Danfoss VLT® Soft Starter - такие приложения, как насосы, конвейеры, центрифуги и ленточные пилы, следует начинать медленно, а иногда и медленно останавливать, чтобы предотвратить механические удары, такие как водяной молоток, и деформации на лентах, муфтах и валах
Введение в Soft Starter
Асинхронный двигатель, подключенный непосредственно к источнику питания, потребляет постоянный ток намагничивания на полной скорости независимо от нагрузки. При чем-то меньшем, чем полная нагрузка, коэффициент мощности асинхронного двигателя меньше его номинального коэффициента мощности, поскольку ток, создающий крутящий момент, уменьшается по мере уменьшения нагрузки, но ток намагничивания не изменяется. Чем легче груз, тем хуже коэффициент мощности.
Двигатели, выбранные из стандартного диапазона, почти всегда выбираются с номинальной мощностью, превышающей максимальную нагрузку, в результате чего при любой установке двигатели редко работают с полной номинальной нагрузкой. Следовательно, они никогда не смогут достичь своего номинального коэффициента мощности даже при максимальной нагрузке. Более того, если нагрузка является переменной.
Снижение энергопотребления хуже. Тарифы на электрическую энергию для промышленных потребителей почти всегда несут тяжелый штраф; более высокая стоимость на единицу - для потребления при низких коэффициентах мощности. Кроме того, возросшая стоимость увеличивается, если спрос превышает максимальный предел.
Асинхронный двигатель переменного тока с постоянной нагрузкой, когда он работает без использования устройства плавного пуска, потребляет высокий пусковой ток. Как правило, более 7 раз номинальный ток полной нагрузки. «Уменьшение напряжения начинает уменьшать спрос». Этот плавный пуск использует этот принцип.
Механический удар, подаваемый на ротор или на муфты, или на любую промежуточную передачу, а нагрузка при высоком стартовом токе является наиболее серьезной, когда двигатель запускается по прямой линии. Даже пусковые устройства с пониженным напряжением, такие как стартер треугольной звезды или пускатели автоматического трансформатора, все еще налагают ударные нагрузки из-за самых токовых пиков, которые вызывают сильные переходные моменты в моменты промежуточного переключения.
Эффект таких повторных ударов заключается в уменьшении срока службы двигателя и увеличении стоимости обслуживания.
Конструкция мягкого пуска
Магнитный усилитель с компенсацией магнитного потока (FCMA) плавного пуска по существу состоит из преимущественно индуктивного импеданса последовательно с обмотками двигателя для управления током двигателя через делитель потенциалов.
Индуктивный импеданс последовательно с обмотками двигателя
Наконец, когда двигатель достиг полной скорости, а напряжение на клеммах двигателя достигло 90-96%, короткое замыкающее устройство вырезает Mag Amps из цепи двигателя, и двигатель работает в нормальных рабочих условиях.
Индуктивный импеданс последовательно с обмотками двигателя с короткозамкнутым устройством
Конструктивно магнитный усилитель с компенсацией магнитного потока является чрезвычайно прочным устройством, состоящим из магнитного сердечника и мощных обмоток большого размера. Следует подчеркнуть, что в системе нет внешнего контура управления, и изменение импеданса является естественной характеристикой системы, достигаемой с помощью подходящей конструкции и геометрии обмотки.
Это приводит к 100% -ной надежности работы.
Принцип работы
Обычно магнитные усилители были приравнены к реакторам с насыщаемым сердечником, которые работают по принципу наложения магнитных потоков в аддитивном режиме, тем самым насыщая магнитный сердечник и изменяя импеданс. Они нашли ограниченное использование в цепях переменного тока, поскольку они требуют постоянного возбуждения и генерировать большой процент гармоник в текущей форме волны из-за насыщения ядра.
Магнитный усилитель с компенсацией магнитного потока (FCMA) является антитезой реактора с насыщаемым сердечником. FCMA работает по принципу противодействия потока вместо добавления потока и, следовательно, работает всегда в линейной ненасыщенной зоне магнитной цепи. Противоположные потоковые связи накладываются на одну и ту же магнитную цепь, тем самым уменьшая общий поток и, следовательно, уменьшая импеданс.
