Здравствуйте, Друзья и Партнеры!

Предлагаю сделать небольшое сравнение работы систем запуска инерционных механизмов с приводным электродвигателем от частотного преобразователя и от тиристорного устройства плавного пуска.

В последнее время, все чаще сталкиваясь с необходимостью безударного пуска тяжелых механизмов (мощных вентиляторов и дымососов, мельниц, дробилок, конвейеров), Корпорация Триол сравнивает альтернативные системы пуска и стремиться предложить Партнеру оптимальное техническое решение.

Этому сравнению и посвящен мой блог.

Почему Корпорация Триол выбрала частотно-регулируемый привод и отказалась от выпуска устройства плавного пуска (УПП), разработанного и выпускаемого изделия более 10 лет?

Основная причина – устройства плавного пуска не дают технологического выигрыша, а порой приводят к повышенной аварийности приводного двигателя запускаемого механизма.

Основные аргументы:

1. Устройство плавного пуска, выполненное по классической схеме, запускает механизм путем плавного нарастания напряжения (изменения угла открытия тиристоров) при его неизменной частоте. Соответственно - момент двигателя на начальном участке разгона гораздо ниже номинального и составляет порядка 30%. Это может позволить запустить механизмы с вентиляторной характеристикой, такие как насосы и небольшие вентиляторы, только на закрытую задвижку (шиберное устройство).

2. Если необходимо запускать механизмом с постоянным моментом (мельницы, дробилки, конвейера), то для того, что бы стронуть механизм устройством плавного пуска, устанавливают функцию «Кик-Старт» - которая полностью открывает тиристоры устройства плавного пуска, при этом кратковременно к электродвигателю приложено полное сетевое напряжение и протекает полный пусковой ток, равный 6-7 номинальным значениям, после чего начинает работать тиристорный регулятор, ограничивая пусковой ток на уровне 4…4,5 кратного значения от номинала тока электродвигателя, длительностью 30…120 с.

3. При затяжном пуске механизма от УПП, изоляция статорных обмоток подвергается механическим воздействиям, приводящим к ее ускоренному старению. А термическое воздействие повышенными токами приводит к ее перегреву и, как следствие, повреждению. Указанный случай не является гарантийным.

4. Во время пуска, гармонический состав сети сильно искажен, коэффициент гармоник тока достигает 30%, что является недопустимым для работы не специализированных асинхронных электродвигателей.

На рис. 1 и 2 указаны осциллограммы пускового тока УПП и ее гармонический спектр.

Кроме высших гармоник, сеть нагружена реактивным током, величина которого в начальной стадии пуска может достигать 4…4,5 крат от номинального тока двигателя, что может превышать допустимые значения для питающей сети. А это, в свою очередь, приводит к созданию аварийной, опасной ситуации для оборудования, работающего в одной сети с устройством плавного пуска.

В случае пуска нескольких УПП может произойти аварийное отключение секционной ячейки КРУ, с последующим обесточиванием потребителей, запитанных с этой секции шин распределительного устройства.

Анализ пускового момента электродвигателя, работающего от УПП.

Пусковой момент асинхронного двигателя связан с номинальным моментом и пропорционален квадрату питающего напряжения.

В общем виде это будет так, как приведено в формуле (1):

формула 1.png (1)

Где, Ms- пусковой момент, Н·м;

Mн- номинальный момент, Н·м;

Uc- текущее значение напряжения сети, В;

Ucн- номинальное значение питающей сети, В.

В начале старта, на заторможенном электродвигателе, к его обмоткам прикладывается полное напряжение питания. Величина протекающего тока, при этом, будет прямо пропорциональна величине приложенного напряжения.

По мере разгона, с появлением противоЭДС реакции ротора, эта зависимость будет теряться.

С учетом выше сказанного преобразуем формулу к виду (2)

Формула 2.png

(2)

Где,

Iупп- пусковой ток преобразователя частоты при пуске от УПП, А;

Iпп – пусковой ток при пуске от сети, А.

Вычислим максимально возможное значение пускового момента электродвигателя при пуске от УПП:

Формула 3.png

Расчет показывает, что теоретическое значение пускового момента электродвигателя дробилки, при пусковом токе равном 4·Iн никогда не достигнет значения 39% от номинального значения пускового момента, что делает устройство плавного пуска не пригодным для пуска тяжелых нагрузок.

