Softštartér pre elektromotor: princíp činnosti asynchrónneho elektromotora

Asynchrónny elektromotor má schopnosť samostatného spustenia v dôsledku interakcie medzi tokom točivého magnetického poľa a tokom vinutia rotora, čo v ňom spôsobuje vysoký prúd. Výsledkom je, že stator odoberá veľký prúd, ktorý v čase, keď motor dosiahne plné otáčky, presiahne menovitý prúd, čo môže viesť k prehriatiu motora a jeho poškodeniu. Aby sa tomu zabránilo, je potrebný softštartér elektromotora (SCD).

Princíp činnosti štartéra

Spočíva v tom, že zariadenie reguluje napätie aplikované na motor počas štartovania a riadi charakteristiky prúdu. Pre indukčné motory je štartovací moment približne úmerný druhej mocnine štartovacieho prúdu. Je úmerná použitému napätiu. Krútiaci moment možno tiež považovať za približne úmerný aplikovanému napätiu, čím sa prispôsobí napätie pri štartovaní, prúd spotrebovaný strojom a jeho krútiaci moment sú riadené zariadením a môžu byť znížený.

Použitím šiestich SCR v konfigurácii, ako je znázornené, môže softštartér regulovať napätie dodávané do motora pri štarte z 0 voltov na nominálne lineárne Napätie. Mäkký štart elektromotora je možné vykonať tromi spôsobmi:

1. Priamy štart pri plnom zaťažení.
2. Hodnotenie žiadostí sa postupne znižuje.
3. Aplikácia spustenia čiastočného vinutia pomocou autotransformátorového štartéra.

SCP môže byť dvoch typov:

1. Otvorte ovládanie: štartovacie napätie sa aplikuje s časovým oneskorením bez ohľadu na prúd alebo rýchlosť motora. Pre každú fázu sa dva SCR najskôr oneskoria o 180 stupňov pre príslušné polvlnové cykly (pre ktoré sa vykonáva každý SCR). Toto oneskorenie sa v priebehu času postupne znižuje, až kým privedené napätie nedosiahne nominálnu hodnotu. Je tiež známy ako dočasný stresový systém. Táto metóda v skutočnosti nekontroluje zrýchlenie motora.
2. Monitorovanie v uzavretej slučke: Monitoruje všetky charakteristiky výstupu motora, ako je prúd alebo rýchlosť. Štartovacie napätie sa zodpovedajúcim spôsobom mení, aby sa dosiahla požadovaná odozva. Úlohou softštartéra je teda riadiť uhol vedenia SCR a riadiť napájacie napätie.

Výhody mäkkého štartu

Polovodičové softštartéry používajú polovodičové zariadenia na dočasné zníženie parametrov na svorkách motora. To umožňuje monitorovať prúd motora, aby sa znížil krútiaci moment limitu motora. Riadenie je založené na napäťovom riadení svoriek motora na dvoch alebo troch fázach.

Existuje niekoľko dôvodov, prečo je táto metóda uprednostňovaná pred ostatnými:

1. Zvýšená účinnosť: Účinnosť mäkkého štartovacieho systému je spôsobená hlavne stavom nízkeho napätia.
2. Riadené spustenie: Štartovacie parametre je možné ovládať ich jednoduchou zmenou, čo zaisťuje štart bez trhania.
3. Riadené zrýchlenie: Zrýchlenie motora je riadené plynulo.
4. Nízka cena a veľkosť: Toto sa vykonáva pomocou polovodičových prepínačov.

Polovodičové komponenty

Výkonové spínače, ako sú SCR, ktoré sú fázovo riadené pre každú časť cyklu. Pre trojfázový motor sú ku každej fáze pripojené dva SCR. Relé jemného rozbehu motora musia byť dimenzované aspoň na trojnásobok sieťového napätia.

Pracovný príklad systému pre trojfázový indukčný motor. Systém pozostáva zo 6 SCR, riadiaceho logického obvodu vo forme dvoch komparátorov - LM324 a LM339 pre získanie úrovne a napätia rampy a optoizolátora na riadenie aplikácie hradlového napätia na SCR na každá fáza.

Riadením trvania medzi impulzmi alebo ich oneskorenia sa teda monitoruje riadený uhol SCR a reguluje sa napájanie počas fázy štartovania motora. Celý proces je vlastne riadiaci systém s otvorenou slučkou, ktorý riadi časovanie impulzov spúšťania brány pre každý SCR.

Základy SCR

SCR (Silicon Controlled Rectifier) ​​je vysoko výkonný jednosmerný regulátor výkonu. Softštartéry indukčných motorov SCR sú štvorvrstvové kremíkové polovodičové zariadenia PNPN. Má tri externé svorky a používa alternatívne symboly na obrázku 2 (a) a má ekvivalentný obvod tranzistora na obrázku 2 (b).

Hlavné použitie SCR je ako spínač s kladnou anódou vzhľadom na katódu, ovládaný pri spustení stroja.

Pomocou týchto diagramov možno pochopiť hlavné charakteristiky SCR. Softštartér motora možno zapnúť a nastaviť tak, aby fungoval ako kremíkový usmerňovač predpätia krátkym privedením hradlového prúdu cez S2 naň. SCR sa rýchlo (v priebehu niekoľkých mikrosekúnd) automaticky zablokuje do zapnutého stavu a zostane zapnutý aj po odstránení motora uzávierky.

Táto akcia je znázornená na obrázku 2 (b) počiatočný hradlový prúd zapne Q1 a kolektorový prúd Q1 zapne Q2, kolektorový prúd Q2 potom udrží Q1 aj keď je pohon hradla odstránený. Saturačný potenciál je približne 1 V a vytvára sa medzi anódou a katódou.

