|
Бесконтактные
пускатели, осуществляющие коммутацию нагрузки с сетью переменного тока через
полупроводниковые ключи, существуют уже довольно долгое время. Бесконтактный
пускатель также обозначается термином тиристорный
пускатель, тиристорный усилитель,
электронный пускатель,
электронный контактор, полупроводниковый
пускатель, полупроводниковый
контактор и др. В отличие от
повсеместно используемых электромагнитных реле, пускателей и контакторов срок
службы бесконтактных пускателей мало зависит от количества циклов
включения-выключения нагрузки и от степени
запыленности окружающей среды, что определяет их повышенную надежность и
долговечность. Благодаря незначительной мощности цепей управления, отсутствия
коммутационных помех, возможности включения в промышленную сеть АСУ ТП
бесконтактные пускатели находят применение в разработках современных
электроприводов с микропроцессорным управлением.
Когда
в качестве коммутируемой нагрузки выступает асинхронный двигатель,
полупроводниковые ключи должны быть рассчитаны на коммутацию 5-7 кратного
пускового тока двигателя. Поэтому для коммутации асинхронного двигателя
полупроводниковые приборы должны выбираться с 3-4 кратным запасом по току по
сравнению с резистивной нагрузкой. Это определяет относительно высокую
стоимость имеющихся на рынке бесконтактных пускателей для управления асинхронными
двигателями. Появление новых силовых полупроводниковых модулей и дискретных элементов,
имеющих меньшую цену и размеры, способствует снижению стоимости бесконтактных
пускателей.
Для
управления трехфазными асинхронными двигателями существует два класса
бесконтактных пускателей: нереверсивные и реверсивные. В отличие от
нереверсивных бесконтактных пускателей к реверсивным пускателям предъявляются повышенные требования к схемам
управления силовыми ключами, т.к. в реверсивном бесконтактном пускателе силовые ключи при
неправильном включении могут образовывать контур короткого замыкания. Кроме
этого силовые ключи должны быть надежно защищены от влияния скачков входного
напряжения.
В
настоящее время в классе нереверсивных бесконтактных пускателей в большом
ассортименте представлены импортные и
отечественные устройства плавного пуска (софтстартеры), осуществляющие плавный запуск
двигателя с пониженным напряжением. Данный класс устройств успешно применяется
для насосов, вентиляторов и других нереверсивных приводов, не критичных к
снижению пускового момента. Большинство устройств плавного пуска имеют
встроенные функции защиты и диагностики двигателя, однако для снижения
стоимости многие импортные производители идут на ограничение и упрощение
функциональности полупроводниковых пускателей. Также существуют относительно недорогие
отечественные и импортные трехфазные твердотельные реле, для которых необходим
внешний охладитель и не имеющие функций защитного отключения.
В
классе реверсивных бесконтактных пускателей представлено значительно меньше
разработок. В настоящий момент на рынке широко представлены отечественные
реверсивные бесконтактные пускатели для исполнительных механизмов мощностью до
1.5-2.2 кВт. Также существуют устаревшие отечественные разработки реверсивных
бесконтактных
пускателей на номинальные токи двигателей от 10 до 40 А, которые
имеют на сегодняшний день неоправданно высокую стоимость, и, к тому же, имеют
релейную схему управления тиристорами. Для данных устройств характерны большие
габариты в связи с применением симисторов и тиристоров, каждый из которых
должен крепиться на отдельном охладителе. Появившиеся недавно на рынке отечественные
реверсивные твердотельные реле, в отличие от нереверсивных, имеют сомнительные
достоинства. Согласно рекомендуемым производителем схемам подключения они требуют довольно большое количество
внешних дополнительных элементов, таких как внешние R-C цепочки, варисторы, а главное,
дополнительные резисторы и индуктивности в силовых цепях. Такое количество
внешних элементов, по всей видимости, обусловлено невысокой защищенностью
модулей к скачкам входного напряжения.
Для
реверсивного привода, работающего в повторно-кратковременном режиме с частыми
пусками применение бесконтактных пускателей наиболее целесообразно в связи с
невысокой надежностью электромагнитных пускателей при работе в частых пусковых
режимах, что в ряде случаев вынуждает
устанавливать пускатели завышенного габарита, с запасом коммутируемой мощности
до 4-х раз.
