Руководство по Применению MCD200

Руководство по применению устройств плавного пуска
серии MCD200 (MCD201 and MCD202) Danfoss Drives

функции плавного пуска

¦ Руководство по применению
В данном разделе приводится информация, которая будет полезна при выборе и применении устройств плавного пуска MCD200 (MCD201 and MCD202) Danfoss Drives.
¦ Процедура пуска при пониженном напряжении
При пуске в условиях полного напряжения асинхронные двигатели переменного тока первоначально отбирают
ток заторможенного ротора (LRC - Locked Rotor Current) и развивают вращающий момент заторможенного ротора
(LRT - Locked Rotor Torque). Когда двигатель набирает скорость, ток падает, а вращающий момент возрастает
вплоть до срыва (break down) вращающего момента перед падением до уровня, соответствующего полной скорости.
Как величина, так и форма кривых тока и вращающего момента зависят от конструкции двигателя.

Двигатели, имеющие почти одинаковые характеристики при полной скорости, часто значительно отличаются по
пусковым характеристикам. Ток заторможенного ротора может иметь значения в диапазоне от 500 % до более чем
900 % от значения тока полной нагрузки двигателя. Вращающий момент заторможенного ротора может находить-
ся в диапазоне от низких значений, порядка 70% величины вращающего момента при полной нагрузке двигателя
(Full Load Torque, FLT), до высоких значений – около 230 % FLT. Характеристики тока и вращающего момента двигате-
ля при полном напряжении представляют собой предельные значения, которые могут быть достигнуты с помощью
пускателя пониженного напряжения. В установках, для которых принципиальное значение имеет либо минимиза-
ция пускового тока, либо увеличение до максимума пускового вращающего момента, важно обеспечить
использование двигателя с низкими характеристиками LRC и высокими характеристиками LRT.
В случае использования пускателя пониженного напряжения, пусковой вращательный момент двигателя уменьша-
ется в соответствии с формулой:

где: TST = Пусковой вращающий момент
        IST = Пусковой ток
        LRC = Ток заторможенного ротора двигателя
        LRT = Вращающий момент заторможенного ротора электродвигателя
Пусковой ток можно понизить только до той точки, в которой результирующее значение пускового вращающего
момента еще превышает значение вращающего момента, необходимого под нагрузкой. Ниже этой точки разгон дви-
гателя прекращается и двигатель/нагрузка не выходят на полную скорость.
Широко применяют по большей части такие пускатели пониженного напряжения:
• Пусковые переключатели со звезды на треугольник
• Пусковые автотрансформаторы
• Устройство для пуска двигателя с сопротивлением в первичной цепи (primary resistance)
• Устройства для плавного пуска двигателя на силовых полупроводниковых приборах
Пуск посредством переключения со звезды на треугольник представляет собой самое недорогое устройство для
осуществления пуска при пониженном напряжении, однако его эффективность ограничена. Наиболее значитель-
ные ограничения следующие:
1. Отсутствует контроль за понижением уровня тока и вращающего момента, они зафиксированы на уровне
одной трети от величины полного напряжения.
2. В момент переключения пускателя со звезды на треугольник обычно имеют место очень высокие переход-
ные значения тока и вращающего момента. Это является причиной ударных механических и электрических
нагрузок и часто приводит к повреждению оборудования. Переходные нагрузки возникают в связи с тем,
что, в тот момент, когда двигатель в процессе вращения отсоединяют от источника питания, он работает
как генератор с напряжением на выходе, которое может иметь ту же амплитуду, что и напряжение пита-
ния. Это напряжение еще сохраняется при повторном подсоединении по схеме треугольник, и может ока-
заться точно в противофазе. В результате возникает ток, который почти вдвое превышает ток затормо-
женного ротора и вращающий момент, в четыре раза превышающий вращающий момент заторможенного
ротора.
Пуск с помощью автотрансформатора предоставляет определенные возможности контроля тока и вращающего
момента, по сравнению с методом пуска звезда/треугольник, однако подвод напряжения и в этом случае является
ступенчатым. К числу ограничений пуска при помощи автотрансформатора относится:
1. Переходные вращающие моменты, обусловленные переключением напряжений.
2. Ограниченное число позиций выходного напряжения, которые не позволяют выбрать идеальную величину
пускового тока.
3. Высокая стоимость моделей, пригодных для использования в условиях частого или продолжительного пуска.
4. Невозможность обеспечить эффективный пуск при пониженном напряжении в условиях нагрузок с изме-
няющимися пусковыми требованиями. Например, транспортер может запускаться в нагруженном или
ненагруженном состоянии. Пусковой автотрансформатор можно оптимизировать только для одного из этих условий.
Устройства для пуска двигателя с сопротивлением в первичной цепи также предоставляют большую возможность
управления пуском, чем пускатели звезда/треугольник.
Тем не менее, они имеют несколько особенностей, которые приводят к уменьшению их
эффективности. К этим особенностям относятся:
1 Трудности, возникающие при оптимизации процесса пуска в момент ввода в эксплуатацию, поскольку ве-
личина сопротивления рассчитывается при изготовлении пускателя и впоследствии ее трудно изменить.
2. Невысокие рабочие характеристики в условиях частого пуска, поскольку величина сопротивления меняется
под действием тепла, когда резисторы нагреваются в процессе пуска. Для их охлаждения необходим дли-
тельный промежуток времени между пусками.
3. Недостаточная эффективность работы при пуске в тяжелом режиме или при продолжительном пуске, по-
скольку нагревание вызывает изменение сопротивления резисторов.
4. Невозможность обеспечить эффективный пуск при пониженном напряжении в условиях нагрузок с
изменяющимися пусковыми требованиями.
Пусковой ток можно понизить только до той точки, в которой результирующее значение пускового вращающего
момента ещепревышает значение вращающего момента, необходимого под нагрузкой. Ниже этой точки разгон дви-
гателя прекращается и двигатель/нагрузка не выходят на полную скорость.
Широко применяют по большей части такие пускатели пониженного напряжения:
• Пусковые переключатели со звезды на треугольник
• Пусковые автотрансформаторы

