Full Text

Nr 44
Prace Naukowe Instytutu Maszyn i Napędów Elektrycznych
Politechniki Wrocławskiej
Nr 44
————————————————————————————————————————————
Studia i Materiały
Nr 19
1996
napęd elektryczny, silnik indukcyjny,
hamowanie elektryczne
Stanisław AZAREWICZ*
UKŁADY ŁAGODNEGO ROZRUCHU NAPĘDÓW
PRZEMYSŁOWYCH Z SILNIKAMI KLATKOWYMI
Przedstawiono wybrane przykłady opracowanych i wdrożonych układów łagodnego rozruchu silników
indukcyjnych klatkowych w napędach przemysłowych. Podano schematy ideowe rozwiązań, opis działania
układów oraz uzyskane wyniki badań przemysłowych. Przedstawiono wnioski i zalecenia dotyczące stosowania
określonych układów rozruchowych.
1. WSTĘP
Silniki indukcyjne klatkowe dzięki swoim zaletom stanowią znaczącą większość
stosowanych w przemyśle silników napędowych różnej mocy. Istotną jednak ich wadą jest
stosunkowo duży prąd rozruchowy i związane z nim niekorzystne skutki zarówno dla samego
silnika i urządzenia napędowego, jak również sieci zasilającej. Konieczność ograniczenia
prądu rozruchowego oraz złagodzenie stanów dynamicznych podczas rozruchu jest istotnym
problemem napędowym. Częściowo problem może być rozwiązany w wyniku wprowadzenia
do zasilania silników przemienników częstotliwości, jednakże dla większości napędów z
silnikami indukcyjnymi klatkowymi, rozwiązanie to nie będzie zastosowane zarówno ze
względów ekonomicznych, jak i technicznych. Celowe było zatem opracowanie stosunkowo
prostych, tanich i niezawodnych rozwiązań zapewniających możliwość realizacji
programowanego przebiegu prądu lub momentu rozruchowego. Jednym z takich rozwiązań
spełniających powyższe wymagania zarówno dla silników niskonapięciowych, jak i
wysokonapięciowych jest zastosowanie tyrystorowego sterownika napięcia jako układu
rozruchowego.
W Instytucie, już od ponad piętnastu lat są realizowane i wdrażane w przemyśle
tyrystorowe sterowniki napięcia umożliwiające łagodny, programowany rozruch silników
niskonapięciowych i wysokonapięciowych z dowolnie zadanym przebiegiem prądu
______________
*Instytut Maszyn i Napędów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław
54
rozruchowego lub prądu zatrzymania silnika. Obecnie, urządzenia te są znane w przemyśle
pod handlowymi nazwami SOFT–START–ów lub SOFT–STOP–ów.
W ramach prezentacji wybranych prac z tej dziedziny przedstawiono po dwa
rozwiązania: dla silników niskonapięciowych − układy rozruchowe dołowych przenośników
taśmowych i wentylatorów kopalnianych, oraz wysokonapięciowych; obejmujących rozruch
silników napędzających przenośnik węgla oraz układ rozruchowy silnika synchronicznego
o mocy 3,15 MW z rozruchem asynchronicznym.
2. UKŁAD ŁAGODNEGO ROZRUCHU DOŁOWEGO PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO
W podziemiach kopalń zwykle znajdują zastosowanie przenośniki taśmowe napędzane
silnikami indukcyjnymi klatkowymi. Ze względu na to, że maksymalna wydajność
przenośnika jest trudna do określenia na etapie projektowania, gdyż masa urobku zależy nie
tylko od wydajności górników, celowe jest zastosowanie dwóch prędkości roboczych
przenośnika oraz układu automatycznego sterowania pracą silników, umożliwiającego
przełączanie prędkości z jednoczesnym ograniczaniem prądu w stanie przejściowym.
Badania wybranego ciągu transportowego kopalni rud miedzi wykazały, że optymalna
prędkość robocza przenośnika powinna zawierać się w granicach 0,75 prędkości projektowej.
