Особенности применения устройств плавного пуска и преобразователей частоты для промышленного электропривода

     Известно, что применение устройства мягкого пуска электрической машины способствует меньшему износу подшипников ротора и других механических частей электрической машины, уменьшает пусковые токи статора, способствует увеличению межремонтных периодов эксплуатации.

    Для синхронных электрических машин мягкий пуск наиболее целесообразно осуществлять путем плавного изменения частоты питающего напряжения от неподвижного состояния ротора до номинальной  скорости его вращения (и номинальной частоты питающего напряжения). Это изменение частоты выполняется с помощью ведомого инвертора, который может быть выполнен на наименее дорогостоящих силовых полупроводниковых  приборах – тиристорах. Питание машины от ведомого инвертора позволяет при пуске иметь ток статора, практически не превышающий номинального тока машины, и длительность разгона, безопасную для подшипников, редукторов и других механических элементов приводного агрегата. После разгона ротора до синхронной скорости машина может быть переключена на питание от сети, а преобразователь (ведомый инвертор) использован для пуска других синхронных машин на данной подстанции. Если обслуживаемый синхронный двигатель по технологии его работы нуждается в постоянном регулировании скорости, он после пуска остается подключенным к преобразователю. Преобразователи, построенные по схеме ведомого инвертора и предназначенные только для пуска электрических машин, принято называть ТПУ – тиристорное пусковое устройство; преобразователи, построенные по той же схеме, но предназначенные для пуска и последующей длительной работы, принято называть ТПЧ – тиристорный преобразователь частоты.

    При работе ТПУ-ТПЧ в схеме «один выпрямительный и один инверторный мосты» (две  6-пульсные схемы) в переменном токе со стороны питания преобразователя и на выходе, в токе питания обслуживаемой машины, появляются составляющие повышенных частот (высшие гармоники), кратные частоте питающего напряжения. Эти составляющие вызывают повышенный нагрев магнитной системы машины и могут вызвать недопустимые искажения в синусоиде питающего напряжения, если мощность питающей сети недостаточно велика. Естественно, эти отрицательные явления следует учитывать, в первую очередь, при создании ТПЧ, то есть преобразователя, предназначенного для длительной работы. При пуске электрической машины без последующей длительной работы относительно небольшая тепловая перегрузка в течение краткого промежутка времени пуска в большинстве случаев допускается. При длительной работе в 6-пульсном режиме ТПЧ и 100%-ной нагрузке машины наличие высших гармоник недопустимо из-за перегрева машины (допустимо иметь нагрузку машины не более 80% от номинальной). Для преодоления этого недостатка следует несколько изменить силовую схему преобразователя. В этом случае инверторная часть ведомого инвертора ТПЧ должна быть выполнена в виде двух последовательно соединенных преобразовательных мостов с выходом каждого моста по переменному напряжению на одну из двух вторичных обмоток выходного трехобмоточного (для данного случая) трансформатора. Эти обмотки должны иметь одинаковое напряжение и схемы соединения: «звезда» и «треугольник». К третьей обмотке подключается обслуживаемая машина. Подобным же образом преобразуется выпрямительная часть ведомого инвертора, если воздействие высших гармоник от 6 –пульсной схемы оказывается недопустимым для питающей сети. На входе преобразователя включается трехобмоточный трансформатор, к первичной обмотке которого подключается напряжение питающей сети. Две вторичные обмотки выполняются схемами соединения «звезда» и «треугольник», причем к каждой из них подключается один из двух выпрямительных мостов, соединенных между собой последовательно по выпрямленному напряжению. Описанные двухмостовые схемы называются 12-пульсными. В этих схемах имеет место взаимная компенсация наиболее мощных высших гармонических составляющих переменного тока и, как правило, снимаются ограничения по использованию ТПУ-ТПЧ для пуска и регулирования скорости синхронной электрической машины. Естественно, преобразователь, выполненный по 12-пульсной схеме, несколько дороже преобразователя, выполненного по 6-пульсной схеме.

   Для асинхронных электрических машин мягкий пуск путем плавного изменения частоты питающего напряжения также осуществим, однако ведомый инвертор на тиристорных силовых вентилях здесь применен быть не может. Для этих машин с целью регулирования частоты питающего напряжения может быть использован только автономный инвертор, построенный на полностью управляемых силовых вентильных приборах. Такой инвертор может обеспечить такой же «мягкий» пуск, как и ведомый инвертор, и широко применяется для пуска и особенно для регулирования скорости вращения низковольтных двигателей (например, серийно выпускаемый преобразователь SILCOVERT), однако для высоковольтных двигателей применяется реже из-за относительно высокой стоимости полностью управляемых приборов, на которых построена его силовая схема. Для высоковольтных электрических машин указанного типа чаще применяется пусковое устройство, выполняемое на тиристорных силовых приборах и называемое ТРН – тиристорный регулятор напряжения. Это устройство обеспечивает во время пуска плавное изменение величины питающего напряжения при неизменной (промышленной) частоте, что позволяет производить пуск асинхронного двигателя в более мягком режиме, чем при прямом пуске, и является относительно недорогим изделием.  Пусковой ток может быть ограничен величиной (2 - 3)·I_н (I_н – номинальный ток статора двигателя), время разгона увеличено по сравнению со временем прямого пуска, что снижает механическую нагрузку на подшипники ротора и другие детали машины, и в известных пределах регулируется оператором.

   Для заказа пускового устройства того или другого типа разработчик должен иметь определенный набор сведений, которые позволят ему выполнить заказываемое изделие достаточно надежным при минимальных затратах. Эти сведения, как правило, запрашиваются разработчиком у заказчика в виде опросного листа, так как заказчик часто не в полной мере представляет, какие сведения являются существенными для разработки преобразователя, какие нет.

В раздел Для клиентов   На главную