Наиболее прогрессивными пускателями пониженного напряжения являются устройства для плавного пуска
двигателей.

Они обеспечивают чрезвычайно эффективный контроль тока и вращательного момента, прогрессивные методы защиты двигателя, и обладают удобным интерфейсом.
Главные преимущества устройств для плавного пуска заключаются в том, что они обеспечивают:
1. Простой и гибкий контроль пускового тока и вращающего момента.
2. Плавное регулирование напряжения и тока, отсутствие бросков и перепадов.
3. Возможность частого пуска.
4. Возможность реагирования на изменяющиеся условия пуска.
5. Управление плавной остановкой с тем, чтобы увеличить про должительность периода замедления
вращения двигателя.
6. Управление тормозом для того, чтобы уменьшить продолжи тельность периода замедления вращения
двигателя.
¦ Типы управления режимом плавного пуска
Термин «плавный пуск» употребляется в отношении целого ряда методов. Все эти методы относятся к пуску двигате-
ля, но используемые методы, а также предоставляемые ими преимущества различаются существенным образом.
Устройства для плавного пуска можно разделить на следующие категории регуляторов:
• Вращающего момента,
• Напряжения разомкнутой цепи,
• Напряжения замкнутой цепи,
• Тока замкнутой цепи.
Регуляторы вращающего момента обеспечивают только снижение величины пускового вращающего момента. В за-
висимости от конструкции, они регулируют только одну из двух фаз. Вследствие этого они не осуществляют регули-
рование пускового тока, что предусмотрено более совершенными моделями устройств для плавного пуска.
Однофазные регуляторы вращающего момента следует использовать с контактором и при перегрузке двигателя. Они
пригодны для несложных вариантов применения с невысокой или средней частотой пусков. Трехфазные регуляторы
следует использовать в случае повторяющихся пусков или высоко инерционных нагрузок, поскольку однофазные ре-
гуляторы вызывают повышенное нагревание двигателя при пуске. Причина нагревания состоит в том, что в обмот-
ке двигателя течет почти такой же ток, как при полном напряжении, который не контролируется однофазным регу-
лятором. Такой ток течет в течение более продолжительного периода времени, чем при DOLпуске, что приводит к
повышенному нагреванию двигателя.
При пуске двигателя в условиях перегрузки необходимо использовать двухфазные регуляторы вращающего момента,
которые в состоянии осуществить пуск и остановку двигателя без контактора, но двигатель остается под напряже-
нием даже тогда, когда он находится в не рабочем режиме.
При установке таких пускателей двигателя очень важно выполнить соответствующие мероприятия по технике без-
опасности, а также следует удостовериться в том, что работа в таких условиях разрешена местными правилами.
Регуляторы напряжения разомкнутой цепи позволяют регулировать все три фазы и обеспечивают преимущества,
которые обычно связаны с плавным пуском, в отношении как электрических, так и механических аспектов работы
оборудования. Эти устройства заранее заданным способом регулируют напряжение, подаваемое на двигатель, и не
имеют обратной связи с пусковым током.
Предусмотрено регулирование пуска пользователем, путем выполнения установок Начального напряжения, Продолжи-