Jednocześnie, sporadycznie istnieje potrzeba wykorzystania prędkości projektowej
w szczytowych momentach wydobycia.
Zmniejszenie prędkości przenośnika pozwala lepiej dopasować moc znamionową
silników napędowych do warunków obciążenia, a tym samym poprawić sprawność
i współczynnik mocy napędu, oraz dodatkowo umożliwia zmniejszenie zużycia krążników
i elementów przenośnika oraz zmniejszenie hałasu.
Ze względu na koszty zdecydowano się na zastosowanie jednouzwojeniowych silników
o przełączalnej liczbie par biegunów p = 3/4 i mocy znamionowej 150/115 kW, 500 V [3],
[5].
Podstawowe parametry techniczno–eksploatacyjne zastosowanego silnika przedstawiono
w tabeli.
Tabela 1
Parametry dwubiegowego silnika indukcyjnego klatkowego zastosowanego do napędu
przenośnika taśmowego
Liczba
biegunów
p=3
p=4
Pn
nn
In
Ir
Mr
Mmax
cosϕ
η
kW
150
115
obr/min
987
740
A
218
195
%
540
470
%
200
190
%
190
180
0,85
0,74
%
94
93
Zasilanie silnika odbywa się poprzez symetryczny trójfazowy sterownik napięcia, który
spełnia następujące wymagania:
55
– regulację wartości prądu rozruchowego oraz szybkości jego narastania, a tym samym
wartości i szybkości narastania momentu elektromagnetycznego silnika,
– współpracę z silnikami dwubiegowymi w napędzie i sterowanie ich prędkościami,
– optymalizację ich współczynnika mocy przy pracy ustalonej,
– ochronę silników przed skutkami przeciążeń, zwarć i pracą dwufazową.
Ograniczenie prądu rozruchowego jest bardzo istotne także ze względu na
współpracujące urządzenia energetyczne; jak kable zasilające i transformatory,
umożliwiające znaczne oszczędności związane z możliwością doboru na mniejszą szczytową
wartość obciążenia.
Schemat ideowy zrealizowanego dwusilnikowego układu napędowego przenośnika
taśmowego wraz z zasilaniem przedstawiono na rysunku 1.
Rys. 1. Schemat ideowy dwusilnikowego układu napędowego przenośnika taśmowego o dwóch prędkościach
roboczych
Fig. 1. Schematic diagram of two-motor drive system of belt conveyor with two operating speeds
Przyjęcie jako obserwatora stanu prądu uzwojenia stojana silnika pozwoliło na realizację
nastepujących funkcji układu sterowania:
56
– ograniczenie prądu rozruchowego do określonej krotności prądu znamionowego dla
obu prędkości obrotowych (rys. 2), przy czym rozruch przenośnika odbywa się na
mniejszej prędkości,
– możliwości optymalizacji współczynnika mocy przy niedociążeniu przenośnika
(obniżenie wartości skutecznej napięcia),
– zmianę prędkości obrotowych silników w zależności od stanu obciążenia.
Rys. 2. Algorytm sterowania przenośnikiem taśmowym o dwóch prędkościach roboczych
Fig. 2. Control algorithm of belt conveyor with to operating speeds
Jednocześnie układ realizuje następujące funkcje zabezpieczające:
1. Jeżeli po określonym czasie nie nastąpi uruchomienie przenośnika z zadanym prądem, to
sterownik zwiększa wartość napięcia aż do wartości znamionowej, co umożliwia rozruch
przenośnika z pełnym momentem rozruchowym; może wystąpić powyższy przypadek
podczas zasypania przenośnika urobkiem. Jeżeli mimo podania pełnego napięcia rozruch nie
wystąpi w określonym czasie, silniki zostają odłączone. Program ten działa w czasie
krótszym od czasu zabezpieczeń termicznych transformatora i silnika.