Na zapnutie SCR je potrebný iba krátky impulz uzávierky. Akonáhle je SCR pevný, môže byť opäť vypnutý krátkym znížením jeho anódového prúdu pod určitú hodnotu, typicky niekoľko miliampérov, v AC aplikáciách k vypnutiu dôjde automaticky v bode nulového prechodu na každej z nich polovičný cyklus.

Medzi hradlom a anódou SCR a nízkymi hradlovými prúdmi je k dispozícii značné zosilnenie (zvyčajne niekoľko mA alebo menej) dokáže ovládať vysoké hodnoty anódového prúdu (až desiatky zosilňovače). Väčšina SCR má anódové hodnoty stoviek voltov. Charakteristiky brány SCR sú podobné charakteristikám prechodu tranzistora - emitoru tranzistora (pozri. Ryža. 2 (b)).

Medzi anódou a hradlom SCR existuje vnútorná kapacita (niekoľko pF) a rázové napätie, ktoré sa objaví na anóde, môže spôsobiť dostatočný prienik hradla na zapnutie SCR. Tento „efekt rýchlosti“ môže byť spôsobený prechodmi elektrického vedenia atď. Problémy s rýchlostným efektom možno prekonať spustením vyhladzovacej siete CR medzi anódou a katódou, aby sa obmedzila rýchlosť nárastu na bezpečnú hodnotu.

Prevádzka s premenlivou rýchlosťou

Napätie striedavého prúdu (obr. 5) je usmernený pomocou pasívneho diódového mostíka. To znamená, že diódy sa spustia, keď je sieťové napätie väčšie ako napätie na kondenzátorovej časti. Výsledný tvar vlny má dva impulzy počas každého polcyklu, jeden pre každé okno vedenia diódy.

Tvar vlny ukazuje určitý nepretržitý prúd, keď sa vedenie pohybuje od jednej diódy k druhej. To je typické, keď sa používa v medziobvode meniča a je prítomná určitá záťaž. Invertory využívajú na generovanie výstupných signálov širokú pulznú moduláciu. Trojuholníkový signál sa generuje na nosnej frekvencii, s ktorou bude IGBT invertor spínať.

Tento priebeh sa porovnáva so sínusovým priebehom pri základnej frekvencii, ktorá musí byť privádzaná do motora. Výsledkom je tvar vlny U znázornený na obrázku.

Výstup meniča môže byť akákoľvek frekvencia pod alebo nad sieťovou frekvenciou až po limity meniča a/alebo mechanické limity motora. Upozorňujeme, že menič vždy beží v rámci menovitého sklzu motora.

Spustite proces kontroly

Časovanie SCR je kľúčom k riadeniu napäťového výstupu pre softštartér. Počas spúšťania logika softštartéra určuje, kedy zapnúť SCR. Nezapne SCR v bode, kde napätie prejde z mínusu do plusu, ale chvíľu počká. Ide o dobre známy proces nazývaný „postupné zotavenie“ SCR. Spínací bod SCR je nastavený alebo naprogramovaný tak, aby bol prísne kontrolovaný štartovací moment, štartovací prúd alebo prúdový limit.

Výsledkom obnovy kroku SCR je nesínusové podpätie na svorkách motora, ako je znázornené na obrázkoch. Pretože motor je indukčný a prúd zaostáva za napätím, SCR zostáva zapnutý a vedie, kým prúd nedosiahne nulu. Stane sa to potom, čo sa napätie zmení na záporné. Individuálny výstup napätia SCR.

V porovnaní s celkovým priebehom napätia je možné vidieť, že špičkové napätie je rovnaké ako celkové napätie tvaru vlny. Prúd sa však nezvýši na rovnakú úroveň ako pri použití plného napätia kvôli indukčnému charakteru motorov. Keď je toto napätie privedené na motor, výstupný prúd vyzerá ako na obrázku.

Pretože frekvencia napätia je rovnaká ako lineárna frekvencia, frekvencia prúdu je tiež rovnaká. SCR postupne prechádzajú do admitancie, prúdové medzery sa vypĺňajú, kým tvar vlny nevyzerá rovnako ako motor.

Charakteristiky motora pomocou softštartéra

Takýto hladký štart asynchrónneho elektromotora má na rozdiel od striedavého pohonu charakteristiky prúdu v sieti a prúd motora je vždy rovnaký. Počas spúšťania závisí zmena prúdu priamo od veľkosti použitého napätia. Krútiaci moment motora sa mení ako druhá mocnina použitého napätia alebo prúdu.

Najdôležitejším faktorom pri hodnotení je krútiaci moment motora. Štandardné motory produkujú pri štarte približne 180 % krútiaceho momentu pri plnom zaťažení. Preto sa zníženie o 25 % bude rovnať krútiacemu momentu pri plnom zaťažení. Ak motor pri štartovaní odoberá 600 % prúdu plnej záťaže, potom prúd v tomto obvode zníži štartovací prúd zo 600 % na 450 % záťaže.

Schémy zapojenia štartéra

Existujú dve možnosti, pomocou ktorých štartér spustí elektromotor: štandardný okruh a vo vnútri delty.

Štandardná schéma. Štartér je zapojený do série so sieťovým napätím dodávaným do motora.

Vo vnútri trojuholníka je ďalší obvod, podľa ktorého je zapojený štartér, nazývaný vnútorný trojuholníkový obvod. V tejto schéme sú dva káble, ktoré sa pripájajú k jednému z motorov, pripojené priamo k napájaciemu zdroju I / P a druhý kábel bude pripojený cez štartér. Jednou z vlastností tohto obvodu je, že štartér môže byť použitý pre veľké motory, ako sú 100 kW motory, pretože fázové prúdy sú rozdelené na 2 časti.