Спосіб плавного пуску електродвигуна змінного струму

1. Спосіб плавного пуску електродвигуна змінного струму, у якому електродвигун підключають до перетворювача частоти, здійснюють частотний пуск електродвигуна до заздалегідь заданого значення частоти вихідної напруги перетворювача частоти, після чого електродвигун відключають від зазначеного перетворювача частоти й підключають безпосередньо до електромережі, який відрізняється тим, що зазначене заздалегідь задане значення частоти вихідної напруги менше номінальної частоти живлення електродвигуна. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що заздалегідь задане значення частоти вихідної напру C2 2 (19) 1 3 прямих пусків для електродвигунів середньої й великої потужності мінімізується технічними умовами числом порядку 100-200 на рік. Але реальні умови експлуатації, вимоги енергозбереження (наприклад, використання насосів тільки в нічний час для оплати електроенергії за нічним тарифом) вимагають незмірно більшої маневреності й, зокрема, зняття обмежень на число пусків електродвигунів, у тому числі й самих потужних. Тому замість прямого пуску електродвигунів застосовують так званий «плавний пуск» [1], суть якого полягає в тому, що на обмотки електродвигуна від спеціального джерела подають напругу, параметри якої (середнє значення, та/або амплітуда, та/або частота, та/або фаза, та/або форма) відмінні від параметрів напруги живильної трифазної мережі, і «розкручують» електродвигун до номінальної частоти обертання, стежачи за тим, щоб струм не перевищував заздалегідь заданого значення, після чого електродвигун підключають безпосередньо до живильної трифазної мережі, а спеціальне джерело шунтують або відключають. Одним зі способів плавного пуску є так званий «частотний пуск» [2], який полягає у тому, що електродвигун спочатку живлять від перетворювача частоти, частоту вихідної напруги якого змінюють від нуля до частоти живильної мережі. При цьому після досягнення частотою на виході перетворювача частоти значення мережевої частоти, перетворювач відключають, а двигун підключають до живильної мережі. Для виключення перехідного процесу з кидком струму часто перед відключенням перетворювач частоти фазують з мережею. При частотному пуску, у порівнянні із прямим пуском, практично на порядок зменшується кількість тепла, що виділяється в обмотках електродвигуна. Однак для здійснення такого пуску необхідний перетворювач частоти з живленням від мережі і з потужністю, яка б дозволяла забезпечити протягом усього пуску момент обертання, що дорівнює сумі статичного й необхідного динамічного (що забезпечує необхідне прискорення) моментів у кожній точці перехідного процесу. Вартість необхідних у цьому випадку перетворювачів частоти практично дорівнює вартості перетворювачів частоти для регулювання частоти обертання в процесі роботи двигуна. Звичайно вона вважається непомірно великою для пристроїв плавного пуску. Хоча в деяких особливо відповідальних випадках, наприклад, для турбодвигунів газопроводів, використовують і таке рішення. В основу цього винаходу поставлене завдання створення способу частотного пуску електродвигунів змінного струму, що мав би всі переваги відомого способу і при цьому в ньому використовувався б перетворювач частоти зменшеної, в порівнянні з описаною вище, потужністю, який мав би знижену напругу і, відповідно, меншу вартість. Поставлене завдання вирішується тим, що у відомий спосіб плавного пуску електродвигуна змінного струму, у якому електродвигун підключають до перетворювача частоти, здійснюють часто 93156 4 тний пуск електродвигуна до заздалегідь заданого значення частоти вихідної напруги перетворювача частоти, після чого електродвигун відключають від зазначеного перетворювача частоти й підключають безпосередньо до електромережі, внесене вдосконалення, яке полягає у тому, що зазначене заздалегідь задане значення частоти вихідної напруги менше номінальної частоти живлення електродвигуна. Етап розгону з живленням від перетворювача частоти завершується при такій частоті обертання, коли значення пускового моменту електродвигуна по характеристиці асинхронного пуску стає достатнім для того, щоб при заданих значеннях моменту опору успішно завершити процес запуску від цієї частоти обертання до nном. при живленні від мережі. Відомо, що вартість перетворювача частоти істотно залежить від напруги на його виході, що, при тій самій потужності, залежить від його максимальної частоти. Оскільки максимальна частота використовуваного в способі, що заявляється, перетворювача частоти менше номінальної частоти живлення, напруга цього перетворювача може бути менше напруги живильної мережі, що істотно знижує технічні вимоги до перетворювача частоти й, відповідно, його вартість. Необхідна габаритна потужність такого перетворювача, який повинен працювати одиниці секунд, може бути в кілька разів менше потужності електродвигуна, що запускається. Таким чином, спосіб, що заявляється, придатний для плавного пуску як синхронних, так і асинхронних електродвигунів змінного струму, забезпечує на першій ділянці пуску - при живленні від перетворювача частоти - невисоку кратність пускового струму, можливість використання перетворювача частоти, що має знижену, у порівнянні з живильною мережею, напругу й, відповідно, невисоку вартість. Краще, щоб зазначене заздалегідь задане значення частоти вихідної напруги було менше 80% номінальної частоти живлення електродвигуна. Подальшим удосконаленням способу, що заявляється, є те, що перед безпосереднім підключенням до електромережі електродвигун