n a p Ä™ d y i s t e r o w a n i e
n a p Ä™ d y i s t e r o w a n i e
automatyka rozruchu silnika
indukcyjnego klatkowego
średniego napięcia
z zastosowaniem przekształtników energoelektronicznych
dr inż. Zbigniew Szulc Politechnika Warszawska
ilniki indukcyjne klatkowe średnie-
Sgo napięcia są budowane już od
mocy 160 kW. Typowym napięciem
znamionowym tych silników w kraju
jest wartość 6 kV, chociaż stosuje się
wartości 3,3 kV, 10 kV lub nietypowe
wartości np. 2,1 kV (do zasilania z prze-
miennika częstotliwości). Dobre wła-
ściwości eksploatacyjne, między inny-
mi prosta budowa niewymagajÄ…ca czÄ™-
Rys. 2 Zależność spadku napięcia od mocy zwarciowej pod-
stych remontów i konserwacji, nie-
Rys. 1 Prądy rozruchowe silników indukcyjnych klatkowych czas rozruchu silnika 3150 kW
skomplikowana aparatura obwodów
zasilających (np. stycznik średniego na- połączenie z maszyną roboczą. Czas W artykule przedstawiono nowe ki przepływu takiego prądu, w po-
pięcia, typowy układ zabezpieczeń) rozruchu zależy od momentu bez- możliwości polepszenia negatywnych staci spadku napięcia na reaktan-
i prosty sposób rozruchu powodują, że władności maszyny roboczej i może zjawisk rozruchowych silnika induk- cji zwarcia sieci zasilającej (X ).
Z
są najczęściej stosowane w przemyśle. być w takich sytuacjach (duże wen- cyjnego klatkowego średniego napię- Jako przykład wzięto parametry
Konstrukcja tych silników (silni- tylatory) długi (kilkadziesiąt sekund). cia. Pojawienie się pod koniec ubie- silnika o mocy 3150 kW i napięciu
ki głębokożłobkowe, dwuklatkowe) Dotychczas, aby zmniejszyć wartość głego wieku przekształtników ener- 6 kV, a reaktancję zwarcia oblicza-
umożliwia bezpośrednie ich załącze- prądu rozruchowego, stosowano roz- goelektronicznych średniego napięcia no z mocy zwarciowej w zakresie
nie do sieci, jednak przy małej mocy ruch przy użyciu transformatora z od- pozwala zautomatyzować rozruch pod od małych (S =50 MVA) do dużych
Z
zwarciowej w punkcie przyłączenia czepami lub autotransformator, a cza- względem ograniczenia prądu i mo- (800 MVA), typowych dla praktycz-
może wystąpić duży spadek napię- sem dławik rozruchowy lub rzadko mentu przejściowego oraz sterowania nych zastosowań. Na rysunku 3 zo-
cia (kilkanaście lub nawet więcej pro- rezystory rozruchowe (straty energii). prędkością obrotową silnika. stały przedstawione wyniki symu-
cent). Inną trudnością może być oscy- Te sposoby mają ograniczone zastoso- lacji [1] w postaci przebiegów mo-
lacyjny moment przejściowy o chwi- wanie, gdyż zmniejszają moment sil- opis zjawisk podczas mentu silnika, prądu stojana i pręd-
lowych wartościach rzędu kilka razy nika, co nie zawsze może być dobrym kości obrotowej podczas bezpo-
bezpośredniego rozruchu
większych od momentu znamionowe- rozwiązaniem (istniejący moment ob- średniego rozruchu silnika z sieci
go, trwający 1-2 s i mający wpływ na ciążenia od początku rozruchu). Bezpośrednie załączenie silnika sztywnej. W rzeczywistości można
indukcyjnego klatkowego do sie- rejestrować przebieg prądu, rzadziej
ci zasilającej powoduje duży co do prędkości obrotowej, a moment roz-
wartości skutecznej przepływ prą- wijany przez silnik jest niedostęp-
du. Skutkiem tego jest duży spa- ny do pomiaru, chyba że na stano-
dek napięcia w sieci, zależny od jej wisku laboratoryjnym.
mocy zwarciowej (S ). Na rysun- Na rysunku 4 został przedstawio-
Z
ku 1 zostały przedstawione warto- ny chwilowy przebieg prądu rozru-
ści względne (odniesione do war- chowego silnika o mocy znamiono-
tości prądów znamionowych sil- wej 3,7 MW i napięciu 6 kV przyłączo-
nika) prądów rozruchowych typo- nego bezpośrednio do sieci zasilającej.
