"Новости Электротехники №4(34)"Из-под удара двигатель выводится устройством УБПВД

< Предыдущая ] [ Следующая >

Журнал №4(34) 2005

ИЗ-ПОД УДАРА ДВИГАТЕЛЬ ВЫВОДИТСЯ УСТРОЙСТВОМ УБПВД

Маркс Альтшуллер, к.т.н., зав. отделом электропривода
Михаил Шамис, к.т.н., генеральный директор
Арнольд Матисон, инженер, ОАО «ВНИИР», г. Чебоксары

Прямой пуск высоковольтного электродвигателя сопровождается 6–8-кратным броском пускового тока, создающего ударный электромагнитный момент. Ударные нагрузки приводят к поломкам редукторов, разрушению и пробою изоляции обмоток статора электродвигателей, перегоранию межкатушечных соединений, обгоранию выводных концов и другим неполадкам. В результате нарушается ритмичность производства, снижается выпуск продукции, предприятия несут большие расходы на ремонт электродвигателей и механического оборудования.

Переходные процессы в синхронных электродвигателях в режимах асинхронного пуска и в асинхронных электродвигателях в случае их прямого включения в сеть при скорости, равной нулю, или при вращающемся роторе хорошо изучены. Известно, что механизмы небольшой мощности имеют достаточный запас прочности, чтобы выдержать пусковые удары, а мощные механизмы, такие как крупные насосные и компрессорные агрегаты, в этих случаях могут выйти из строя.
На рис. 1 приведены осциллограммы прямого пуска асинхронного короткозамкнутого электродвигателя 5000 кВт, 6 кВ, входящего в состав насосного агрегата. Как видно, продолжительность пуска – 2,5 с при токе 6 I_ном, а знакопеременная свободная составляющая пускового момента в начале переходного процесса достигает величины 4,0–4,1 М_ном.
Еще более неблагоприятны для электродвигателей длительные пусковые режимы (более 8–10 с). Обмотки, испытывающие мощное электродинамическое воздействие, интенсивно нагреваются пусковыми токами. При этом выделяющееся тепло, не успевая рассеяться в металле статора или ротора, вызывает резкое повышение температуры обмотки, что приводит к снижению уровня изоляции и авариям. По данным изготовителей, каждый прямой пуск, в зависимости от его мощности и продолжительности, сокращает срок между капитальными ремонтами высоковольтных электродвигателей на 50–200 часов. Кроме того, большие просадки напряжения при бросках пускового тока нарушают нормальную работу других потребителей той же питающей сети, особенно в условиях ее ограниченной мощности.
Поэтому, для того чтобы избежать повреждения механизмов при прямом включении электродвигателей в сеть, агрегаты с приводными высоковольтными электродвигателями останавливают крайне редко, что ведет к большим потерям электроэнергии.
Исключить ударные пусковые нагрузки, а следовательно, повысить надежность работы и снять ограничения на количество пусков и остановов агрегатов с приводными высоковольтными электродвигателями позволяют устройства безударного пуска высоковольтных электродвигателей (УБПВД).
На российских предприятиях внедрены уже более 45 систем плавного пуска, разработанных и изготовленных ОАО «ВНИИР». Опыт эксплуатации этих систем подтверждает эффективность принятых инженерных решений.

Преимущества УБПВД ОАО «ВНИИР»:

использование апробированных технических решений, которые основаны на большом опыте работы с тиристорными агрегатами;
учет российской специфики и запросов заказчика по всем аспектам поставки и компоновки изделия;
повышенное удобство обслуживания, так как тиристоры расположены в выкатных силовых высоковольтных блоках;
проведение испытаний и наладки каждого изготовленного устройства совместно с высоковольтными синхронными и асинхронными электродвигателями на испытательной базе института, что значительно снижает необходимое время для пусконаладочных работ и повышает надежность устройств;
применение высоковольтных импортных тиристоров с высокими техническими характеристиками;
соответствующий современным требованиям дизайн устройств.

На рис. 2 приведены осциллограммы безударного пуска магистрального насосного агрегата с электродвигателем 5000 кВт, 6 кВ. Время пуска – 10–12 с при плавно нарастающем пусковом токе до 2–2,5 Iном. Сравнение осциллограмм прямого (рис.1) и безударного (рис.2) пусков показывает, что при безударном пуске момент электродвигателя плавно нарастает без смены знака, что не вызывает вибраций и ударных нагрузок в агрегате. Уменьшение пускового тока в 2–2,5 раза уменьшает выделение тепла в обмотках двигателя, а за увеличившееся время пуска часть выделившегося тепла успевает рассеяться в железе статора.

