателями

Тиристорные пускатели (ТП) серии ПТТ, вы­пускаемые ОАО "Российская электротехническая компания", производятся двух видов: бесконтак­тный коммутационный аппарат и тиристорный преобразователь переменного напряжения, оснащенный системой автоматизированного пуска и остановки привода. Бесконтактные коммутацион­ные аппараты, имеющие только два состояния (включен и отключен) и поэтому называемые неуправляемыми или нерегулируемыми, крайне редко применяются для управления асинхронны­ми двигателями. Основная причина их непопулярности заключается в небольшой разнице в цене по сравнению с управляемыми или регулируемыми ТП, хотя в последних кроме общих для тех и других силовой части, состоящей из встречно – параллельно включенных тиристоров (рис. 1), электронных защит, входных цепей управления, формирователей импульсов для управления тиристорами, имеются еще и систе­мы импульсно-фазового управления (СИФУ) и системы автоматизированного пуска и останова привода, необходимые для реализации управления двигателями.

встречно-параллельно включенные тиристоры 1а и 1б.jpg

рис. 1

В настоящее время для регулирования часто­ты вращения привода находит широкое применение система преобразователь частоты (ПЧ) – асинхронный двигатель. Возможность регулирования частоты вращения привода в большом диапазоне ставит ее в один ряд с тиристорным электроприводом постоянного тока, а использо­вание обычного асинхронного двигателя делает систему более надежной и простой в эксплуата­ции. Но значительная стоимость ПЧ ограничи­вает их применение. Во многих случаях усложненные требования к асинхронному приводу могут быть обеспечены с помощью тиристорного пускателя (ТП). Длительно регулировать час­тоту вращения в установившемся режиме ТП не может, так как даже при пониженном напряже­нии асинхронный двигатель, работающий на ча­стоте вращения 0 – 80 % номинальной, потребля­ет завышенный ток. В режиме под нагрузкой он не выдерживает такого теплового режима продолжительное время [1]. Но если требуется кратковременное регулирование частоты вращения или ограничение пускового тока, ТП используется весьма успешно.

Применение ТП целесообразно в следующих случаях:

• при тяжелом, длительном пуске (к нагруз­кам, обусловливающем его, относятся, в частности, осевые и центробежные вентиляторы);

• при пуске (например, двух мощных приводов одновременно), создающем значительную нагруз­ку на сеть, вызывающем просадки напряжения и предпосылки для ложных срабатываний защи­ты (использование ТП позволяет в 3 раза сни­зить пусковой ток);

• при большом количестве включений привода в час или в смену (частые пуски приводят к быстрому износу коммутационной аппаратуры и механических узлов);

• при частом выходе двигателей из строя в период пуска (обмотки мощных двигателей при прохождении через них пусковых токов испытывают значительное электродинамическое воздействие, в результате чего повреждается изоляция. Особенно это характерно для высокоскоростных двигателей с большим вылетом лобовых частей обмоток);

• при плавном пуске (например, конвейеров, разливочных машин жидкого металла), необходимом согласно требованиям технологии (в большинстве случаев при использовании ТП удается получить плавное нарастание темпа разгона без введения обратной связи по частоте вращения).

Отдельно остановимся на применении ТП для плавного останова насосов, перекачивающих жидкость по длинным трубопроводам. При останове насоса большая масса жидкости про­должает движение по инерции в прежнем на­правлении. Быстро остановленный насос играет роль опущенной заслонки. При этом образуется вакуумный пузырь, который затем подобно пру­жине увлекает всю массу жидкости в обратном направлении. Когда вакуумный пузырь схлопывается, возникает пиковое повышение давления — гидравлический удар. При длине трубопровода в несколько километров последствия такого удара могут привести к тяжелой аварии. Плавный останов позволяет исключить гидравлический удар.

Тиристорные пускатели серии ПТТ (без шун­тирующего контактора), как правило, находят применение при частых пусках приводов мощ­ностью до 75 кВт.

Ниже приведены их основные технические данные:

Наименование параметра

Значение

Номинальное напряжение силовой цепи, В

220, 380, 660

Частота питающей сети, Гц

50,60

Номинальный ток, А

10, 25, 40, 63, 100, 160, 200, 320, 400, 630, 1000

Длительность допустимых перегрузок пускателя при работе в продолжительном режиме, с

1,25/ном

2,5/ном

4,0/ном

120

90

20

Продолжительность пуска, с

0,5 – 120

Время плавного останова или динамического торможения, с

0,5 – 120

Количество ступеней времятоковой диаграммы

1 – 3

Климатическое исполнение

УХЛ3.1

Режим работы

Продолжительный или повторно – кратковременный


















На рис. 1,а и 6 показаны упрощенные схе­мы тиристорных пускателей серий ПТТ и ПТТ – ПП, системы управления которых отлича­ются незначительно. В обоих случаях регулиро­вание ведется с использованием обратной связи по току. Управление осуществляется по бескон­тактной схеме с гальванической развязкой через оптроны.

Тиристорный пускатель для плавного пуска серии ПТТ – ПП имеет облегченную систему охлаждения. Он используется совместно с контак­тором КМ, который включается при завершении плавного пуска и шунтирует тиристоры. При останове привода ток некоторое время протека­ет через тиристоры, поэтому контактор отключа­ется без дуги. Эта модификация ТП находит широкое применение в приводах мощностью 55 кВт и выше. Особенно удобно использовать такую систему для модернизации электроустановок, в которых контактор уже имеется. Силовые тиристоры в установившемся режиме не нагре­ваются, а это значит, что можно выбрать тири­сторы небольшой мощности.