Полная флюсовая связь = основная связь потока - противодействие потоку
NI = N1 * I1 - N2 * I2
Система предназначена для обеспечения заданного постоянного тока в обмотках двигателя в стартовой зоне. Основной поток генерируется током в обмотке двигателя, а противоположный поток генерируется счетчиком ЭДС двигателя при увеличении скорости двигателя. Таким образом, чистый поток уменьшается, позволяя постепенно увеличивать напряжение двигателя на 50% до 96% при сохранении тока в пределе префикса, что обеспечивает плавный старт. Фактически уменьшенный пусковой ток позволяет более близкую калибровку защитных реле.
Устройство плавного пуска FCMA достигает этого благодаря уникальной системе компенсированного флюсом ненасыщенного магнитного усилителя для управления током двигателя и, следовательно, крутящего момента двигателя во время ускорения.
Основные возможности Soft Starter
Это основные функции и преимущества устройства плавного пуска:
- Самый быстрый срок окупаемости
- Избегает жидкого молотка
- Простота установки
- Встроенная защита
- Предназначен для экстремальных условий эксплуатации
- Программируемые пределы тока и крутящего момента
- Программируемые ускорения и замедления
- Два предельных значения тока уставки
- Мгновенная защита
Мягкая начальная последовательность
Устройство плавного пуска обычно работает в трех разных этапах:
- Ramp
- Период ожидания
- Оптимизация энергии
Эти этапы работы показаны на рисунке ниже:
Рабочие ступени пускателя
Стадия Рампа
A. Для конфигурации с открытым контуром
С момента подачи команды пуска система сначала накладывает фиксированную задержку (от 3 до 300/500 мс) для самоконтроля, а затем вызывает наложение напряжения на клеммы двигателя для достижения момента размыкания.
Это напряжение пьедестала на рисунке ниже. Это напряжение затем линейно нарастает, обеспечивая на шаг меньше увеличение напряжения клеммы двигателя от пьедестала до максимального напряжения. В конце периода рампы напряжение на клеммах двигателя равно напряжению входного источника питания. В качестве стандарта напряжение пьедестала составляет 40% от напряжения питания. Однако это может быть изменено в соответствии с желаемыми приложениями.
Ток, потребляемый любым двигателем, ускоряющимся от положения покоя в конфигурации с разомкнутым контуром, зависит от выбранного рампы. Сократите время нарастания, увеличив пиковый пусковой ток. Зачем выбирать одно время рампы, а не другое?
Напряжение пьедестала; Верх: длинная рампа; Нижняя часть: короткая рампа
Для каждого двигателя и приводной системы нагрузки существует естественная рампа, при которой ускорение нагрузки и двигателя соответствует скорости увеличения выходного напряжения устройства плавного пуска. Выбор короткого времени приведет к увеличению скорости ускорения и начального тока; более длительное время продлит время до полной загрузки нагрузки и уменьшит пусковой ток.
Это может быть преимуществом в зависимости от конкретного приложения и, возможно, от того, что удобно для сопоставления с соответствующим технологическим оборудованием.
B. Конфигурация замкнутого контура
Эта конфигурация устройства плавного пуска используется в приложениях, где ведомая нагрузка имеет особенно высокую инерцию, иначе ее трудно запустить. Например, в среде с перемешиванием, где среда является клейкой и жесткой в начале процесса.
Время ускорения таких нагрузок склонно отставать от скорости увеличения скорости нарастания напряжения, даже если выбрано длительное время рампы. Однако при таких нагрузках может потребоваться выбрать короткое время нарастания, чтобы обеспечить достаточный пусковой момент. Короткая рампа быстро повысит напряжение, но природа нагрузки предотвратит совпадение скорости двигателя. Результатом может быть избыток текущего спроса.
