Softstartér pro elektromotor: princip činnosti asynchronního elektromotoru

Asynchronní elektromotor má schopnost samostatného startu v důsledku interakce mezi tokem točivého magnetického pole a tokem vinutí rotoru, což v něm způsobuje vysoký proud. V důsledku toho stator odebírá velký proud, který v době, kdy motor dosáhne plných otáček, překročí jmenovitý proud, což může vést k přehřátí motoru a jeho poškození. Aby se tomu zabránilo, je zapotřebí softstartér elektromotoru (SCD).

Princip činnosti startéru

Spočívá ve skutečnosti, že zařízení reguluje napětí aplikované na motor během spouštění a řídí charakteristiku proudu. U indukčních motorů je rozběhový moment přibližně úměrný druhé mocnině rozběhového proudu. Je úměrná použitému napětí. Krouticí moment lze také považovat za přibližně úměrný použitému napětí, čímž se upravuje napětí při spouštění, proud spotřebovaný strojem a jeho točivý moment jsou řízeny zařízením a mohou být snížena.

Použitím šesti SCR v konfiguraci, jak je znázorněno, může softstartér regulovat napětí dodávané do motoru při startu z 0 voltů na nominální lineární Napětí. Měkký start elektromotoru lze provést třemi způsoby:

1. Přímý start při plném zatížení.
2. Přihlašování se postupně snižuje.
3. Aplikace spouštění částečného vinutí pomocí autotransformátorového spouštěče.

SCP může být dvou typů:

1. Otevřete ovládání: spouštěcí napětí je aplikováno s časovým zpožděním bez ohledu na proud nebo otáčky motoru. Pro každou fázi jsou dva SCR zpočátku zpožděny o 180 stupňů pro příslušné půlvlnové cykly (pro které se provádí každý SCR). Toto zpoždění se s časem postupně snižuje, dokud přiložené napětí nedosáhne jmenovité hodnoty. Je také známý jako dočasný stresový systém. Tato metoda ve skutečnosti neřídí zrychlení motoru.
2. Monitorování v uzavřené smyčce: Monitoruje jakékoli charakteristiky výstupu motoru, jako je proud nebo rychlost. Počáteční napětí se odpovídajícím způsobem mění, aby se dosáhlo požadované odezvy. Úkolem softstartéru je tedy řídit úhel vedení SCR a řídit napájecí napětí.

Výhody měkkého startu

Polovodičové softstartéry používají k dočasnému snížení parametrů na svorkách motoru polovodičová zařízení. To umožňuje monitorování proudu motoru pro snížení točivého momentu limitu motoru. Řízení je založeno na napěťovém řízení svorek motoru na dvou nebo třech fázích.

Několik důvodů, proč je tato metoda preferována před ostatními:

1. Zvýšená účinnost: Účinnost softstartéru s měkkým stavem je způsobena především stavem nízkého napětí.
2. Řízené spouštění: Startovací parametry lze ovládat jejich snadnou změnou, což zajišťuje, že startuje bez trhání.
3. Řízené zrychlení: Akcelerace motoru je řízena plynule.
4. Nízká cena a velikost: To se provádí pomocí polovodičových přepínačů.

Solid State Components

Výkonové spínače, jako jsou SCR, které jsou fázově řízeny pro každou část cyklu. U třífázového motoru jsou ke každé fázi připojeny dva SCR. Relé měkkého rozběhu motoru musí být dimenzováno alespoň na trojnásobek síťového napětí.

Pracovní příklad systému pro třífázový indukční motor. Systém se skládá ze 6 SCR, řídicího logického obvodu ve formě dvou komparátorů - LM324 a LM339 pro získání úrovně a napětí rampy a optoizolátoru pro řízení aplikace hradlového napětí na SCR na každá fáze.

Řízením doby mezi impulsy nebo jejich zpožděním je tedy monitorován řízený úhel SCR a regulováno napájení během fáze rozběhu motoru. Celý proces je vlastně řídicí systém s otevřenou smyčkou, který řídí časování spouštěcích impulzů brány pro každý SCR.

Základy SCR

SCR (Silicon Controlled Rectifier) ​​je vysoce výkonný DC řízený regulátor výkonu. Softstartéry indukčních motorů SCR jsou čtyřvrstvá křemíková polovodičová zařízení PNPN. Má tři vnější svorky a používá alternativní symboly na obrázku 2 (a) a má tranzistorový ekvivalentní obvod na obrázku 2 (b).

Hlavní použití SCR je jako spínač s kladnou anodou vzhledem ke katodě, ovládaný při spuštění stroje.

Hlavní charakteristiky SCR lze pochopit pomocí těchto diagramů. Softstartér motoru lze zapnout a nastavit tak, aby fungoval jako křemíkový usměrňovač předpětí krátkým přivedením hradlového proudu přes S2 na něj. SCR rychle (během několika mikrosekund) automaticky zapadne do zapnutého stavu a zůstane zapnutý, i když je vyjmut motor závěrky.

Tato akce je znázorněna na obrázku 2 (b) počáteční hradlový proud zapne Q1 a kolektorový proud Q1 zapne Q2, kolektorový proud Q2 pak podrží Q1, i když je pohon hradla odstraněn. Potenciál nasycení je asi 1 V a vzniká mezi anodou a katodou.

