CC BY
50
© В. Г. Каширских, С. С. Переверзев, 2005
УДК 62-83-52: 62-573
В.Г. Каширских, С. С. Переверзев
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПЛАВНОГО ПУСКА АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ГОРНЫХ МАШИН
Семинар № 17
Функциональная надежность горных машин во многом определяется режимами работы их электроприводов. Для нерегулируемых асинхронных электроприводов одним из наиболее значимых в этом смысле является режим пуска прямым подключением асинхронного электродвигателя (АД) с короткозамкнутым ротором к сети. При этом пиковые броски пусковых токов приводят к ускоренному износу изоляции обмоток АД, просадке напряжения в сети и возникновению переходных знакопеременных электромагнитных моментов, которые вызывают удары и деформации в элементах трансмиссии с интенсивным их износом и поломками, в результате чего снижается надежность и ресурс горных машин.
Задача снижения динамических нагрузок в асинхронном электроприводе может быть решена путем формирования пусковой динамической характеристики, которая в наибольшей степени будет приближена к статической характеристике, то есть ограничением или полным подавлением знакопеременных электромагнитных моментов.
Одним из направлений реализации безударного пуска является применение специальных полупроводниковых устройств - устройств плавного пуска (УПП), предназначенных для организации определенного рода воздействий на систему приложенных к АД напряжений, при неизменной частоте сети. К числу таких воздействий можно отнести ограничение скорости нарастания приложенного к статору
напряжения и подачу напряжения по определенному алгоритму [1, 2].
Для этих целей на предприятиях угольной отрасли применяют импортные и отечественные устройства, в подавляющем большинстве случаев представляющие собой тиристорный регулятор напряжения (ТРИ), который изменяет действующее значение напряжения посредством фазово-импульсного управления
встречно-параллельно включенными тиристорами в каждой фазе регулятора при симметричном управлении углом открывания и с естественной коммутацией тиристоров.
К недостаткам ТРИ можно отнести следующее. При использовании однооперационных тиристоров изменение напряжения от нулевого до номинального значения можно обеспечить только в течение нескольких периодов сетевого напряжения, что снижает быстродействие привода. Помимо этого, при регулировании напряжения в процессе пуска форма напряжения с увеличением угла управления искажается, что приводит к появлению в спектральном составе тока высокочастотных составляющих, вызывающих дополнительные потери в обмотках и уменьшающих электромагнитный момент электро-двигателя.
К тому же подобные устройства имеют низкий коэффициент мощности при регулировании напряжения из-за увеличения фазового сдвига по основной гармонике тока и уменьшения коэффициента искажения ки (отношение действующего зна-
чения первой гармоники напряжения к полному действующему значению напряжения напряжению). Но основным недостатком применения ТРИ для пуска АД являются большие потери, приводящие к перегреву электродвигателя при затяжном пуске.
УПП с силовой схемой ТРИ, но с измененной системой управления, могут обеспечить безударный пуск пофазной подачей напряжения [1], при котором вначале подключаются две фазы статора в максимуме их линейного напряжения, а затем третья фаза - при максимуме ее фазного напряжения.
Применение в силовой схеме полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов позволяет осуществлять квазиоптимальный пуск [2]. Суть этого способа пуска состоит в следующем: первоначально на статорные обмотки двигателя подают напряжение с амплитудой, равной амплитуде напряжения сети, а затем последовательно во времени, через определенный промежуток времени от начала подачи напряжения, равный п/3 эл. град. (при частоте сети 50 Гц - 0,0033 с), электродвигатель отключают от питающей сети и переводят в режим динамического (магнитного) торможения на такое же время, после чего на обмотки статора вновь подают напряжение с амплитудой равной амплитуде напряжения сети.
На рис. 1 представлены графики пере-
ходных электромагнитных моментов, полученные в результате компьютерного моделирования прямого и управляемых пусков асинхронного электродвигателя мощностью 250 кВт.
Для практической проверки рассмотренных способов пуска на кафедре электропривода и автоматизации КузГТУ было разработано УПП (рис. 2), силовая часть (СЧ) которого выполнена на полностью управляемых ключах переменного напряжения, состоящих из двух встречно включенных силовых транзисторов, за-шунтированных обратными диодами.
