Проблема прямого пуска асинхронных электроприводов и ее решение.
1. Прямой пуск асинхронного короткозамкнутого двигателя.
При реализации пуска подачей полного напряжения на статор асинхронной машины имеют место два неблагоприятных фактора, а именно: - большая кратность начального пускового тока, которая достигает (6-10) In, - колебательный затухающий характер пускового момента двигателя. Последствия действия этих факторов. Большой начальный пусковой ток вызывает значительные просадки напряжения на питающих шинах подстанции (при соизмеримой мощности трансформатора и двигателя), что нарушает работу, как других потребителей, так и самого двигателя (затягивание пуска). Большой пусковой ток вызывает также значительные термические перегрузки обмотки, следствием чего может быть ускоренное старение изоляции, ее повреждение и, как результат, межвитковое короткое замыкание. Значительные колебания момента двигателя на начальном этапе пуска, которые могут превышать 4-5 кратное значение номинального момента, создают неблагоприятные условия для работы механики ( кинематической цепи).
2. Классическое (традиционное) решение задачи.
В промышленности широко применяется автотрансформаторный пуск (для мощных двигателей) или пуск "звезда - треугольник". Такие решения позволяют ограничить величину начальных бросков пускового тока, однако не устраняют в полной мере проблему колебаний пускового момента и не решают задачу формирования требуемой для конкретного механизма пусковой характеристики (формирование кривой скорости при пуске).
3. Современные решения задачи.
Полностью устранить вышеперечисленные проблемы можно, если осуществлять плавный пуск асинхронного двигателя. Современные средства преобразовательной техники позволяют использовать два принципа управления двигателем при пуске:
- плавное нарастание напряжения при фиксированной частоте питания и формирование в определенной степени кривой скорости; для этой цели применяются т.н. плавные пускатели на базе тиристорных регуляторов напряжения типа Altistart от Шнейдер- Электрик
- частотное регулирование (изменение) скорости с применением преобразователя частоты, например, типа Altivar от того же производителя.
Оба устройства, кроме выполнения основной задачи- обеспечения плавного пуска- реализуют в полной мере и другую задачу: защита двигателя и механизма и проведения мониторинга электропривода.
Основная экономическая целесообразность применения того или иного устройства заключается в увеличении срока службы оборудования и увеличение межремонтного периода.
4. Устройство плавного пуска Altistart 48
Как сказано выше, это устройство по принципу работы является тиристорным регулятором напряжения. Таким образом для реализации плавного пуска асинхронного двигателя должна формироваться кривая нарастания напряжения, прикладываемого к обмотке статора.
Для решения этой задачи большинство производителей устройств плавного пуска применяют задатчики линейного нарастания напряжения, с возможностью задания и регулирования темпа нарастания, и/или осуществляют ограничение пускового тока двигателя на заданом уровне (2-5-ти кратное значение).
Такой подход не позволяет получить плавное и интенсивное нарастание скорости двигателя во время разгона.
Устройство Altistart 48 использует, кроме выше наведенного принципа, иной подход- регулирование пускового момента путем создания замкнутой САР момента двигателя и формирования от задатчика интенсивности требуемой кривой момента. Поэтому удается реализовать линейный характер нарастания скорости для широкого класса механизмов. В этом и состоит основное преимущество Altistart 48 перед аналогичными устройствами других производителей. Добавим, что устройство позволяет также реализовать контролируемый процесс торможения (остановки) механизма.
Основной недостаток устройств плавного пуска на основе тиристорных регуляторов напряжения - низкое значение начального пускового момента двигателя
( 0,1-1,0 Мн). Это может создать проблемы для обеспечения пуска механизмов с значительным моментом сопротивления при трогании с места.
5. Преобразователь частоты типа Altivar.
Современный преобразователь частоты выполняется со звеном постоянного тока и выходным инвертором на базе IGBT транзисторов. Он является завершенным комплектным устройством, предназначенным для создания регулируемого асинхронного электропривода и решения задач плавного пуска и торможения, регулирования момента, скорости двигателя и технологического параметра. Наряду с задачами регулирования устройство решает задачи защиты , блокировки и диагностики электропривода. Применение современных силовых модулей, микропроцессорной техники и сложного программного обеспечения делает устройство достаточно дорогостоящим продуктом. Основное преимущество Altivar перед Alristart- это высокий пусковой момент (1,5-1,8 Мн) и возможность формирования плавного нарастания и спадания скорости по наперед выбранному закону( линейное нарастание, S-. U-подобные кривые скорости).
6. Сравнительная оценка Altistart и Altivar
Основные показатели сравнительной оценки приведены в таблице.
| Показатель | Altistart | Altivar | |
| 1 | Кратность пусковоко момента, Мп/Мн | 0,1-1,0 | 1,5-1,8 |
| 2 | Ограничение тока, в долях от номинального значения | 3-5 | 1,5-2,0 |
| 3 | Формирование наперед заданого закона изменения скорости при пуске и торможении | нет | да |
| 4 | Возможность регулирования скорости | нет | да |
| 5 | Cos φ | не выше Cos φ двигателя | около 1 |
| 6 | Экономия энергии в сравнении с прямым пуском | нет | да |
| 7 | Защита двигателя и механизма | да | да |