57
2. Przełączanie w obwodach głównych odbywa się bezprądowo, co ma wpływ na trwałość
aparatury łączeniowej.
2.1. WYNIKI BADAŃ EKSPERYMENTALNYCH I WNIOSKI
Układ doświadczalny dwubiegowego przenośnika taśmowego zasilanego z
tyrystorowego sterownika napięcia (rys.1) zainstalowano w Zakładach Górniczych RUDNA i
przeprowadzono badania eksploatacyjne.
Na rysunku 3 przedstawiono przebiegi prądów i napięć zasilających silnik podczas
rozruchu.
Dla średniego wypełnienia taśmy urobkiem pomierzono moce czynne silników układu
napędowego, które wynoszą:
– dla mniejszej prędkości P = 56,5 kW
– dla większej prędkości P = 66,0 kW
Z pomiarów tych wynika, że celowe jest wprowadzenie sterowania umożliwiającego
optymalizację współczynnika mocy i sprawności poprzez obniżenie napięcia zasilającego.
Rys. 3. Przebiegi prądów rozruchowych (a) i napięcia silnika, (b) oraz napięcia zasilającego (c) dwubiegowego
przenośnika taśmowego
Fig. 3. Transients of starting currents (a), stator voltages (b) and supplying voltages
(c) of two-speed belt conveyor
Ten sposób optymalizacji jest typowy dla urządzeń SOFT–START realizujących
rozruch silników indukcyjnych klatkowych. Ma on jednak dość istotną wadę. Przy znacznym
58
niedociążeniu silników kąt wysterowania tyrystorów jest niekorzystny pod względem
generacji wyższych harmonicznych prądu płynącego w obwodzie. Obniżenie napięcia
powoduje także zmiękczenie charakterystyk mechanicznych silników, co przy znacznej
nierównomierności momentu oporowego może prowadzić do niekorzystnych drgań taśmy. W
napędzie przenośnika, w którym występują co najmniej dwa silniki napędowe zastosowano
inne rozwiązanie. Silnik wiodący wysterowany jest zawsze pełnym napięciem na niższej
prędkości, pozostałe zaś silniki napięciem niskim (np. 100 V) umożliwiającym rozwijanie
przez silnik niewielkiego momentu napędowego. To rozwiązanie jest lepsze od całkowitego
wyłączania silnika, gdyż utrzymuje silnik w temperaturze wyższej od otoczenia i zabezpiecza
go przed zawilgoceniem, a także zapobiega napędzaniu przekładni mechanicznej od strony
obrotów niskich.
Podany układ napędowy złożony z dwubiegowego silnika zasilanego poprzez
tyrystorowy sterownik napięcia może być stosowany w wielu różnorodnych układach
napędowych. Jednym z nich jest układ napędowy wentylatora.
3. UKŁADY ŁAGODNEGO ROZRUCHU I STEROWANIA PRACĄ WENTYLATORA
Rozwiązanie układu przedstawiono na przykładzie wentylatora stosowanego
w kopalniach rud miedzi. Napędy wentylatorów przemysłowych (podobnie jak pomp) bardzo
często powinny zapewnić możliwość regulacji wydatku powietrza bez strat mocy.
W przemyśle stosowane są różne metody regulacji wydatku różniące się sprawnością.
Najlepszą metodą jest płynna regulacja prędkości obrotowej silnika napędowego
zapewniająca regulację wydatku oraz ograniczenie narażeń dynamicznych i elektrycznych
zarówno samego silnika, jak i wirnika wentylatora. Przykładowe charakterystyki
zapotrzebowania mocy silnika w funkcji wydatku przedstawiono na rysunku 4 [6].
Istotną wadą tego sposobu regulacji jest koszt urządzenia energoelektronicznego
zapewniającego płynną zmianę napięcia i jego częstotliwości. Możliwa jest także skokowa
regulacja wydatku przy zastosowaniu silników wielobiegowych. Istotnym ograniczeniem tej
metody jest liczba stopni prędkości i związanego z nimi układu przełączania.