Основная часть
реверсивных приводов, таких как исполнительные механизмы, задвижки, приводы
станочного оборудования, грузоподъемные механизмы и др. используют двигатели не
более 7.5 кВт. Поэтому разработка недорогих малогабаритных реверсивных пускателей мощностью до 5.5-7.5 кВт позволит восполнить
дефицит, существующий в данном классе устройств.
Специалистами
ООО НПФ «Битек» разработан реверсивный бесконтактный пускатель нового поколения
ПБР-12А для двигателей мощностью до 5.5 кВт. Этот бесконтактный пускатель выполнен на
современной элементной базе с использованием оригинальных схемных и
конструкторских решений, что позволило существенно сократить габариты до уровня
электромеханических пускателей и уменьшить стоимость по сравнению с
существующими аналогами. В бесконтактном пускателе ПБР-12А реализованы все необходимые виды защит,
обеспечивающие безотказную работу самого пускателя и привода. Имеется
светодиодная индикация режима работы, три дополнительных контакта «Вперед»,
«Назад», «Авария». Реверсивный бесконтактный пускатель
ПБР-12А имеет высокую защищенность от флуктуаций и скачков
входного напряжения.
Еще одной важной
отличительной особенностью пускателя бесконтактного реверсивного ПБР-12А является встроенный алгоритм пофазного
безударного пуска, позволяющий устранить ударные нагрузки на привод,
возникающие при прямом пуске двигателя. При этом не происходит снижения
полезного момента и времени пуска, как это происходит в устройствах плавного
пуска. Как известно из литературы [1] ударные нагрузки двигателя при пуске
обусловлены знакопеременными переходными моментами, зависящими от величины
переходных процессов в обмотках двигателя при подключении его к сети. При
включении двигателя в сеть, в его фазах возникают апериодические составляющие
тока, образующие неподвижный затухающий магнитный поток. Взаимодействие
основного вращающегося магнитного потока с этим неподвижным потоком и вызывает
нежелательные знакопеременные переходные моменты при пуске. Суть алгоритма
заключается в поочередном подключении обмоток двигателя к сети с наименьшими
переходными процессами.
На рис. 1, 2 приведены результаты математического моделирования
переходных процессов в двигателе при прямом и пофазном включении соответственно.
Из осциллограмм видно, что при безударном пуске двигателя переходные процессы
практически отсутствуют, при этом нагрузка на двигатель и привод значительно
меньше, чем при прямом пуске.
Конструктивно
пускатель состоит из единого охладителя, на котором размещены тиристоры с
платой управления, и съемной крышки. Для внешних соединений используются
клеммники с прижимными контактами, что упрощает монтаж устройства. Пускатель
снабжен регулировочными резисторами, с помощью которых при эксплуатации
устанавливается номинальный ток пускателя и требуемое время срабатывания
время-токовой защиты, а также светодиодными индикаторами «Работа» и «Авария».
Бесконтактный
реверсивный пускатель ПБР-12А имеет цифро-аналоговую
схему управления. В настоящее время также выпускается более
функциональаня серия реверсивных тиристорных пускателей
БиСТАРТ-Р (нажать
ссылку) для двигателей мощностью от 0.1 до 30 кВт
с применением микроконтроллера, имеющая более расширенные
функции для применения в приводах запорно-регулирующей
аппаратуры и в транспортно-подъемных механизмах. Тиристорные пускатели
БиСТАРТ-Р имеют расширенные функции защиты, и кроме
алгоритма безударного пуска могут использовать алгоритм безударного пуска с нарастанием
напряжения, обеспечивающий более мягкий запуск, чем при пофазном пуске (осциллограммы приведены на
рис.3), а также алгоритм плавного пуска с ограничением тока на заданном уровне.
Литература:
1. Петров Л.П. Асинхронный
электропривод с тиристорными коммутаторами, «Энергия» 1970г.
Me – электромагнитный момент двигателя (о.е.)
Wr – частота вращения двигателя
(о.е.)
|