підключають до електромережі через реактори на час, протягом якого частота обертання електродвигуна досягає номінального значення. Реактори обмежують пусковий струм на завершальній ділянці пуску величиною, прийнятної і для двигуна, і для живильної мережі. На відміну від звичайного реакторного пуску, коли падіння напруги на реакторі повинне становити мінімум 70% напруги живильної мережі, у способі, що заявляється, із зазначеним удосконаленням, тобто при підключенні реакторів тоді, коли, наприклад, двигун уже «розкручений» до частоти обертання менше 80% номінального значення, необхідне падіння напруги на реакторі зменшується в кілька разів, відповідно збільшується напруга, що прикладається до електродвигуна. А в міру розгону ця напруга наближається до напруги живильної мережі й наприкінці розгону практично дорівнює цій 5 напрузі, тому що відносно невеликий реактивний струм двигуна, що вийшов на номінальну частоту обертання, створює на невеликій індуктивності реактора несуттєве падіння напруги. Тому час розгону в цьому випадку збільшується, у порівнянні з часом розгону при прямому пуску, досить незначно, наприклад, на 10-20%, і, отже, кількість тепла, що виділилося в обмотках електродвигуна на цьому етапі розгону, збільшується також незначно. У підсумку, через багаторазове скорочення тепловиділення на першому етапі розгону, у цілому запуск двигуна відбувається не тільки з обмеженням до необхідних значень струму, що споживається від мережі й протікає через електродвигун, але й зі значним зменшенням нагрівання обмоток, у порівнянні з прямим пуском. В удосконаленому варіанті здійснення винаходу, з метою захисту перетворювача частоти й електродвигуна від різких кидків напруги при відключенні від перетворювача, перед відключенням перетворювача частоти з його допомогою струми через обмотки електродвигуна зменшують до нуля, тобто перетворювач частоти «замикають». При цьому електродвигун деякий, досить малий час обертається з уповільненням, що у деяких випадках потрібно враховувати при установленні заданої частоти відключення перетворювача частоти. В одному з конкретних варіантів здійснення винаходу, що заявляється, вимірюють частоту вихідної напруги перетворювача частоти й проводять перемикання електродвигуна, коли виміряне значення частоти вихідної напруги досягає зазначеного заздалегідь заданого значення. В альтернативному попередньому варіанті здійснення вимірюють частоту обертання електродвигуна й відключають його від перетворювача частоти, коли виміряне значення частоти обертання досягає величини, що відповідає зазначеному заздалегідь заданому значенню частоти вихідної напруги. І той, і інший варіанти дозволяють простим способом визначити момент перемикання електродвигуна. Далі розглядаються приклади виконання способу згідно з винаходом. На Фіг.1 показаний характер залежності обвідної струму I через електродвигун і частоти n його обертання від часу t для випадку безпосереднього підключення електродвигуна до живильної мережі після його відключення від перетворювача частоти. На Фіг.2 наведений характер залежності обвідної струму через електродвигун I і частоти його обертання n від часу t при підключенні електрод 93156 6 вигуна після його відключення від перетворювача частоти до живильної мережі через реактори. Спосіб згідно з винаходом був випробуваний для запуску навантаженого на вентилятор асинхронного електродвигуна з номінальною напругою 6,3кВ потужністю 800кВт. При цьому перетворювач частоти був виконаний на напругу 0,66кВ і живився від понижувального трансформатора, а двигун був підключений через підвищувальний трансформатор (сумарна потужність обох трансформаторів становила приблизно 10% номінальної потужності електродвигуна). Частоту перетворювача частоти змінювали від нуля до половини частоти живильної мережі (n=0,5nном.), причому так, щоб струм через електродвигун не перевищував 2Iном.. Далі струм перетворювача зменшили до нуля, електродвигун відключили від перетворювача частоти й підключили до живильної мережі безпосередньо (Фіг.1) або через реактори (Фіг.2). Як видно з Фіг.1, 2, на першій ділянці пуску, коли електродвигун живили від перетворювача частоти, струм через електродвигун підтримували на рівні 2Iном. При цьому частота обертання електродвигуна збільшувалася практично лінійно, а час розгону до n=0,5nном. склав 10с. На другій ділянці пуску, природно, мали місце короткочасний кидок струму до величини приблизно 4Іном., а потім швидке зниження струму й збільшення частоти обертання до номінальних значень. Причому, з реакторами (Фіг.2) кидок струму був менше, а час розгону до nном. більше, ніж без реакторів. Отримані характеристики пуску досить близькі до характеристик частотного пуску при живленні двигуна від перетворювача частоти, розрахованого на повну напругу електродвигуна, його номінальну частоту й потужність, близьку до потужності електродвигуна. За рахунок істотно більш низької напруги перетворювача частоти й порівняно невеликого часу роботи трансформаторів вартість використовуваного в способі пристрою в цілому, навіть при наявності реакторів і комутуючих елементів, була приблизно в 4 рази нижче вартості перетворювача частоти на повну напругу живильної мережі. Література: 1. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Т.2 Машины переменного тока. Л., Энергия, 1973. 2. Петров Л.П. Тиристорные преобразователи напряжения для асинхронного электропривода. М., Энергоатомиздат, 1986. 7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 93156 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601