8.1. ПРЕИМУЩЕСТВА УСТРОЙСТВ ПЛАВНОГО ПУСКА ПО СРАВНЕНИЮ С ТРАДИЦИОННЫМИ ПУСКОВЫМИ УСТРОЙСТВАМИ

Наиболее распространенным в промышленности типом электродвигателей является асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели экономичны, про­сты по конструкции и надежны в эксплуатации. Существен­ными недостатками АД являются высокие (до 6 — 8-кратного от номинального значения) пусковые токи и значительное снижение момента АД (пропорционально квадрату прило­женного к статору напряжения).

Прямой пуск АД, при котором на статор подается номи­нальное напряжение сети, характеризуется значительными динамическими моментами в начальной стадии переходного процесса, которые могут значительно превышать критиче­ский момент статической механической характеристики. Пусковой момент АД в переходном режиме может оказаться знакопеременным, принимая на отдельных интервалах вре­мени отрицательные значения.

Указанные факторы отрицательно влияют на механиче­скую часть электропривода, вызывая удары в кинематиче­ской цепи особенно при наличии зазоров. При этом возни­кают также нежелательные динамические режимы в техноло­гическом процессе, например, гидравлические удары в тру­бопроводах перекачки жидкости (газа), что может привести к возникновению аварий, снижению надежности и срока службы запорной арматуры и технологического оборудо­вания.

Устройства пуска, принцип действия которых основан на переключении обмотки статора двигателя со звезды на тре­угольник, являются недорогими, однако их эффективность ог­раничена. Наиболее существенные ограничения следующие: отсутствует контроль за изменением пускового тока и мо­мента двигателя;

при переключении обмотки со звезды на треугольник мо­гут возникнуть высокие значения тока и момента, что может послужить причиной перегрузок и повреждения оборудова­ния. Высокие значения тока и момента возникают в связи с тем, что при переключениях ЭДС двигателя может оказаться в противофазе с напряжением сети, в результате чего могут возникнуть ток и момент двигателя, значительно превышаю­щие их значения при пуске.

Пусковые устройства с авторансформатором обеспечива­ют некоторые возможности контроля тока и момента двига­теля по сравнению с переключением со звезды на треуголь­ник. Однако при таком пуске напряжение прикладывается на обмотку двигателя скачкообразно.

К недостаткам автотрансформаторного пуска можно от­нести:

высокие значения переходных моментов и токов двигате­ля, обусловленных скачкообразным изменением напряжения на зажимах статора;

ограниченное число ступеней переключения выходного напряжения, что не позволяет обеспечить требуемый закон изменения напряжения на зажимах статора;

высокую стоимость оборудования, требуемого для исполь­зования в условиях частых и продолжительных пусков;

невозможность обеспечить эффективные пуски при по­ниженном напряжении сети, а также и для рабочих машин с изменяющимися требованиями к пусковому моменту.

Устройства для пуска двигателя с резисторами в цепи ста­тора также представляют некоторые дополнительные воз­можности управления по сравнению с пуском двигателя пе­реключением обмотки со звезды на треугольник. Тем не ме­нее, им присущи некоторые недостатки, снижающие эффек­тивность применения этих устройств. К числу этих недостат­ков можно отнести:

сложность технической реализации оптимизации процесса пуска, связанная с изменением сопротивления в силовой цепи;

влияние нагрева пусковых сопротивлений на режим пус­ка, особенно при частых и тяжелых пусках;

невозможность обеспечить эффективный пуск при пони­женном напряжении сети в условиях нагрузок с изменяю­щимися требованиями к режиму пуска;

пиковый характер изменения момента двигателя при за­корачивании ступеней пускового сопротивления.

Кроме того, все традиционные способы пуска (автотранс­форматорный, переключением обмотки статора со звезды на треугольник и др.) имеют следующий общий недостаток: не обеспечивают согласование параметров двигателя с конкрет­ной проблемой плавного пуска, хотя они могут уменьшить пусковой ток, но другие требования, такие как ограничение ускорения, изменение разгона (торможения) по заданному закону, получение требуемого значения пускового тока, они выполнить не могут.

Указанные недостатки оказывают неблагоприятное дейст­вие на питающую сеть, а при прямом пуске АД от автоном­ного источника питания мощность последнего должна в 4 — 5 раз превышать мощность двигателя. Кроме того, скачкооб­разное приложение момента при пуске приводит к ударам в элементах передаточного механизма и снижению его долго­вечности.

При прямом пуске АД мощностью от 45 до 400 кВт допускается только продолжительный режим работы (режим S1 по ГОСТ 183 — 74), т. е. два последовательных пуска (с ос­тановкой между ними) из холодного состояния или один пуск из нагретого состояния при работе в номинальном ре­жиме.

Кроме того, по ГОСТ 28327 — 89 прямой пуск имеет огра­ничение по значению момента инерции, приведенного к валу двигателя.

Применение устройства плавного пуска и торможе­ния (УППТ) обеспечивает плавный пуск АД с ограничением пускового тока и углового ускорения, защиту от механи­ческих ударов исполнительного механизма, позволяет регу­лировать время разгона и торможения электропривода.

Устройство плавного пуска и торможения (софтстартер) представляет полупроводниковое переключающее устройство (регулятор напряжения), обеспечивающее плавный пуск и торможение асинхронных короткозамкнутых двигателей. Оно объединяет функции плавного пуска и торможения, защиты двигателя и механизма, а также связи с системой автомати­зации верхнего уровня.

При комплектации электропривода УППТ делает ненуж­ным поставку тепловых реле, датчиков тока и напряжения,

реле времени, регуляторов тока, устройств связи с системой автоматизации верхнего уровня.

Отличительными особенностями УППТ являются: ком­пактность, простота монтажа и ввода в эксплуатацию, широ­кие возможности регулирования параметров пусковых и тормозных режимов, настраиваемых программными средст­вами, множество функций защит и контроля, энергосбере­жения при неполной нагрузке, адаптация для индивидуально­го применения к конкретной рабочей машине, простота ком­поновки в АСУ ТП верхнего уровня и др.

Диаграмма пуска АД, реализуемая УППТ, оптимальным об­разом соответствует требованиям рабочей машины. При этом осуществляется ограничение пускового тока. Дополнительные функциональные возможности позволяют проводить монито­ринг пускового тока, момента, ускорения (замедления), а также регулировать их в процессе пуска (торможения).

Устройства плавного пуска имеют множество применений: насосы, вентиляторы, компрессоры, транспортеры и конвей- сры, тяжело нагруженные и инерционные механизмы, меха­низмы с ременной, цепной и другими видами передаточных механизмов. При этом улучшаются условия эксплуатации двигателей, пускозащитной аппаратуры и сети электроснаб­жения, увеличивается срок службы АД и др.

Сравнительная характеристика различных способов пус­ка асинхронных короткозамкнутых двигателей приведена в табл. 8.1.