Управление шунтирующим контактором в ТП серии ПТТ – ПП осуществляется автоматически. По окончании разгона двигателя включается контактор и прекращается протекание тока че­рез тиристоры. Затем снимаются импульсы управления тиристорами, чтобы избежать их пе­регрева в случае неисправности одного из силовых контактов контактора. При нажатии кнопки "Стоп" с системы управления ТП сначала пода­ются импульсы на тиристоры, затем на отклю­чение контактора, при этом уменьшается угол отпирания тиристоров и снимаются поступаю­щие на них импульсы. Такой алгоритм обеспе­чивает бездуговое отключение шунтирующего контактора и соответственно продление его коммутационного ресурса.

Пускатели ПТТ – ПП оборудованы переключа­телем, позволяющим переводить привод в ре­жим прямого пуска, т. е. через шунтирующий контактор. Этой функцией может пользоваться оперативный персонал, если ТП неисправен и требуется срочный пуск привода при отсутствии ремонтного персонала. Тогда все управление вы­полняется одним реле, без участия электронной схемы управления ТП. Кнопки "Пуск". "Стоп" выполняют те же функции, что и в обычном режиме.

Отсутствие постоянного нагрева тиристоров в пускателях ПТТ – ПП позволяем размещать устройства плавного пуска (серии тиристорных комплектных станций управления ТСУ – К) в шкафах с высокой степенью защиты от окружа­ющей среды, что продлевает срок их службы.

В стандартную комплектацию ТСУ – К входят шкаф со степенью защиты IP21, содержащий вводной автоматический выключатель, тиристорный пускатель для плавного пуска ПТТ – ПП и шунтирующий контактор. Такая комплектация максимально упрощает его монтаж и подключе­ние — требуется только установить шкаф, под­ключить питающий кабель и кабель к электро­двигателю. Для управления ТСУ – К нужно подключить один или несколько кнопочных по­стов с кнопками "Пуск" и "Стоп".

В одном из вариантов ТСУ – К предусмотрено подключение преобразователя частоты, при этом станция управления используется в качестве его резерва. Такая схема находит применение там, где по требованиям технологии необходим плав­ный пуск или останов. В этом случае тиристорный пускатель на непродолжительное время без больших потерь может заменить преобразова­тель частоты. Силовая схема такой станции со­держит коммутационные аппараты, сблокирован­ные механическим замком, позволяющим включать только ТП или ПЧ. Схема управления также имеет блокировку от их одновременного включения.

С помощью ТП несложно осуществлять ди­намическое торможение постоянным током [2]. Схема выпрямления — однофазная однополупериодная. Для повышения эффективности тормо­жения параллельно электродвигателю включают шунтирующий тиристор, замыкающий на себя намагничивающий ток электродвигателя во время прохождения обратной полуволны напря­жения.

режим разгона.jpg

рис. 2

Чтобы достичь цели, ради которой устанавли­вается ТП, необходимо правильно формировать режим разгона. Так, для ограничения пускового тока предусматривают фиксированное ограничение по току (рис. 2, а). Для достижения более плавного пуска имеется возможность сформиро­вать времятоковую диаграмму задания тока (рис. 2, б). В некоторых случаях добавляют фун­кцию ограничения угла отпирания тиристоров (рис. 2, г), которая реализуется параллельно с формированием времятоковой диаграммы. Если для трогания механизма требуется толчок в первый момент времени, то амплитуда тока первой ступени времятоковой диаграммы должна быть больше, чем второй (рис. 2, в).

Тиристорный пускатель содержит все необхо­димые виды защит электродвигателя и силовых тиристоров:

• быстродействующую максимально – токовую защиту;

• токовую защиту от перегрузки;

• защиту от обрыва фазы и неотпирания тири­стора;

• защиту от перегрева тиристоров.

Большинство зарубежных производителей применяют в ТП микропроцессорную систему управления, основные преимущества которой но сравнению с аналоговой системой заключаются в большей гибкости в параметрах, удобстве на­стройки в период наладки, возможности использования в распределенных сетях управления.

При модернизации существующего оборудо­вания заказчик, как правило, предпочитает устройство с аналоговой системой управления, считая, что ее легче освоить в процессе эксплуатации. В ТП, выпускаемых ОАО "Российская электротехническая компания", применя­ется аналоговая система управления с цифроаналоговым узлом СИФУ. Тщательная от­работка схемных решений, критический подход к комплектации изделий, выбор проверенных поставщиков позволили создать высоконадежную систему управления. После первичной наладки на объекте система в дальнейшем не требует периодической регулировки, настройки и обслу­живания, кроме своевременного удаления пыли. Тем не менее в компании ведутся работы по созданию микропроцессорной системы управле­ния.

ОАО "РЭТК" не дает гарантий на работу ТП при температуре ниже -10 °С, однако ТП успешно прошли испытания при температуре -20 °С. Зная об этом, некоторые заказчики уста­новили ТП в неотапливаемых помещениях. В таких случаях наши специалисты использовали местные электрические обогреватели для вклю­чения их в холодное время. Однако у некото­рых заказчиков не был использован дополните­льный обогрев, чтобы не обременять обслуживающий персонал, но в период больших холодов они некоторое время контролировали работу ТП, и опыт эксплуатации показал, что ТП серии ПТТ устойчиво работают при темпе­ратурах до -30 °С.

Применение ТП для управления асинхрон­ным двигателем позволяет увеличить надеж­ность привода. Затраты на их приобретение и наладку окупаются повышением надежности как электрической, так и механической части элект­ропривода.


Возврат к списку