wych silników o mocy od 160 kW Wyniki obliczeń i pomiarów wyraznie
Rys. 3 Przebieg prądu (czerwony w [A]) momentu (zielony w [Nm]), prędkości
do 6300 kW, przy założeniu zasila- pokazują, że:
obrotowej (niebieski w [obr./min] podczas rozruchu nieobciążonego silni-
nia ich z sieci sztywnej (S = "). Na przy małych mocach zwarcio-
Z
ka o mocy P =1800 kW, 10000 V i przy skokowym obciążeniu momentem zna- żð
N
mionowym
rysunku 2 zostały pokazane skut- wych sieci zasilającej (<100 MVA)
w w w. e l e k t r o . i n f o . p l n r 7 - 8 / 2 0 0 5
34
n r 7 - 8 / 2 0 0 5 w w w. e l e k t r o . i n f o . p l
35
n a p Ä™ d y i s t e r o w a n i e
największa chwilowa wartość cia do 6 %. Przed zastosowaniem ST praktycznym do silników 3,6 MW,
żð
prądu rozruchowego jest znacz- prąd wynosił 1500 A (RMS), a chwi- 6,5 kV uzyskano spadek napięcia
nie większa od podawanej warto- lowa największa wartość osiągała w sieci nie większy niż 1,8 %, pod-
ści (w katalogach) ustalonej prą- ok. 4 kA. Spadek napięcia dochodził czas gdy przed zastosowaniem wy-
du rozruchu, co ma ujemne skutki do 17 %, a załączenie bezpośrednie nosił 20 % [3].
ze względu duże wartości sił elek- wymagało specjalnych przełączeń Na rysunku 10 zostały przedsta-
trodynamicznych w silniku. w sieci zasilającej (łączenie równole- wione wyniki rzeczywiste prądu (war-
głe dwóch transformatorów). Dodat- tości skuteczne) silnika 4 MW, 6 kV
regulacja rozruchu kowym efektem okazało się zmniej- przy rozruchu po black-outcie elektro-
szenie strat mocy, które występowały ciepłowni zasilanej z odległych gene-
silnika za pomocÄ…
przy biegu jałowym (ok. 150-200 kW). ratorów stanowiących zródło zasila-
przekształtników
Ze względu na trudności rozrucho- nia rezerwowego [4]. Napięcie w tej
Rys. 4 Oscylogram prÄ…du rozruchowego
energoelektronicznych
silnika 3,7 MW
we, silnika nie wyłączano przy bie- sieci zasilającej spadło do tak niskiej
Zastosowanie w praktyce pół- gu jałowym na okres kilkudziesię- wartości (3,1 kV), że silnik z trudem
przewodnikowych elementów stero- ciu godzin w miesiącu. Na rysun- dokonał rozruchu (rys. 11).
wanych średniego napięcia (tyrysto- ku 6 został przedstawiony wykres Projektowane jest zastosowanie
ry klasyczne SCR o parametrach zna- obciążeń silnika w przeciągu dane- Pcz sterowanego metodą orientacji
mionowych 6,5 kV lub wyłączalne prą- go miesiąca. wektora pola (FOC), co może dać do-
dem bramki SGCT o parametrach zna- W tym przypadku rozruch miał bre efekty. Wyniki symulacji w po-
mionowych 6 kV, 250 A) pozwoliło zbu- charakter lekki i zastosowanie ST staci przebiegów wartości skutecznej
dować urządzenia typu soft-start (ST) przyniosło efekt. Drugim przykła- prądu i napięcia zostały przedstawio-
i przemienniki częstotliwości (Pcz) na dem jest rozruch silników (dwóch ne na rysunkach 12 i 13.
napięcia wyjściowe do 7,2 kV (w chwi- lub trzech) za pomocą Pcz. Na rysun-
li obecnej). Praktycznie można je sto- ku 7 został przedstawiony schemat wnioski
sować do wszystkich silników induk- ideowy Pcz zastosowany do rozru-
cyjnych średniego napięcia (z wyjąt- chu, a na rysunku 8 schemat ideowy Zastosowanie energoelektronicz-
kiem napięć znamionowych 10 kV układu rozruchowego dla trzech sil- nych układów średniego napięcia po-
i więcej). ników. Rozruch pojedynczego silni- zwala wyeliminować trudności wy-
Na rysunku 5 został przedstawio- ka odbywa się za pomocą Pcz, i po stępujące przy rozruchu silników in-
ny schemat ideowy ST [2] zastosowa- osiągnięciu prędkości zbliżonej do dukcyjnych klatkowych dużej mocy.