W części urządzeń potrzeba regulacji prędkości obrotowej wynika z innych wymagań.
Wyłączony i stygnący silnik zasysa wilgoć z otoczenia powodującą pogorszenie stanu
izolacji. Problem ten dotyczy zarówno silników wentylatorów kopalnianych, jak i pomp
pogrążalnych bez przepon stabilizujących wewnętrzne ciśnienie. Szczególnie ostro problem
ten dotyczy wentylatorów pracujących w chodnikach wydobywczych. W przerwie
wydobycia nie jest potrzebna praca ze znamionową wydajnością, może być ona znacznie
zmniejszona, a nawet można z niej zrezygnować całkowicie. Wyłączanie wentylatorów nie
jest jednak celowe z podanych względów. Możliwe jest przełączanie silników na mniejszą
prędkość obrotową, jednakże wymagałoby to wymiany silnika bądź jego przezwojenia.
59
Rys. 4. Przykładowe charakterystyki zapotrzebowania mocy przez silnik w funkcji wydatku wentylatora:
a) regulacja przez bocznikowanie strumienia, b) regulacja przez dławienie, c) regulacja przez zmianę prędkości
obrotowej
Fig. 4. Examples of motor power demand as function of the fan delivery: a) control by flux shunting, b) nontrol by
valve, c) control by speed change
W istniejących wentylatorach należy poszukiwać innych możliwości zapewniających
realizację łagodnego rozruchu oraz pracę przy dwóch prędkościach obrotowych. Pierwsza,
dolna prędkość obrotowa, odpowiadająca obniżonemu napięciu zasilania silnika odnosi się
do małego wydatku wentylatora. Druga, górna prędkość odpowiada znamionowemu
wydatkowi wentylatora, przy znamionowym napięciu zasilania. Przedmiotem rozważań jest
dolna prędkość obrotowa. Można ją uzyskać w dwojaki sposób; przez zastosowanie
tyrystorowego regulatora napięcia, albo uproszczonego falownika zasilanego z
transformatora obniżającego napięcie.
3.1. Praca wentylatora podczas zasilania z tyrystorowego regulatora napięcia
Do sterowania pracą wentylatora wybrano symetryczny, trójfazowy tyrystorowy
regulator napięcia. W układzie zasilania wentylatora regulator ten spełniał dwie funkcje:
łagodnego rozruchu wentylatora z prądem Ir ≈ In oraz zapewniał pracę przy obniżonym
napięciu w zakresie dużych poślizgów silnika. Schemat funkcjonalny układu napędowego
z tyrystorowym regulatorem napięcia przedstawiono na rys. 5.
Po dokonaniu rozruchu tyrystory regulatora są w pełni wysterowane, niewiele
pogarszają sprawność całego układu. Po czasie nastawionym (wynikającym z pracy
górników) zostaje automatycznie zmieniona wartość nastawy zadajnika napięcia; co
powoduje zmianę kąta wysterowania tyrystorów, a tym samym przejście silnika do pracy na
części niestabilnej charakterystyki. Stabilizacja napięcia i prądu na zadanym poziomie
uniemożliwia znaczne wahania prędkości obrotowej oraz przeciążenie prądowe, które
wystąpiłoby przy zasilaniu z transformatora. Przykładowe wyniki pomiarów silnika
napędowego wentylatora PWS-10 o mocy 15 kW, 500 V zasilanego z tyrystorowego
60
regulatora napięcia przedstawiono w tabeli 2, w której jako P oznaczono moc czynną
pobieraną z sieci. Pomiary przeprowadzono w temperaturze otoczenia ϑo = 18 o C .
Rys. 5. Schemat funkcjonalny układu napędowego z tyrystorowym regulatorem napięcia
Fig. 5. Functional scheme of the drive system with thyristor voltage controller
Uzyskane pomiary wskazują, że silnik może pracować stabilnie w zakresie dużych
poślizgów, a uzyskana prędkość obrotowa wentylatora zapewnia niezbędny przepływ
powietrza w wyrobisku.