Эта проблема закончилась функцией ограничения тока, которая останавливает рампу, когда текущий выход достигает предварительно выбранного предела. Затем рампа удерживается до тех пор, пока ток не упадет естественным образом. Функция ограничения тока активна только в течение периода рампы последовательности плавного пуска. Для управления замкнутым контуром требуется непрерывное измерение и подача тока, подаваемого на клеммы двигателя, с помощью CT.
Период ожидания
Период ожидания начинается, когда выходное напряжение достигает максимума, и этот период равен выбранному времени нарастания, приблизительно равному 10 секундам.
Период задержки поддерживает постоянное напряжение в максимуме, чтобы время, в течение которого двигатель и его ведомая нагрузка устанавливались в устойчивое состояние после завершения ускорения и до того, как плавный пускатель автоматически перейдет в режим оптимизации энергии.
Этап оптимизации
Этап оптимизации энергии - это нормальное рабочее состояние плавного пускателя, когда двигатель рассчитан на номинальную скорость и управляет нагрузкой при любом крутящем моменте. Этап оптимизации энергии является непрерывным после периода ожидания до тех пор, пока не будет дана команда останова.
В течение периода пилообразной система вычисляет опорное значение коэффициента мощности. Для оптимизации энергии это значение постоянно сравнивается с коэффициентом мощности работы. Из выходного сигнала компаратора система непрерывно вычисляет, корректирует и обновляет точки срабатывания триристоров, так что общая энергия, подаваемая на двигатель, соответствует требованию крутящего момента нагрузки, не теряя при этом энергии при перенапряжении двигателя. Таким образом, коэффициент мощности на клеммах питания поддерживается на максимально возможном уровне для каждого условия нагрузки.
Управление коэффициентом мощности никоим образом не умаляет возможности двигателя реагировать на нагрузку. Производительность двигателя не изменяется. Эта особенность плавного пускателя - это чисто электрическая функция, которая гарантирует, что во все времена двигатель подает требуемый крутящий момент, но ему разрешено нарисовать только точный объем намагничивающего тока, необходимый для поддержания выходной мощности крутящего момента.
Без этой функции двигатель будет набирать максимальный ток намагничивания независимо от нагрузки.
Эффект функции оптимизации энергии является совокупной экономией потребления энергии.
Функция Soft-Stop
Это уникальная особенность плавного пускателя. Его эффект заключается в предотвращении нежелательного внезапного замедления нагрузки. Он полезен в различных системах механической обработки и транспортировки, а также во многих гидравлических насосных операциях, где внезапное удаление входного сигнала привода может вызвать нежелательные последствия, такие как гидравлический молот в трубопроводах.
Плавная остановка работает, чтобы снизить напряжение на клеммах двигателя до 40% от максимального, и в это время тиристоры отключены. Двигатель и нагрузка остановится.
Сравнение: плавный пускатель и автоматический трансформатор
A. Операционные различия
| Мягкий пускатель | Автотранспортный стартер |
| Легкий запуск с помощью кнопки. | Аналогичный метод запуска. |
| Двигатель запускается без каких-либо рывков, т.е. плавно и постепенно поднимается до синхронной скорости. Таким образом, срок службы двигателя значительно увеличивается, а проблемы технического обслуживания резко сокращаются. | Мотор подвергается тяжелым рывкам во время пуска и немного позже из-за внезапного броска тока. Это вызывает серьезные повреждения обмотки двигателя, которые в конечном итоге сгорают. |
| Клапан со стороны подачи не должен работать при включении или выключении двигателя. | Это обязательно в обоих случаях, т.е. ON или OFF. |
| Мягкий пуск и мягкая остановка предотвращают обратную тягу на NRV или линию трубопровода, которая, таким образом, защищена от заднего усилия при выключении. | Такая защита не предусмотрена, и поэтому правильная работа клапанов абсолютно необходима. |
| Отсутствие электрических движущихся контактов и отсутствие масла, следовательно, не вызывает искрения и опасностей. | Схема состоит из нескольких движущихся частей, и поэтому искрение неизбежно. |
