Регулювання швидкості напругою живлення

 

Плавне регулювання швидкості асинхронних двигунів з коротко-замкненим ротором здійснюють зміною напруги живлення або час-тоти.

Для регулювання напруги використовують тиристорні регулято-ри напруги (ТРН) з системою імпульсно-фазового керування. Зміна напруги на статорі зумовлює зміну електромагнітного моменту і, як наслідок, кутової швидкості двигуна. В розімкненій системі керува-ння можливість такого керування обмежена малим діапазоном регу-лювання, бо критичне ковзання при зменшенні напруги зали-шається сталим (рис.5.4), а електромагнітний момент зменшується пропорційно , де – діюче значення першої гармо-ніки фазної напруги .

Розширити діапазон регулювання швидкості можна в замкненій системі керування, використавши, наприклад, зворотні зв’язки за швидкістю, напругою чи струмом.

Основним недоліком такого способу регулювання є те, що регу-льована напруга і струм є несинусоїдні. Середнє значення електро-магнітного моменту залежить від перших гармонік напруги і стру-му. Вищі гармоніки струму створюють пульсуючі моменти і спри-чиняють додаткове нагрівання двигуна. Крім того, при зменшенні напруги і сталому навантаженні збільшується ковзання, що зумов-лює додаткові втрати в колі ротора, котрі чисельно рівні

 

. (11.1)

 

Це призводить до зменшення ККД привода і зростання темпера-тури нагрівання двигуна. Щоб запобігти надмірному нагріванню, потрібно обмежити час роботи на низьких швидкостях або вибира-ти двигун з надлишковою номінальною потужністю.

Низькі техніко-економічні показники регулювання швидкості на-пругою живлення є основною причиною того, що цей спосіб регу-лювання нині використовується рідко і тільки для регулювання швидкості у невеликому діапазоні (до ) виробничих механіз-мів з вентиляторною характеристикою.

Можливість регулювання напруги за допомогою ТРН успішно використовується у пристроях плавного пуску асинхронних двигу-нів.

 

Плавний пуск асинхронних двигунів зміною напруги

Живлення

 

При прямому пуску асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором середньої та великої потужності виникає проблема обме-ження пускового струму, який більший за номінальний у 6...8 разів. Пусковий струм зумовлює значний спад напруги у мережі живлен-ня, що може перевищити допустиме значення. Крім того, при пря-мому пуску виникають різкі коливання електромагнітного моменту, що спричиняє великі динамічні зусилля в кінематиці виробничого механізму.

Частково цю проблему вирішували обмеженням пускового стру-му шляхом включення в коло статора на час пуску додаткових активного чи реактивного опорів, зміною напруги автотрансформа-тором тощо. При цьому вдається обмежити пусковий струм, але не можна забезпечити необхідну плавність пуску.

 

 

Рис.11.1. Структурна схема пристрою плавного пуску

 

Використовуючи тиристорний регулятор напруги, можна плавно змінювати напругу під час пуску, що призведе до плавної зміни та обмеження пускового струму та моменту. Плавне зростання напру-ги одержують за допомогою задавача інтенсивності на вході СІФК, а обмеження струму – контуром регулювання струму (рис.11.1).

Блок керування БК містить мікропроцесор, який керує прист-роєм плавного пуску. Для обмеження пускового струму на необхід-ному рівні використовується затриманий зворотний зв'язок за допо-могою давачів струму ДС1, ДС2, ДС3 та випрямляча В.

Для забезпечення плавних пуску і гальмування мікропроцесор реалізує функцію задавача інтенсивності, який задає необхідну швидкість наростання (при пуску) і спадання (при гальмуванні) на-пруги на обмотці статора. При цьому мікропроцесор контролює струм і, при досягненні ним встановленої величини, вмикає контур обмеження струмом, який підтримує його сталим.

Для механізмів з великим початковим моментом в пристрої пла-вного пуску передбачена функція бустера, яка полягає у тому, що на короткий час, який складає кілька періодів кривої напруги, на обмотку статора подається повна напруга живлення, яка спричиняє відповідне збільшення струму і механізм зрушується з місця. Потім напруга зменшується і процес пуску продовжується з темпом, який задається задавачем інтенсивності.

Криві напруги , струму та швидкості при пуску двигуна без бустера і бустером у блоці керування зображені на рис.11.2,а і рис.11.2б.

Пристрої плавного пуску мають діалогову панель з екраном, яка дозволяє налагоджувати пристрій під конкретний виробничий меха-нізм і проводити моніторинг стану пристрою та двигуна.

	а		б

 

Рис.11.2. Криві напруги , струму і швидкості при пуску асинхронного двигуна з пристроями плавного пуску

Основним недоліком наведених пристроїв є неможливість сфор-мувати лінійний закон зростання швидкості. Цей недолік усунений у пристрої фірми Schneider-Electrik Altistart 46, в якому використо-вується замкнена система автоматичного регулювання моменту (рис.11.3).

 

 

Рис.11.3. Функціональна схема розрахунку моменту двигуна мікропроцесором

 

Наведена система керування діє під час пуску і гальмування, формуючи у часі відповідний закон зміни моменту двигуна. Біжуче значення моменту визначає мікропроцесор розрахунковим шляхом на основі балансу потужностей. Вихідними даними для розрахунків є номінальна потужність двигуна , синхронна швидкість , напруга живлення , струм статора , кут керування і кут , який показує зміщення в часі переходу стру-му статора через нульові значе-ння (рис.11.4). Кути керування і можна надійно визначати вимірювальними пристроями, що дозволяють розраховувати кут

. (11.2)

 

Обчисливши , мікропроцесор послідовного розраховує такі параметри:

Ø активну потужність двигуна

 

; (11.3)

 

Ø електромагнітну потужність

 

; (11.4)

 

Ø електромагнітний момент

 

; (11.5)

 

Ø момент холостого ходу через номінальні значення електро-магнітного та номінального моментів:

 

; (11.6)

 

Ø момент на валу

 

. (11.7)

 

Обчисливши таким способом біжуче значення моменту, його використовують в якості сигналу зворотного зв’язку за моментом, який поступає на вхід регулятора моменту. На інший вхід подається сигнал завдання (рис.11.3).

Наведена система автоматичного регулювання моменту під час пуску і гальмування формує такий закон зміни моменту, щоб при відомій залежності моменту опору забезпечити ліній-ний закон зміни швидкості.

Пристрій Altistart 46 має діалогову панель для введення розра-хункових даних про двигун та характер навантаження і дозволяє моніторити параметри процесу пуску і гальмування.