Tabela 2
Wyniki pomiarów silnika napędowego wentylatora PWS-10
Lp.
1
2
3
UAB
V
500
180
200
I
A
16,5
22,5
28
P
W
10000
1960
3000
η
obr/min
480
370
475
∆ϑ
C
37
43
51
cos ϕ
0,70
0,28
0,31
Należy jednak zwrócić uwagę także na niekorzystne zjawiska towarzyszące tej pracy.
Do nich należy niski współczynnik mocy oraz generowanie harmonicznych pasożytniczych
zarówno do silnika, jak i do sieci zasilającej. Harmoniczne te mogą w pewnych przypadkach
stanowić ograniczenie dla stosowania tego rozwiązania. Zaletą jest możliwość realizacji
zarówno łagodnego rozruchu, jak i zmniejszonej prędkości z wykorzystaniem tego samego
sterownika oraz praca silnika praktycznie w stałej temperaturze, co zapobiega jego
zawilgoceniu.
Do realizacji zmniejszonej prędkości wentylatora (lub pompy) może być zastosowany
również uproszczony falownik napięcia zasilany z napięcia obniżonego. Zastosowanie
typowego falownika napięcia do regulacji prędkości wentylatora nie jest celowe zarówno ze
względów eksploatacyjnych, jak i ekonomicznych. Koszty inwestycyjne i eksploatacyjne
61
takiego urządzenia są wysokie, a okres spłaty bardzo długi. Opracowany uproszczony
falownik zasilany obniżonym napięciem jest tani i bardzo pewny ruchowo, co ma duże
znaczenie w warunkach kopalnianych. Układ sterowania tego falownika realizuje podczas
rozruchu silnika sterowanie zbliżone do sterowania z modulacją szerokości impulsów
w funkcji prądu silnika, zapewniając po rozruchu prostokątny przebieg napięcia zasilającego
silnik.
W rezultacie uzyskano przebieg prądu rozruchowego zbliżony do sinusoidalnego co
korzystnie odbija się na pracy silnika. Falownik zastosowano do wentylatora PWS-10
pracującego w układzie przedstawionym na rys. 6. Silnik w tym układzie realizuje również
dwie prędkości robocze w zależności od potrzeb wynikających z pracy górników, a jego
charakterystyki mechaniczne mają przebieg jak na rys. 7.
Rys. 6. Schemat funkcjonalny układu napędowego z tranzystorowym falownikiem
Fig. 6. Funkctional scheme of the drive system with transistor voltage-sourced inverter
Wyniki badań silnika z wentylatorem, do którego zasilania zastosowano uproszczony
falownik, przedstawiono w tabeli 3. W tabeli tej przez P oznaczono moc czynną pobieraną
z sieci przez cały układ sterowania silnikiem (wraz z transformatorem i układem sterowania).
62
Rys. 7. Przebiegi charakterystyk mechanicznych silnika napędowego wentylatora przy zasilaniu z regulatora (MR) i
falownika napięcia (MF)
Fig. 7. Mechanical characteristics of the fan motor supplied by the voltage controller (MR) and by voltage-source
inverter (MF)
Tabela 3
Wyniki badań wentylatora PWS-10 zasilanego z tyrystorowego
regulatora napięcia (1) oraz tranzystorowego falownika napięcia (2,3)
Lp.
