2.2 Обоснование выбора типа регулируемой системы управления
Во многом проблема экономии электроэнергии и оптимизации режимов работы асинхронных электроприводов осложняется тем обстоятельством, что парк асинхронных электродвигателей на промышленных предприятиях от 70 до 90% состоит из электродвигателей, неоднократно подвергавшихся ремонту, в частности, по причине выхода из строя обмоток статора. Это приводит к тому, что мощность, потребляемая асинхронным двигателем на холостом ходу из-за послеремонтного ухудшения магнитных свойств материала статора, составляет порядка от 40 до 70% от номинального значения.
Среди средств регулирования скорости вращения асинхронных электродвигателей (ДВ) и их плавного пуска наиболее распространенными являются полупроводниковые регуляторы напряжения с фазным регулированием (тиристорные станции управления ТСУ) (рисунок 2а) и преобразователи частоты (ПЧ) (рисунок 2б). Блок силовой тиристорный типа БСТ (предназначенный для бесконтактного регулирования тока нагрузки в автоматизированных системах измерения, регулирования и управления технологическими процессами) тиристорной станции управления может строиться на основе ключей типа «тиристор-тиристор» (рисунок 2а), либо «тиристор-диод».
Рисунок 2. Функциональная схема электропривода переменного тока с регулятором напряжения (а) и преобразователем частоты (б).
Применение того или иного способа управления электродвигателем переменного тока (ТСУ или ПЧ) требует детального анализа, как их технических возможностей, так и степени экономической эффективности применительно к каждому объекту.
Электроприводы с ТСУ в основном применяются для плавного пуска асинхронных электродвигателей с целью ограничения их пусковых токов и повышения эксплуатационной надёжности технологического комплекса в целом.
ПЧ по стоимости примерно от 3 до 4 раз превышают стоимость ТСУ, однако, позволяют получить как плавный пуск, так и широкий диапазон регулирования скорости электродвигателей, что в принципе для нашего привода не обязательно.
При этом режим плавного пуска асинхронных приводов, независимо от типа силового преобразователя (ТСУ или ПЧ) обеспечивает:
а) возможность перевода не менее 30% технологических механизмов в режим повторно-кратковременных включений при экономии электроэнергии в пределах от 30 до 70% и снижения мощности исполнительных электродвигателей;
б) полное исключение выхода из строя электродвигателей, релейно-контакторной аппаратуры, технологического оборудования по причине тепловых и механических перегрузок, характерных для режима прямого пуска (эксплуатационные расходы уменьшаются не менее чем от 40 до 50%);
в) строгое соблюдение технологической дисциплины, так как любое её нарушение приводит к отключению исполнительного электропривода от сети;
г) увеличение срока службы силовых кабельных линий от 3 до 4 раз.
Выбираем устройство плавного пуска фирмы SIMENS типа SIKOSTАRT 3RW3468-ODC44. Главное достоинство данного устройства состоит в том, что оно содержит три потенциометра, которые позволяют выполнять оптимальную регулировку для всех режимов привода (время запуска, время выбега и напряжение запуска). А так же компактность конструкции и широкий температурный диапазон от 0 до +60оС. Электрические характеристики устройства приведены в таблице 2.
Таблица 2. Электрические характеристики 3RW3468-ODC44.
-
Номинальная мощность двигателя, кВт
200
Номинальный рабочий ток, А
352
Требуемое главное напряжение, В
200 до 460 АС±15%
Частота, Гц
50/60, работа от 45 до 60
Защита от перегрузки
Устройство не содержит защиту от перегрузки
Диапазон уставок
16 положений
Время разгона, сек
30
Время выбега, сек
0,5-60
Начальное напряжение, В
30-80% от номинального напряжения
Число пусков в час
11
Потери мощности при номинальном режиме, Вт
1023
Ударная способность, А
12500
Требуемое напряжение управления, В
230 АС+10%-15%
Напряжение изоляции управления, В
1500
Входной ток управления, мА
10
Номинальное значение включения, А
10
Номинальное значение отключения, А
1
Падение U после включения, В
1,2
Ток после включения, мА
25
Ток утечки после отключения, мА
2
2.3 Разработка схем работы электропривода
2.3.1 Описание силовой схемы электропривода
В качестве резерва оставляем сборку, обеспечивающую прямой пуск электродвигателя.
Так как стандартное устройство SIKOSTART не содержит защиту от перегрузки, то необходимо её предусмотреть.
Необходимо обеспечить при неработающем приводе (отключенном) переключение силовой части привода со схемы плавного пуска на схему прямого пуска электродвигателя и наоборот.
Применим такой тип защиты, чтобы аппарат защиты от КЗ защищал как провода, так и устройство плавного пуска. Устройству не должен требоваться ремонт перед пуском, следующим после сброса КЗ. Эту защиту выполняют предохранители типа 3NE3 340-8 на номинальный ток 900 А.
В силовую схему плавного пуска введём шунтирующий контактор К2. Мощность шунтирующего контактора предназначена для рабочего тока двигателя, но не для пускового тока двигателя. Выбираем шунтирующий контактор типа КТ-6033 на номинальный ток 250 А.
Для защиты двигателя применим реле перегрузки типа РЭВ-572 на номинальный ток 250 А.
Так же в силовую схему плавного пуска введём рубильник типа БПВ-4 на номинальный ток 400 А. Силовая схема показана на рисунке 3а.