ny do rozruchu silnika 3,7 MW, 6 kV synchronicznej przełącza uzwojenia Trudności te występują przy małej
Rys. 5 Schemat ideowo-blokowy soft- (oscylogram prądu przy bezpośred- silnika z wyjścia Pcz do sieci zasila- mocy zwarciowej (<100 MVA przy na-
-startu (ST) dla silników induk-
nim rozruchu na rysunku 4). Tyry- jącej. Odbywa się to w sposób kon- pięciu 6 kV), dużym momencie bez-
cyjnych średniego napięcia
story SCR o napięciu znamionowym trolowany, z uwzględnieniem róż- władności maszyny roboczej (więk-
spadek napięcia może wynieść 6,5 kV są połączone po trzy w sze- nicy kątów fazowych napięcia sie- szym 10 razy i więcej od momen-
kilkanaście lub więcej procent), reg, aby współczynnik bezpieczeń- ciowego i napięcia wyjściowego Pcz tu bezwładności silnika), wrażliwej
chwilowy moment przejściowy stwa od ewentualnych przepięć wy- oraz różnicy amplitudy napięcia. na drgania maszynie roboczej, itp.
żð
może być oscylacyjny o dużych nosił k =2,5. Urządzenie to pracu- Oscylogram prądu w czasie przełą- Optymalny i staranny dobór urzą-
b
wartościach, kilka razy więk- je od dwóch lat z dobrym efektem. czenia został przedstawiony na ry- dzenia (ST lub Pcz) soft-startu lub
szych od wartości znamionowych Prąd przy rozruchu został ograniczo- sunku 9. Po przyłączeniu silnika do przemiennika częstotliwości pozwa-
i trwać kilka sekund, co powodu- ny do 2 I (do wartości dwóch prą- sieci Pcz może dokonywać rozruchu la uzyskać bardzo dobre efekty przy
SN
je zwiększenie czasu rozruchu, dów znamionowych), a spadek napię- następnego silnika. W zastosowaniu zminimalizowanych kosztach.
Rys. 8 Schemat ideowo-blokowy układu rozruchowe-
Rys. 6 Uporządkowany harmonogram poboru mocy napę- Rys. 7 Schemat ideowo-blokowy układu napędowego go z Pcz średniego napięcia dla trzech silników in-
du z silnikiem 3,7 MW w ciągu jednego miesiąca z przemiennikiem częstotliwości 1310 kW, 6 kV dukcyjnych klatkowych
w w w. e l e k t r o . i n f o . p l n r 7 - 8 / 2 0 0 5
36
Rys. 12 Przebieg wartości skutecznej prądu silnika 4 MW, 6 kV podczas rozruchu
sterowanego metodÄ… FOC
Rys. 9 Przebiegi napięcia i prądu silnika o mocy 3,6 MW; 6,5 kV podczas rozruchu
z wykorzystaniem PC
Rys. 13 Przebieg wartości skutecznej napięcia silnika 4 MW, 6 kV podczas rozruchu
sterowanego metodÄ… FOC
pełną automatykę rozruchu silników silników indukcyjnych prądu
średniego napięcia. przemiennego dużej mocy, IV
Rys. 10 Przebieg wartości skutecznej prądu silnika 4 MW, 6 kV podczas rozruchu
Krajowa Konferencja Naukowa,
literatura SENE 2003, Aódz, 19-21 listopa-
da 2003.
1. W. Koczara, Z. Szulc, J. Przybylski, 3. Automation News, Rockwell Au-
Rozruch silnika indukcyjnego tomation 2 / 1999.
klatkowego napędzającego pom- 4. J. Jędroszczyk, A. Marzyński,
pę dużej mocy w trudnych wa- E. Rzeczkowski, Elektrociepłow-
runkach eksploatacyjnych, Semi- nia Ostrołęka jako zródło napię-
narium PEMINE, Ustroń 2005. cia i mocy rozruchowej dla Elek-
Rys. 11 Przebieg wartości skutecznej napięcia silnika 4 MW, 6 kV podczas rozruchu
2. W. Koczara, Z. Szulc, Zastoso- trociepłowni Siekierki w wypad-
Współczesne układy energoelek- temów PLC (sterowników mikropro- wanie przekształtników ener- ku awarii katastrofalnej, Energe-
troniczne sterowane za pomocą sys- cesorowych) umożliwiają praktycznie goelektronicznych do rozruchu tyka 2 / 2004.
reklama
n r 7 - 8 / 2 0 0 5 w w w. e l e k t r o . i n f o . p l
37
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
ei 05 08 s029ei 05 02 s034ei 05 08 s025ei 05 08 s038ei 05 08 s010ei 05 08 s026ei 05 08 s068ei 05 08 s070ei 05 08 s022ei 05 08 s006ei 05 08 s040ei 05 08 s086ei 05 08 s076ei 05 08 s044ei 05 08 s048ei 05 08 s030ei 05 08 s060ei 05 08 s079więcej podobnych podstron