Дроссельный асинхронный электропривод

Дроссельный асинхронный электропривод
к.т.н. Борисов А.М., к.т.н. Драчёв Г.И.,
к.т.н. Лях Н.Е., Ильинов В.И.
Более 80% электроприводов в промышленном производстве составляют асинхронные
электроприводы. Большая доля из них приходится на электроприводы с электродвигателями с
фазным ротором. Ограничение пусковых и тормозных токов в них обеспечивается включением в
роторную цепь электродвигателя сопротивлений. Изменение величины сопротивлений при пуске и
торможении электродвигателя обеспечивается релейно-контакторной аппаратурой. Поддержание
этой аппаратуры в работоспособном состоянии в нашей сложной экономической ситуации при
отсутствии средств на замену физически стареющего оборудования является головной болью
эксплуатационного персонала.
Кардинальной мерой в этой ситуации является избавление от релейно-контакторной
аппаратуры и пуско-тормозных резисторов в роторной цепи. Более 3000 дросселей внедрено на
различных предприятиях многих регионов России и ближнего Зарубежья. Большая часть из них
используется в электроприводах крановых механизмов, как на передвижение мостов и тележек, так и
на механизмах подъёма.
При использовании дросселей пусковых схема управления статорной цепью электродвигателя
сохраняется неизменной, а в роторную цепь включается дроссель. Тогда вся схема роторной цепи
имеет вид, представленный на рис. 1.
Рис.1. Схема роторной цепи дроссельного
асинхронного электропривода
Рис.2. Конструкция дросселя
Для электроприводов мощностью до 30 кВт дроссель пусковой по внешнему виду напоминает
трехфазный трансформатор (рис.2). Стержни 1 его выполнены из толстостенной трубы и стягиваются
шпильками с помощью двух соединяющих пластин 2. В качестве пластин используется швеллер из
обычной конструкционной стали. На стержнях располагаются обмотки 3, включаемые в цепи ротора
цепи асинхронного двигателя. Обмотки дросселя представляют собой несколько десятков витков
медного провода или медной шины, сечение которых зависит от роторного тока электродвигателя.
Для более мощных электроприводов используются однофазные дроссели пусковые,
включаемые в каждую фазу ротора.
На рис.3 представлены механические характеристики дроссельного асинхронного
электропривода. Характеристика 1 – естественная характеристика электродвигателя. Характеристика
2 – при включении дросселя
в роторную цепь. Она напоминает вид «экскаваторной»
характеристики.
Дроссель, в результате использования трубы из специальной стали, представляет собой
активно-индуктивное сопротивление. Поэтому включение дросселя может обеспечивать значение
пускового момента больше чем на естественной характеристике при существенном снижении
пусковых токов.
Рис.3. Механические характеристики
дроссельного электропривода
Рис.4. Дроссельный асинхронный электропривод
с тиристорным регулятором скорости
Дроссели обеспечивают благоприятные условия работы механической части механизмов. В
схеме с пусковым сопротивлением в роторной цепи каждое выведение ступени пускового
сопротивления сопровождается ударами в механизмах со всеми вытекающими отсюда
последствиями. Дроссель же представляет собой активно- индуктивное сопротивление, зависящее от
частоты и величины тока ротора, значение которого автоматически плавно уменьшается в процессе
пуска вплоть до омического сопротивления меди обмоток по окончании пуска. Пуск и торможение
электродвигателя происходит плавно без ударов в механизме с ограничением пусковых токов.
С участием специалистов Южно-Уральского Государственного Университета разработан
дроссельный асинхронный электропривод с тиристорным регулятором скорости (РСТ). Он
обеспечивает реализацию низких скоростей, например, выбора слабины канатов крановых
механизмов подъёма (характеристика 3 на стр.3) и низких посадочных скоростей (характеристика 4
на стр.3).
При низких посадочных скоростях электродвигатель работает в тормозном режиме, т.е. он
включается на подъём, но под действием груза вращается на спуск.
Функциональная схема такого электропривода для механизма подъёма крана представлена на
рис.4. Роторная «звезда» размыкается и в неё включаются тиристоры VS1…VS3. На регулятор
скорости подаётся напряжение с колец ротора и сигнала задания скорости с командоаппарата SA.
Регулятор скорости включается при подаче напряжения на статорную цепь контакторами Км1 и Км2.
Особенностью регулятора скорости является его схемная простота (в схеме нет ни одной
микросхемы) и высокая эксплуатационная надёжность вследствие бесконтактных тиристорных
ключей.
В настоящее время производится регулятор скорости, способный плавно регулировать
скорость электродвигателя в диапазоне 10% от синхронной скорости до номинальной скорости при
любых моментах, ограниченных дроссельной характеристикой (рис.3).
Особенно хочется подчеркнуть, что применение дроссельного электропривода для крановых
механизмов позволяет сократить при изготовлении новых кранов затраты на электрооборудование на
50%, а при реконструкции действующих кранов – значительно увеличить надёжность работы не
только электрической, но и механической части крана за счёт отсутствия рывков, ударов и плавного,
но интенсивного торможения.
Дроссельный электропривод применяется также на приводах волочильных станов, рольгангах,
правильных машинах, имеющих в своём составе асинхронный электродвигатель с фазным ротором.
Данный тип привода прошёл сертификацию и имеет все необходимые для Госгортехнадзора
согласования для применения на грузоподъёмных механизмах.