1
2
3
UAB
V
3 · 500
3 · 37
3 · 47
I
A
16,5
5,3
4,9
P
W
10 000
300
360
η
obr/min
1480
439
464
cos ϕ
0,70
0,88
0,90
Uzyskane wyniki wskazują jednoznacznie na celowowść stosowania rozwiązania z
uproszczonym falownikiem do realizacji zmniejszonej prędkości silników wentylatorów (lub
pomp wirowych). Koszt takiego falownika jest bardzo niski oraz nie wymaga
wyspecjalizowanej obsługi. W rezultacie, koszty inwestycyjne mogą zwrócić się po kilku
miesiącach eksploatacji. Możliwe jest także zastosowanie tyrystorowego regulatora napięcia,
jednakże jest ono zdecydowanie mniej korzystne energetycznie. W dużych wentylatorach
63
optymalnym wydaje się rozwiązanie zawierające zarówno uproszczony falownik, jak
i sterownik tyrystorowy zapewniający łagodny rozruch.
4. UKŁAD
ŁAGODNEGO ROZRUCHU WYSOKONAPIĘCIOWYCH
INDUKCYJNYCH KLATKOWYCH
SILNIKÓW
W napędach z tymi silnikami możliwość stosowania tyrystorowych sterowników
napięcia jako układów rozruchowych jest mocno ograniczona dopuszczalnym napięciem
tyrystorów. Łączenie szeregowe tyrystorów jest oczywiście możliwe, jednakże powoduje
wzrost ceny i wymiarów takiego rozrusznika oraz stawia pod znakiem zapytania celowość
powszechnego stosowania tego typu rozwiązań. W napędach nie wymagających kontroli
prądu lub przyspieszenia w czasie rozruchu można oczywiście stosować klasyczne metody
rozruchu tych silników. Dla napędów, w których istotna jest kontrola przebiegu rozruchu
zastosowano rozwiązanie przedstawione na rysunku 8. W rozwiązaniu tym jako dławik
rozruchowy zastosowano 3-fazowy transformator z odpowiednio dobraną szczeliną
powietrzną, którego uzwojenie pierwotne połączone jest szeregowo z uzwojeniem silnika
klatkowego, uzwojenie wtórne zaś jest zwierane sterownikiem tyrystorowym. Schemat
zastępczy silnika z dławikiem sterowanym przedstawiono na rysunku 9.
Sterownik tyrystorowy w obwodzie wtórnym może realizować sterowanie impedancją
dławika zmieniając wartość prądu płynącego w obwodzie wtórnym według dowolnie
wybranej funkcji.
Rys. 8. Schemat blokowy układu rozruchowego silnika indukcyjnego, ST–sterownik, US–układ elektroniczny, RI–
regulator prądu , Z–zadajnik, OP–człon opóźniający
Fig. 8. Schematic diagram of starting system for high–voltage induction motor: ST–Controller, US–electronic
circuit; RI–current control; Z–reference unit; OP–delay element
Wartość prądu i momentu rozruchowego rozwijanego przez silnik w chwili załączenia
zależą od doboru parametrów dławika, a przede wszystkim jego reaktancji. Rezystancja
dławika może być pomijana, gdyż uzwojenia wykonywane są z niewielkiej liczby zwojów
o dużym przekroju. Interesująca nas wartość prądu i momentu rozruchowego określana jest
z następujących zależności:
64
Mr =
Ir =
gdzie: XD
R1s ; R' 2 s
X 1 s ; X '2 s
3U12 ⋅ R'2 s
ωo [( R1s + k R'2 s ) 2 + ( X D + X 1s + kX '2 s ) 2 ]
U1
( R1s + k R' 2 s ) 2 + ( X D + X 1s + kX ' 2 s ) 2
– reaktancja dławika
– rezystancja silnika
– impedancja silnika
Rys. 9. Jednofazowy schemat zastępczy silnika indukcyjnego z rozrusznikiem dławikowo-tyrystorowym
Fig. 9. One-phase equivalent circuit of induction motor with thyristor-reactor starter
Przebieg momentu i prądu podczas rozruchu zależny jest od funkcji realizującej zmianę
kąta zapłonu tyrystorów. Możliwe jest przyjęcie, że w transformatorze ze szczeliną spadek
napięcia jest funkcją liniową prądu I2 strony wtórnej.