Анализ формы тока электродвигателя при пуске от УПП Как видно из Рис. 1 форма тока УПП далека от синусоидальной и имеет явно выраженную ступенчатую форму с крутыми фронтами и срезами. Такая форма тока характеризуется широким гармоническим спектром, что приводит к дополнительным потерям в электрическом двигателе, а значит и его дополнительном нагреве.

График 1.png

Рис. 1 Форма тока на выходе УПП при пуске асинхронного электродвигателя

График 2.png

Рис. 2 Расчет гармонического спектра и коэффициента гармоник тока УПП при пуске асинхронного электродвигателя.

Как видно из Рис. 2 гармонический анализ тока электродвигателя, работающего от УПП показывает наличие высших гармоник по 15-ю включительно, а также коэффициент гармоник на уровне 30%, что недопустимо много для не специализированных асинхронных электродвигателей.

Проблема, с которой столкнулись при применении устройства плавного пуска:

Задача, возлагаемая на УПП: осуществлять неограниченное количество пусков в течении суток.

Однако, при расследовании причин выходов из строя УПП стороннего производителя было выявлено, что на 30-м пуске один из асинхронных электродвигателей вышел из строя (повреждена статорная обмотка).

Вероятная причина выхода из строя - перегрев статорной обмотки при затяжном пуске.

Обоснование вероятной причины:

Оценить тепловые потери в статорных обмотках можно по следующей формуле:

Q= 3·(KI·Iном)2·R·t (2)

Где Q- тепловыделения в статорных обмотках, Дж; KI- кратность пускового тока электродвигателя; Iном- номинальный ток электродвигателя, А; R- полное сопротивление фазы статорной обмотки, Ом; t- время пуска, с. Отношение теплопотерь при пуске от УПП и прямом пуске определяется по формуле: Q_упп/Qпр =(K(I_упп)^2∙t_упп)/(K_Iпр^2∙t_пр ) (3) Где QУПП- тепловыделения в статорных обмотках при пуске от УПП, Дж;

Qпр- тепловыделения в статорных обмотках при прямом пуске, Дж;

KI_упп- кратность пускового тока электродвигателя при пуске от УПП;

KI_пр- кратность пускового тока электродвигателя при прямом пуске;

tупп- время пуска от УПП, с;

tпр- время прямого пуска, с.

Рассчитаем кратность тепловыделений по формуле (3):

Формула 4.png

Как видно из расчетов, тепловые потери при пуске от УПП в 1,67 раза выше, чем при прямом пуске. При этом прямым пуском допускается запускать электродвигатель два раза в сутки, а от УПП электродвигатель запускался без ограничения числа пусков, что и привело к выходу из строя статорной обмотки электродвигателя.

Вывод: Пуск от УПП требует высоких значений пусковых токов, затяжных пусков и, как следствие, является опасным, приводящим к повреждению обмоток электродвигателей, при этом такое повреждение не попадает под гарантийный случай, так как нарушены условия эксплуатации электродвигателя.

Вышеуказанных проблем лишены преобразователи частоты серии Триол АТ27, которые обладают следующими преимуществами:

100% от номинального момента на валу электродвигателя на стартовой частоте;

Пусковой ток не превышает 1…1,2·Iн;

Коэффициент мощности преобразователя частоты не хуже 0,96;

Коэффициент гармоник потребляемого тока менее 5%;

Перегрев обмоток электродвигателя при пуске отсутствует;

Неограниченное количество пусков даже с загруженной дробилкой;

Ограничение количества одновременно запускаемых дробилок определяется только лишь мощностью сети;

Нет влияния на соседних потребителей, работающих в этой сети.

И это далеко не все преимущества, которыми обладают средневольтные преобразователи частоты Триол АТ27.

С техническими характеристиками Триол АТ27 Вы можете подробно ознакомиться в каталоге продукции Триол или связаться с нами.

Корпорация Триол – разработчик и производитель низковольтных и средневольтных преобразователей частоты мощностью до 8 МВт.