Реакторные устройства плавного пуска серии SYN-START

Введение

При запуске электродвигателю необходимо преодолеть момент нагрузки на валу, для чего требуется большое энергопотребление. С этим связана первая проблема — просадки напряжения. Кроме того, резкий рывок в момент пуска, связанный с большим моментом, может повредить механические части привода.

Еще одна проблема, возникающая при запуске, — большие пусковые токи. Протекая по обмотке электродвигателя, они выделяют большое количество тепла, при этом изоляция обмотки может прийти в негодность, что вызовет межвитковое замыкание и выход двигателя из строя.

Рис. 1. Устройство плавного пуска серии SYN-START (внешний вид шкафа)

Чтобы избавиться от перечисленных негативных явлений, при запуске используют устройство плавного пуска (УПП), которое позволяет уменьшить пусковые токи, а следовательно, снизить просадки напряжения и нагрев обмотки. Снижение пускового тока приводит к уменьшению пускового момента. Следовательно, смягчаются удары в момент пуска, что сохраняет механические детали привода. Пуск осуществляется с плавным ускорением, без рывков, за достаточно короткое время 50–120 с (рис. 5), что позволяет избежать перегрева обмоточной части электродвигателя. При разработке графика пусков следует учитывать, что в случае увеличения времени разгона ударная нагрузка больше приходится на активные части электродвигателя, в частности на ротор, обмотка которого разогревается от +250 до +300 °C, что в итоге может привести к выходу из строя электродвигателя.

Следует, впрочем, отметить, что в УПП применяются сложные статические преобразователи и регуляторы, а это ведет к таким существенным недостаткам конечной продукции, как сниженная надежность, значительные габариты, высокая стоимость устройств.

Данных недостатков лишены реакторные устройства плавного пуска. Они содержат реакторы, включенные в фазные провода, контактный аппарат, контакты которого включены параллельно реакторам, и устройство управления контактным аппаратом, замыкающее контакты, когда ток достигает номинального значения. Именно устройства с подобным принципом работы обеспечивают качественный процесс плавного пуска с необходимым ограничением тока для электродвигателей механизмов, запускающихся вхолостую при небольших нагрузках, и электродвигателей турбомеханизмов (насосов, вентиляторов, компрессоров), составляющих бóльшую часть электродвигателей, которым необходимы УПП.

В предыдущем номере журнала мы писали о преобразователях частоты 6–10 кВ серии SYN-OX, разработанных совместными усилиями специалистов группы компаний «РУСЭЛТ» и немецкой фирмы SYNTRONIC. На этот раз результатом тесных партнерских отношений стала разработка и освоение выпуска реакторных устройств плавного пуска серии SYN-START на напряжение 6–10 кВ, позволяющих при меньших габаритах, материалоемкости и стоимости достичь максимально эффективного энергосбережения, а также исключить процесс высоковольтной сборки при изготовлении.

Устройство плавного пуска серии SYN-START

УПП SYN-START (рис. 1) с магнитно-регулируемым реактором является современным устройством плавного пуска асинхронных электродвигателей, которое использует принцип насыщенного реактора. Напряжение и ток на обеих сторонах реактора плавно изменяются. Реактивное сопротивление реактора через возбуждение постоянного тока также плавно меняется. В итоге происходит плавный пуск электродвигателя без перегрузок и перенапряжений в сети.

В состав ячейки ввода входят (рис. 2):

• QS1, QS2 — микропереключатель;
• Y1, Y2 — блок-замок;
• TTA, TTC — трансформатор тока;
• TCH — трансформатор питания;
• FU — предохранитель.

Рис. 2. Принципиальная схема устройства плавного пуска серии SYN-START — регулируемого реактора с ячейками ввода и байпаса

В составе ячейки байпаса — контакторы B1, B2; микропереключатель QS3; блок-замок Y3.

Состав УПП:

• QF — выключатель;
• TA — трансформатор;
• КМ — контактор;
• RR — регулируемый реактор;
• KN — контроллер управления;
• BT — блок тиристоров;
• LCD — цветной сенсорный дисплей.

В УПП для плавного торможения опционально может быть включен блок торможения с компенсатором реактивной мощности (КРМ), выполненный по схеме, приведенной на рис. 3. При отключении питания электродвигателя его магнитное поле затухнет только через небольшой промежуток времени. Если в этот момент подключить к статорной обмотке двигателя компенсатор реактивной мощности, то энергия магнитного поля будет переходить сначала в заряд конденсаторов, а затем снова возвращаться в обмотку статора, при этом возникнет тормозной момент, который остановит двигатель. Такое торможение часто называют конденсаторным. Величина тормозного момента будет зависеть от емкости конденсаторов: чем больше емкость, тем больше момент. Конденсаторы могут быть включены постоянно, а могут отключаться во время работы двигателя с помощью контактора.

Рис. 3. Схема блока торможения электродвигателя

Компенсатор реактивной мощности, входящий в комплект УПП, позволяет:

• улучшить качество электроэнергии в сети;
• увеличить срок службы устройства¹;
• снизить затраты на энергопотребление;
• подключить дополнительную активную нагрузку без увеличения мощности силового трансформатора и без увеличения сечения питающего кабеля;
• автоматически отслеживать изменения нагрузки и компенсации реактивной мощности (рис. 4).

Рис. 4. Применение компенсации реактивной мощности

Из качественных характеристик устрой­ств отметим следующее: магнитно-контроли­руемое УПП просто в установке и эксплуатации, а его высшие гармоники относительно невелики, что положительно влияет на сети электропитания, конструкция регулируемого реактора литая, основные компоненты устройства имеют естественное охлаждение, контролируемая скорость синхронна пуску электродвигателя. Цветной сенсорный дисплей имеет полный набор функций защиты и управления.

Рис. 5. График времени пуска электродвигателя с УПП SYN-START в зависимости от кратности пускового тока (IНом)

Основные технические характеристики устройств плавного пуска и модельный ряд серии SYN-START представлены в таблицах 1, 2.

Примечание: * — стандарт; ** — по заказу; *** — другое по заказу.

Резюмируя изложенное отметим, что данное устройство плавного пуска является инновационным, высокотехнологичным решением, призванным сократить накладные, капиталь­ные и общеэксплуатационные расходы эксплуатирующей организации.

¹ Проведенные в Московском энергетическом институте под руководством д. т. н., проф. Абрамовича Б. Н.  исследования влияния качества электроэнергии на работу электрооборудования показали, что при нарушении нормативных показателей качества электроэнергии происходит сокращение срока службы устройств плавного пуска в 2–4,1 раза.