W końcowej fazie rozruchu uzwojenie wtórne zostaje zwarte, a tym samym zwarty
zostaje obwód magnesujący transformatora. Podczas pracy ustalonej silnika do jego zacisków
pozostaje dołączona niewielka rezystancja i reaktancja gałęzi podłużnej dławika. Celem
wyeliminowania strat w dławiku po dokonanym rozruchu może on być zwierany.
Opisany układ nadaje się także do automatycznego wyrównywania obciążeń silników
pracujących w układzie wału mechanicznego. Pozwala im wówczas obciążać się dowolnie do
wartości prądu znamionowego, a następnie kontroluje równomierne przeciążanie się
silników.
Na rysunku 10 przedstawiono przykładowy schemat blokowy układu wyrównywania
obciążeń silników klatkowych w napędzie dwubębnowym przenośnika taśmowego.
Przedstawiony układ charakteryzuje się dużą pewnością ruchową. Uszkodzenie sterownika
tyrystorowego umożliwia rozruch dwustopniowy silnika z zastosowaniem stycznika
zwierającego stronę wtórną transformatora.
Badania dławikowo-tyrystorowego układu rozruchowego przeprowadzono z silnikiem
typu SZJe 136 tsg 4 o mocy 320 kW, 6 kV napędzającym przenośnik taśmowy. Wyniki
pomiarów przedstawiono w tabeli 4 i na rysunku 11.
65
Rys. 10. Schemat blokowy układu wyrównywania obciążeń silników indukcyjnych klatkowych w napędzie
dwubębnowym przenośnika taśmowego
Fig. 10. Schematic diagram of flusystem for load comperisation of squirrel-cage induction motors in two-drum
beltconveyor
Tabela 4
Wyniki pomiarów dla przenośnika z silnikiem SZJe 136 tsg 4
Parametry
Sposób rozruchu silnika
Rozruch bezpośredni
Rozruch z dławikiem
niesterowanym
Rozruch z dławikiem
sterowanym
Mr
M rn
Ir
I rn
1
0,51
4,2
3,0
Czas rozruchu
tr
[s]
2,4
4,1
0,51 ÷ 1
3,0 ÷ 4,2
2,4 ≤ tr ≤ 4,1
Początkowy moment rozruchowy może być zmieniany w szerokich granicach zmieniając
szczelinę powietrzną dławika, co powoduje łatwe dostosowanie układu do rozruchu silników
o różnej mocy. Przebieg prądu i momentu rozruchowego może być dowolnie kształtowany w
zależności od wymagań napędzanego urządzenia aż do momentu maksymalnego, co
eliminuje możliwość niedokonania rozruchu, np. przez obciążany przenośnik.
Układ jest prosty, pewny ruchowo i stosunkowo tani. Wadą rozwiązania jest
niekorzystny stosunek ograniczenia prądu rozruchowego do zmniejszenia momentu
rozruchowego. Aby wyeliminować podaną wadę zastosowano modyfikację opisanego
rozwiązania, w którym zamiast dławika zastosowano transformator z odczepem spełniający
w pierwszej fazie rozruchu rolę autotransformatora rozruchowego. W układzie tym
uzyskujemy korzystniejsze ograniczenie prądu rozruchowego w stosunku do momentu
rozruchowego wynoszące:
66
⎛U ⎞
I r = I rn ⎜ 1 ⎟
⎝Un ⎠
2
2
oraz:
⎛U ⎞
M r = M rn ⎜ 1 ⎟ .
⎝ Un ⎠
Jednocześnie wielkość niezbędnego autotransformatora określana jest jego mocą
przechodnią, która wynosi:
S≥
Pn k r t r N
,
ηn cosϕ nϑ 2 t d
gdzie: Pn , ηn ,cosϕn – dane znamionowe silnika,
kr – krotność prądu rozruchowego,
ϑ – przekładnia autotransformatora,
td – dopuszczalny czas pracy dorywczej AT
N – liczba kolejno następujących po sobie rozruchów
Moc przechodnia autotransformatora wyznaczająca jednocześnie jego wielkość zależy
przede wszystkim od przyjętej krotności prądu rozruchowego i liczby kolejno dokonywanych
rozruchów.
