Малоэлементное пуско-регулирующее устройство для асинхронного электропривода турбомеханизмов

чем в 5-7 раз превышающим номинальный уровень, а также «рывком» динамического момента и скорости вала. [2] Эта особенность создаёт значительные трудности эксплуатации двигателей средней и большой мощности, так как приводит к технологическим сбоям и просадкам сетевого напряжения, нарушающим нормальный режим электропитания других потребителей электроэнергии.

Поиск путей повышения коэффициента мощности приводит к очевидному решению устранить работу АД на холостом ходу, заменив длительные режимы на повторно-кратковременную работу лишь во время нагружений. Увеличивающееся при этом количество запусков привода в течение суток требует более частого использования устройств плавного пуска, вплоть до придания последним статуса обязательной составной части асинхронного привода.

Цель работы: описание устройства для плавного пуска АД.

Рассмотрение существующих способов ограничения пусковых токов АД. Применение устройства плавного пуска (УПП) сдерживается отсутствием достаточно простых решений в данной сфере. Является очевидным, что по причине кратковременности действия применение УПП экономически и организационно оправдывается лишь в тех случаях, когда это устройство оказывается достаточно простым в исполнении и удобным в обслуживании. Использование в качестве «пускача» альтернативных устройств в виде тиристорных регуляторов переменного напряжения (ТРН), требующих для своего исполнения не менее 6-ти тиристоров или многовентильных преобразователей частоты (ПЧ), оснащённых сложными системами управления, не может отвечать названным требованиям [3]. Не следует забывать и о других существенных недостатках ТРН, процесс фазового регулирования которых сопровождается значительным потреблением реактивной мощности, а также искажением тока статорных обмоток АД, делая его форму прерывистой, а величину пускового момента исчезающее малой. Далее приводится простое и эффективное решение, удовлетворяющее названным критериям.

Описание предлагаемого устройства для осуществления плавного пуска АД. Устранить вышеуказанный недостаток удаётся в схеме на рис. 1, которая содержит АД 1 с короткозамкнутым ротором, статорные обмотки которого подключены к источнику сетевого напряжения 2 с помощью последовательно-встречно включенных вторичных обмоток вольтодобавочного трансформатора 3. Первичные обмотки вольтодобавочного трансформатора своими первыми выводами (А1,В1,С1) подключены к выходным зажимам источника сетевого напряжения 2. Эти обмотки выполнены по схеме звезды, функции нулевой точки которой выполняет транзисторный ключ 4 (V0), включённый между выводами постоянного тока трёхфазного диодного моста 5 (V1-V6), выводы переменного тока которого присоединены к вторым выводам указанных первичных обмоток вольтодобавочного трансформатора 3. Цепь управления содержит устройство задания интенсивности 6 для изменения напряжения вольтодобавки в процессе пуска и измерительно- регистрирующую аппаратуру 7 для наблюдения за параметрами электродвигателя во время разгона. Для ограничения перенапряжений на выходе моста 5 посредством разделительного диода 8 (V7) подключен полярный конденсатор фильтра 9 (С) низких частот, который с целью устранения накапливания заряда шунтируется разрядным резистором 10 (R).

Принцип действия устройства обеспечивает уменьшение броска пускового ток за счёт плавного наращивания напряжения статорных обмоток, которое образуется встречным соединением источника сетевого напряжения 2 со вторичными обмотками вольтодобавочного трансформатора 3 . Плавное уменьшение напряжений вторичных обмоток с максимального значения до нуля AU ^ 0 осуществляется широтно-импульсным способом. Регулирование напряжения вольтодобавки ∆U достигается изменением длительности включенного состояния транзисторного ключа 4 (V 0 ) в течении каждого такта модуляции. Форма широтноимпульсного сигнала на управляющем электроде транзисторного ключа 4 (V₀) для закона изменения напряжения вольтодобавочного трансформатора 3 , определяется формой управляющего сигнала Uу на входе широтно-импульсного модулятора 11 (ШИМ) в составе устройства задания интенсивности 6 .

Рис. 1. Схема асинхронного электропривода с пуско-регулирующим устройством

Как видно из рис. 2, на основном участке разгона встречное напряжение вольтодобавки уменьшается, что обеспечивает такое же увеличение результирующего напряжения на статорных обмотках двигателя и после окончания переходного процесса действующее значение напряжения статорных обмоток принимает максимальное значение, равное номинальному напряжению сетевого источника.

Сравнивая экспериментальные осциллограммы на рис. 3, можно видеть, что применение предлагаемого технического решения в сравнении с прямым пуском ведёт к уменьшению амплитуды пускового тока не менее, чем в 3 раза, увеличивая в той же пропорции общее время пуска АД.

Рис. 2. Кривые мгновенного U_ca(t) и действующего U cA (t) напряжений в статорной обмотке фазы А

а)

Рис. 3. Осциллограммы пусковых токов и скорости ротора: а) при прямом пуске; б) с применением пускорегулирующего устройства

Выводы:

• 1.    Рассмотрена возможность создания пускорегулирующего устройства для АД, применяемых в турбомеханизмах, которое позволяет обеспечить реальное энергосбережение.

• 2.    Положительный эффект предлагаемого решения заключается в уменьшении конструкции УПП за счёт упрощения ключевого регулятора, выполнение которого становится возможным на одном общем для всех фаз статорных обмоток транзисторном ключе в связи с выполнением на одном транзисторном ключе, а так же в сохранении высокого качества питающего напряжения при непрерывной форме тока статорных обмоток.

• 3.    Результаты сравнения подтверждают не только работоспособность, но и эффективность предложенного технического решения.