РИС. 1
Осциллограммы прямого пуска асинхронного короткозамкнутого электродвигателя 5000 кВт, 6 кВ насосного агрегата.
n/nб, М/Мб, Мс/Мб, I/Iб – относительные величины, соответственно, скорости, момента, момента нагрузки и тока.

РИС. 2
Осциллограммы плавного пуска асинхронного короткозамкнутого электродвигателя 5000 кВт, 6 кВ насосного агрегата.
n/nб, М/Мб, Мс/Мб, I/Iб – относительные величины, соответственно, скорости, момента, момента нагрузки и тока.

УбПВД-компакт

УбПВД-в- УНИВЕРСАЛ

ОАО «ВНИИР» mail@vniir.ru, www.vniir.ru
428024, Республика Чувашия,
г. Чебоксары, пр. И. Яковлева, 4
Технические вопросы
Т./ф.: (8352) 39-00-37
Отдел маркетинга и продаж
Тел.: (8352) 39-00-12,
39-00-14, 39-00-13
Факс: (8352) 39-00-11

Устройства безударного плавного пуска серии УБПВД ОАО «ВНИИР»
Устройства безударного плавного пуска серии УБПВД ОАО «ВНИИР» созданы на базе высоковольтных тиристоров на токи 350–2600 А и микроконтроллерных систем управления.
УБПВД выпускаются в двух исполнениях, выбор которых зависит от нагрузочной характеристики приводимого механизма:

УБПВД-В – для пуска асинхронных и синхронных электродвигателей механизмов с вентиляторной характеристикой нагрузочного момента (центробежные насосы, компрессоры, вентиляторы);
УБПВД-С – для пуска синхронных электродвигателей крупных механизмов с большими статическими нагрузками и инерционными массами (мельницы, вентиляторные установки, эксгаустеры). Устройство УБПВД-С обеспечивает частотный пуск электродвигателя до синхронной скорости с заданными параметрами времени пуска и 1–1,5-кратным от номинального тока электродвигателя токоограничением, синхронизацию с сетью и включение электродвигателя непосредственно в сеть.

Компактный вариант УБПВД
Компактный вариант УБПВД и дистанционно управляемые разъединители разработаны ОАО «ВНИИР» для уменьшения площади, занимаемой системой безударного пуска, что особенно важно при модернизации. Разъединитель с габаритами 406х748х360 мм заменяет ячейку КСО размерами 750х2200х1100 мм с вакуумным контактором и двумя разъединителями. Предлагаемое решение позволяет сократить стоимость коммутационной пусковой аппаратуры и площадь для ее размещения.

Система плавного пуска
Система поочередного плавного пуска нескольких электродвигателей, подключенных к одной или нескольким секциям шин, от одного устройства УБПВД снижает затраты на обеспечение безударного пуска. Так, при запуске четырех электродвигателей с использованием такой системы затраты на плавный пуск сокращаются почти в 3 раза.
На рис. 3 приведен вариант системы: от одного устройства УБПВД-В осуществляется пуск четырех электродвигателей, подключенных к двум секциям шин. Система позволяет производить как прямой, так и поочередный плавный пуск любого выбранного электродвигателя под управлением контроллера по командам с пульта управления и местного поста управления агрегатами.
Контроллер по заранее заданной программе обеспечивает требуемый закон нарастания тока и разгона электродвигателя, нужную последовательность включения и выключения элементов системы, участвующих в пуске, действие соответствующих защит и блокировок. На мнемосхеме системы, расположенной на пульте управления, отражается текущее состояние высоковольтных выключателей и электродвигателей, а на дисплее – рекомендации для персонала, осуществляющего пуск.
По завершении разгона в асинхронном режиме рабочий выключатель шунтирует УБПВД, электродвигатель подключается непосредственно к сети, и система готова к следующему пуску. При пуске синхронного электродвигателя, после достижения подсинхронной скорости, электронный блок возбудителя (он контролирует частоту тока, наводимого в роторе) подает команду на включение возбуждения и электродвигатель втягивается в «синхронизм».
Система безударного пуска может размещаться в блок-боксе с отоплением, освещением и вентиляцией. В этом случае оборудование поставляется ошинованным, с монтажом вторичных соединений между элементами системы, в состоянии полной заводской готовности, что существенно упрощает его монтаж.
Системы плавного пуска выполнены на современной элементной базе с применением высокопроизводительных сигнальных процессоров, передовой технологии поверхностного монтажа и обеспечивают:

возможность формирования различных траекторий разгона и торможения электродвигателя;
реализацию гибких алгоритмов управления;
широкий набор функций управления и удобный графический ЖК-интерфейс, функциональную клавиатуру, светодиодную диагностику;
удаленный доступ к устройству по высокопроизводительному интерфейсу RS485, что обеспечивает работу в составе АСУТП;
оценку влияния системы плавного пуска на энергосистему предприятия с помощью функции цифрового осциллографа;
качественный и количественный анализ работоспособности агрегатов и механизмов c использованием функции журнала регистрации событий (последний период пуска, максимальный ток последнего пуска, общее время разгона, общее количество пусков, последнее выключение, ток выключения, общее количество выключений, регистрация аварийных режимов);
определение необходимости проведения ремонтных мероприятий;
полный комплект функциональных защит.

РИС. 3
Однолинейная схема системы безударного пуска нескольких электродвигателей от одного устройства УБПВД-В.

М1–М4 – запускаемые электродвигатели;

Q1.1–Q1.4 – рабочие высоковольтные выключатели;

QF1, QF2 – пусковые высоковольтные выключатели;

К1–К4 – пусковые высоковольтные коммутационные аппараты (разъединители с моторным приводом РВУ, высоковольтные контакторы или выключатели).

Система плавного пуска
Система поочередного плавного пуска нескольких электродвигателей, подключенных к одной или нескольким секциям шин, от одного устройства УБПВД снижает затраты на обеспечение безударного пуска. Так, при запуске четырех электродвигателей с использованием такой системы затраты на плавный пуск сокращаются почти в 3 раза.
На рис. 3 приведен вариант системы: от одного устройства УБПВД-В осуществляется пуск четырех электродвигателей, подключенных к двум секциям шин. Система позволяет производить как прямой, так и поочередный плавный пуск любого выбранного электродвигателя под управлением контроллера по командам с пульта управления и местного поста управления агрегатами.
Контроллер по заранее заданной программе обеспечивает требуемый закон нарастания тока и разгона электродвигателя, нужную последовательность включения и выключения элементов системы, участвующих в пуске, действие соответствующих защит и блокировок. На мнемосхеме системы, расположенной на пульте управления, отражается текущее состояние высоковольтных выключателей и электродвигателей, а на дисплее – рекомендации для персонала, осуществляющего пуск.
По завершении разгона в асинхронном режиме рабочий выключатель шунтирует УБПВД, электродвигатель подключается непосредственно к сети, и система готова к следующему пуску. При пуске синхронного электродвигателя, после достижения подсинхронной скорости, электронный блок возбудителя (он контролирует частоту тока, наводимого в роторе) подает команду на включение возбуждения и электродвигатель втягивается в «синхронизм».
Система безударного пуска может размещаться в блок-боксе с отоплением, освещением и вентиляцией. В этом случае оборудование поставляется ошинованным, с монтажом вторичных соединений между элементами системы, в состоянии полной заводской готовности, что существенно упрощает его монтаж.
Системы плавного пуска выполнены на современной элементной базе с применением высокопроизводительных сигнальных процессоров, передовой технологии поверхностного монтажа и обеспечивают:

возможность формирования различных траекторий разгона и торможения электродвигателя;
реализацию гибких алгоритмов управления;
широкий набор функций управления и удобный графический ЖК-интерфейс, функциональную клавиатуру, светодиодную диагностику;
удаленный доступ к устройству по высокопроизводительному интерфейсу RS485, что обеспечивает работу в составе АСУТП;
оценку влияния системы плавного пуска на энергосистему предприятия с помощью функции цифрового осциллографа;
качественный и количественный анализ работоспособности агрегатов и механизмов c использованием функции журнала регистрации событий (последний период пуска, максимальный ток последнего пуска, общее время разгона, общее количество пусков, последнее выключение, ток выключения, общее количество выключений, регистрация аварийных режимов);
определение необходимости проведения ремонтных мероприятий;
полный комплект функциональных защит.