Przedstawiony układ jest bardziej rozbudowany i droższy od układu pokazanego na rys.
8 ze względu na zastosowany autotransformator rozruchowy, jest to jednak układ bardziej
uniwersalny i może być stosowany do silników o różnych mocach i może stanowić
uniwersalny rozrusznik dla grupy silników nie uruchamianych jednocześnie.
Dodatkową zaletą przedstawionego układu jest to, że podczas rozruchu nie występują
przerwy w zasilaniu silnika a tym samym możliwe jest ograniczenie do minimum momentów
dynamicznych w czasie rozruchu.
5. UWAGI KOŃCOWE
Przedstawione wyniki wieloletnich prac prowadzonych w Instytucie, a dotyczące
układów rozruchowych dla silników indukcyjnych klatkowych zapewniających programowany przebieg momentu lub prądu rozruchowego, pozwalają na sformułowanie
następujących wniosków:
1. Dla silników niskonapięciowych należy preferować rozruszniki (i układy łagodnego
zatrzymywania) wykorzystujące symetryczne tyrystorowe sterowniki napięcia.
2. W układach wysokonapięciowych, zależnie od mocy silnika i wymagań energetycznych
może być stosowany rozrusznik dławikowo-tyrystorowy lub rozrusznik z
autotransformatorem rozruchowym oraz dodatkową możliwością sterowania jego
indukcyjnością.
67
Zaletą przedstawionych rozruszników jest także to, że umożliwiają dokonywanie
rozruchu silników przy ich zasilaniu napięciem o regulowanej wartości, w tym także pełnym
napięciem sieci. Zapewnia to możliwość dokonania rozruchu np.: po zatrzymaniu awaryjnym
maksymalnie obciążonego urządzenia.
LITERATURA
[1] Azarewicz S., Nessel H., Pawlaczyk L.: Rozrusznik dławikowo-tyrystorowy do silników indukcyjnych klatkowych
dużej mocy. Górnictwo Odkrywkowe, 1985, Nr 4–6.
[2] Azarewicz S., Pawlaczyk L.: Automatyczne wyrównywanie obciążeń silników indukcyjnych w napędach
wielobębnowych przenośników taśmowych. Górnictwo odkrywkowe, 1984, Nr 7–9.
[3] Azarewicz S., Zalas A., Zawilak J.: Układ napędowy dwubiegowego przenośnika taśmowego zasilanego z tyrystorowego sterownika napięcia. V Sympozjum PTETis Podstawowe Problemy Energoelektroniki, Gliwice – Ustroń,
1993.
[4] Azarewicz S., Zalas A.: Silniki indukcyjne zasilane ze statycznych regulatorów napięcia i częstotliwości.
XXX Sympozjum Maszyn Elektrycznych, Kazimierz Dolny, 1994.
[5] Antal L., Zawilak J.: Napęd elektryczny górniczych przenośników taśmowych. XXX Sympozjum Maszyn
Elektrycznych, Kazimierz Dolny, 1994.
[6] Kordecki A., Zawilak J.: Silniki indukcyjne w napędach o zmiennych prędkościach obrotowych. XXX Sympozjum
Maszyn Elektrycznych, Kazimierz Dolny, 1994.
SOFT-START SYSTEMS OF INDUSTRIAL DRIVES WITH SQUIRREL-CAGE
INDUCTION MOTORS
In the paper the chosen examples of the developed and practically applicated systems for
soft starting of the induction motors for industrial drives were presented. The schematic
diagrams of proposed schemes, description of the operation mode and measurement results in
industrial condition were demonstrated. Some conclusion and recommendations concerning
of practical application of chosen drive systems were placed.