Управление ключами силовой части осуществляется от микропроцессорной системы управления (МСУ) через формирователь импульсов управления (ФИУ), в котором управляющий сигнал усиливается по мощности, а также осуществляется гальваническая развязка слаботочной и силовой части УПП. Для защиты от токов короткого замыкания, перегрузок по току, обрыва фаз двигателя УПП имеет систему защиты (СЗ), которая в зависимости от сигналов, поступающих с датчиков тока, выдает сигнал МСУ на отключение двигателя (М1) от питающей сети. Характер произошедшей аварийной ситуации, о также меню выбора режима работы УПП (закон управления пуском, уставки срабатывания защиты, настройка
параметров пуска, и т.д.) выводится на
(г с
устройство отображения информации (УОИ). Управление УПП может осуществляться как с пульта управления (ПУ),
Рис. 1. Переходные моменты при прямом пуске (1), при пофазной подаче напряжения (2), при квази-оптимальном пуске (3), при пуске ограничением скорости нарастания приложенного напряжения с помощью широтно-имульс-ного
регулирования (4)
Рис. 2. Функциональная схема
транзисторного устройства плавного пуска
Рис. 3. Частота вращения ротора (1) и ускорение (2) при управляемом пуске с помощью широтно-имульсного регулирования напряжения
Рис. 4. Экспериментально снятые зависимости ускорения при прямом пуске (1), при пофазной подаче напряжения (2), при квазиоп-тималъном пуске (3)
так и от компьютера.
К достоинствам данного УПП можно отнести возможность регулирования выходного напряжения всеми способами, характерными для тиристорных устройств, а также осуществление широтноимпульсного регулирования с к>2 (к = wм/w , где wм - угловая частота мо-
дуляции, '-час-тота питающей сети). Кроме того, транзисторные УПП имеют более высокие по сравнению с тиристорными энергетические показатели и позволяют реализовывать заданные алгоритмы управления пуском без привязки к моменту перехода напряжения сети через ноль.
На рис. 3 представлены экспериментально снятые зависимости изменения во времени ускорения и частоты вращения ротора при пуске асинхронного электродвигателя 4АМ80А4СУ мощностью 1,1 кВт с дополнительной массой, упруго связанной с валом. Данные зависимости сняты в ходе испытаний транзисторного УПП при различных законах управления напряжением (рис. 4).
Таким образом, управляемый пуск приводит к уменьшению динамической составляющей момента АД, а сравнительный анализ способов пуска на основании литературных источников и результатов проведенных исследований позволяет сделать вывод о том, что из рассмотренных способов для асинхронного электропривода горных машин наиболее предпочтительны пофазный и квазиоптимальный способы пуска. Причем для маломощных электроприводов,
1. Петров Л.П. Управление пуском и
торможением асинхронных двигателей. -М.:
Энергоиздат, 1981. - 184 с.
2. Патент РФ № 2235410 МПК Н 02 Р 1/26. Способ пуска асинхронного электродвигате-
особенно работающих с небольшой нагрузкой, лучшие показатели имеет пофазный пуск, однако с увеличением мощности АД квазиоптимальный способ пуска становится более выгодным.
Описанное выше транзисторное УПП позволяет управлять пуском АД мощностью до 20 кВт и в настоящее время нами изготавливается УПП для АД на 250 кВт с последующей проверкой эффективности пуска в производственных условиях.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ля / Е.К. Ещин, И.А. Соколов, В.Л. Иванов, В.Г. Каширских, Заявл. 04.01.03, № 2003100098. Опубл. 27.08.04. Бюл. №24.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------
Каширских В.Г. - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой, Переверзев С. С. - аспирант,
Кузбасский государственный технический университет.
------------------------------------------------------------------- НОВИНКИ
ИЗДАТЕЛЬСТВА МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
Петросов А.А., Фефелов А.В. Экономика и организация разработки россыпных месторождений золота артелями старателей: Учебное пособие для вузов. — 344 с.: ил.
ISBN 5-7418-0316-4 (в пер.)
Рассмотрена минерально-сырьевая база россыпных месторождений золота. Приведены организационно-технологические схемы их разработки. Описаны организация управления артелью, оплаты труда, режимы ее работы. Дано экономическое обоснование эффективности разработки россыпных месторождений золота артелями старателей Иркутской области. Описано воздействие старательской добычи золота на окружающую природную среду.
Для инженерно-технических работников золотодобывающей промышленности.
УДК 658:622.342
-------Ф
^--------