| Нет ограничений на количество запусков и количество остановок в час. | Ограничено Количество запусков и остановок в час из-за нагревания обмоток двигателя. |
| Время ускорения для ускорения двигателя от остальной части до номинальной полной скорости может регулироваться от 2 секунд до 90 секунд. Это облегчит выбор подходящих временного интервала для удовлетворения требуемых требований нагрузки / крутящего момента. | Такой механизм недоступен с использованием обычных таймеров, используемых в этом методе запуска. |
| В потоке (пусковом) токе, ограниченном до 200% от номинального тока полной нагрузки (FLC). | Пусковой ток ограничивается максимум 400% FLC. |
B. Защита
| Мягкий пускатель | Автотранспортный стартер |
| Доступны фазовое переключение, однофазная перегрузка, перегрузка, напряжение и короткое замыкание. | Защита от изменения фазы и короткого замыкания недоступна. |
| Имеется ограничение по току, которое ограничивает ток, потребляемый двигателем, плюс нагрузку до желаемого безопасного значения. | Этот объект недоступен. |
C. Экономика
| Мягкий пускатель | Автотранспортный стартер |
| Приблизительно Rs. 15000 / - до рупий. 50000 / - в год, за каждое оборудование сохраняется благодаря энергосбережению. Точное количество энергии зависит от условий нагрузки. | Энергосбережение не достигнуто. |
| Используя это, коэффициент мощности может быть улучшен на 0, 05, что будет стоить дальнейшую экономию, а также избежать штрафов KEB. | Предоставление для улучшения коэффициента мощности не доступно. |
|
Сокращение расходов на техническое обслуживание за счет: - Нет необходимости в трансформаторном масле. - Отсутствуют движущиеся детали (например, контакторы, реле и т. Д.). - Двигатель полностью защищен и, следовательно, не требует перемотки. |
Этот метод запуска относится ко всем этим проблемам, возникающим очень часто и, следовательно, требует огромных затрат на техническое обслуживание. |
| Минимальное время простоя. | Время слишком большое. |
Преимущества плавного пуска
Устройства плавного пуска используются на двигателях с высоким напряжением для следующих преимуществ:
- Плавный запуск с помощью управления крутящим моментом для постепенного ускорения системы привода, что предотвращает рывки и продлевает срок службы механических компонентов.
- Уменьшение пускового тока для достижения отрыва и удержание тока во время ускорения, чтобы предотвратить механическое, электрическое, тепловое ослабление электрического оборудования, такого как двигатели, кабели, трансформаторы и коммутатор.
- Повышение стартовой нагрузки двигателя за счет снижения повышения температуры обмоток статора и трансформатора питания.
- Микропроцессорная версия устройства плавного пуска имеет полный контроль со стороны мягкой посуды, которая экономит энергию, что может быть нагрузка. Из-за тенденции превышать номинальную мощность двигателя, эта функция имеет преимущества для большинства установок - не только те, где нагрузка варьируется.
- Улучшение коэффициента мощности - это самоконтроль встроенной функции. Когда двигатель работает с меньшей нагрузкой, сравнительная реактивная составляющая тока, потребляемого двигателем, излишне высока из-за намагничивания и связанных потерь. Следовательно, потери, зависящие от напряжения, минимизируются с помощью компонента пропорционального активного тока нагрузки, и в результате коэффициент мощности также улучшается одновременно.
Области применения мягкого стартера
Это основные применения плавного пускателя:
- Сталелитейная промышленность (прокатные и технологические линии)
- Цементная промышленность
- Сахарные заводы
- Бумага и целлюлоза
- Резина и пластмасса
- Текстильная промышленность
- Применения станков
- Энергетический сектор
- Схема водоснабжения
-
И различные приложения для управления технологическими процессами
,
Вывод
Начальная производительность асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с использованием плавных пускателей обеспечивает ценную экономию электрической энергии. Оптимальные преимущества достигаются, когда моторная нагрузка включает частые циклы запуска или остановки, но все же, вероятно, будет стоить в системах, которые находятся в непрерывной работе.
Слово « плавный стартер » почти стало синонимом обычных стартеров.
Ссылка: Значение плавного пуска в промышленных применениях Н. Махеш и П. Вишну (Институт технологии и исследования Авроры)