K zapnutí SCR je zapotřebí pouze krátký impuls závěrky. Jakmile je SCR pevný, lze jej opět vypnout krátkým snížením jeho anodového proudu pod určitou hodnotu, typicky několik miliampérů, v AC aplikacích dojde k vypnutí automaticky v bodě nulového křížení u každé z nich poloviční cyklus.

Mezi hradlem a anodou SCR je k dispozici značné zesílení a nízké hradlové proudy (obvykle několik mA nebo méně) může řídit vysoké hodnoty anodového proudu (až desítky zesilovače). Většina SCR má jmenovité hodnoty anody stovky voltů. Vlastnosti hradla SCR jsou podobné jako u tranzistorového přechodu - emitoru tranzistoru (viz. Rýže. 2 (b)).

Mezi anodou a hradlem SCR existuje vnitřní kapacita (několik pF) a rázové napětí objevující se na anodě může způsobit dostatečný průraz hradlem k zapnutí SCR. Tento „efekt rychlosti“ může být způsoben přechodnými jevy elektrického vedení atd. Problémy s efektem rychlosti lze překonat spuštěním vyhlazovací sítě CR mezi anodou a katodou, aby se omezila rychlost nárůstu na bezpečnou hodnotu.

Provoz s proměnnou rychlostí

Střídavé síťové napětí (obr. 5) je usměrněn pomocí pasivního diodového můstku. To znamená, že diody se spouštějí, když je síťové napětí vyšší než napětí na kondenzátorové sekci. Výsledný tvar vlny má dva impulzy během každého půlcyklu, jeden pro každé okno vodivosti diody.

Průběh ukazuje určitý nepřetržitý proud, jak se vedení pohybuje od jedné diody k další. To je typické, když se používá ve stejnosměrném meziobvodu měniče a je přítomna určitá zátěž. Střídače využívají pro generování výstupních signálů širokou pulzní modulaci. Trojúhelníkový signál je generován na nosné frekvenci, se kterou bude IGBT invertor spínat.

Tento průběh je porovnáván se sinusovým průběhem při základní frekvenci, která musí být poháněna motorem. Výsledkem je tvar vlny U znázorněný na obrázku.

Výstup měniče může mít libovolnou frekvenci pod nebo nad síťovou frekvencí až do limitů měniče a/nebo mechanických limitů motoru. Pamatujte, že měnič vždy běží v rámci jmenovitého skluzu motoru.

Spusťte kontrolní proces

Časování SCR je klíčem k řízení napěťového výstupu pro softstartér. Během spouštění určuje logika softstartéru, kdy zapnout SCR. Nezapne SCR v bodě, kde napětí přejde z negativního do pozitivního, ale chvíli počká. Jedná se o dobře známý proces nazývaný „postupné zotavení“ SCR. Spínací bod SCR je nastaven nebo naprogramován tak, aby byl přesně kontrolován startovací moment, startovací proud nebo proudové omezení.

Výsledkem obnovení kroku SCR je nesinusové podpětí na svorkách motoru, jak je znázorněno na obrázcích. Protože je motor indukční a proud zaostává za napětím, SCR zůstává zapnutý a vede, dokud proud nedosáhne nuly. To se stane poté, co se napětí změní na záporné. Individuální napěťový výstup SCR.

V porovnání s celkovým průběhem napětí je vidět, že špičkové napětí je stejné jako celkové napětí průběhu. Proud však nevzroste na stejnou úroveň jako při použití plného napětí kvůli indukční povaze motorů. Když je toto napětí přivedeno na motor, výstupní proud vypadá jako na obrázku.

Protože frekvence napětí je stejná jako lineární frekvence, frekvence proudu je také stejná. SCR postupně přecházejí do admitance, proudové mezery se vyplňují, dokud tvar vlny nevypadá stejně jako motor.

Charakteristika motoru pomocí softstartéru

Takový plynulý rozběh asynchronního elektromotoru má na rozdíl od střídavého pohonu charakteristiky proudu v síti a proud motoru je vždy stejný. Při spouštění závisí změna proudu přímo na velikosti přiloženého napětí. Moment motoru se mění jako druhá mocnina použitého napětí nebo proudu.

Nejdůležitějším faktorem při hodnocení je točivý moment motoru. Standardní motory produkují při startu přibližně 180 % točivého momentu při plném zatížení. Proto se snížení o 25 % bude rovnat momentu plného zatížení. Pokud motor při spouštění odebírá 600 % proudu při plné zátěži, pak proud v tomto obvodu sníží rozběhový proud z 600 % na 450 % zátěže.

Schémata zapojení startéru

Existují dvě možnosti, kterými startér spustí elektromotor: standardní obvod a uvnitř trojúhelníku.

Standardní schéma. Startér je zapojen do série se síťovým napětím přiváděným do motoru.

Uvnitř trojúhelníku je ještě jeden obvod, podle kterého se zapojuje startér, nazývaný vnitřní trojúhelníkový obvod. V tomto schématu jsou dva kabely, které se připojují k jednomu z motorů, připojeny přímo k napájení I/P a druhý kabel bude připojen přes startér. Jednou z vlastností tohoto obvodu je, že spouštěč lze použít pro velké motory, jako jsou motory 100 kW, protože fázové proudy jsou rozděleny na 2 části.