тельности вывода на рабочий режим и удвоенной продолжительности вывода на этот режим. Обычно имеется
также возможность плавной остановки, которая предусматривает возможность увеличения продолжительности
остановки двигателя.
Регуляторы напряжения разомкнутой цепи необходимо использовать при перегрузке двигателя и, по необходи-
мости, с линейным контактором. Поэтому эти устройства являются компонентами, которые следует использовать
совместно с прочими элементами, образующими полную систему устройства для пускадвигателя.
Регуляторы напряжения замкнутой цепи представляют собой вариант устройств для регулирования напряжения
разомкнутой цепи. У них имеется обратная связь с пусковым током двигателя, которая используется для пре-
кращения линейного нарастания напряжения по достижении установленного пользователем ограничения вели-
чины пускового тока. Установки и настройки, выполняемые пользователем, те же, что и для регуляторов напря-
жения разомкнутой цепи; кроме того, устанавливается ограничение тока.
Информацию о токе двигателя также часто используют для обеспечения нескольких функций защиты, основан-
ных на значении тока. К числу этих функций относятся защита от перегрузки двигателя, перекос фаз, элек-
тронная предохранительная схема, защита от тока, меньшего минимально допустимого и т.п. Эти устройства
представляют собой полностью укомплектованные пускатели для двигателей, которые обеспечивают как уп-
равление пуском/остановкой, так и защиту двигателя.
Наиболее прогрессивным методом осуществления плавного пуска является регулирование с обратной связью по току.
В отличие от устройств, принцип работы которых основывается на значении напряжения, метод регулирова-
ния тока по сигналу обратной связи использует в качестве первичной характеристики значение тока. Преимущества тако-
го подхода заключаются в возможности точного регулирования пускового тока и простоте настройки. Большая
часть выполняемых пользователем установок, необходимых в устройствах, регулирующих напряжение замкну-
той цепи, и в устройствах, принцип работы которых основывается на значении тока, может выполняться авто-
матически.
¦ Принципы регулирования MCD 200 Danfoss
Устройства плавного пуска двигателей MCD 200 осуществляют контроль всех трех фаз подаваемого на дви-
гатель тока. Они представляют собой регуляторы тока замкнутой цепи, использующие алгоритмы постоянного
тока для наилучшего управления плавным пуском.
¦ Интерпретация показателей устройств плавного пуска
Максимальный показатель (rating) устройства плавного пуска рассчитывается таким образом, чтобы темпера-
тура переходов силовых тиристорных модулей (SCR) не превышала 125°С. На температуру переходов SCR влияют пять ра-
бочих параметров: ток двигателя, пусковой ток, продолжительность пуска, количество пусков в час, время
пребывания в выключенном состоянии. Полный показатель конкретной модели устройства плавного пуска должен
учитывать все эти параметры. Для полного описания эксплуатационных возможностей устройства плавного
пуска недостаточно учитывать только показатель по току.
В документе IEC 6094742 подробно определены эксплуатационные категории АС53, используемые для описания
показателей устройств плавного пуска. Определены два кода AC53:
1. AC53a: для устройств плавного пуска, используемых без обходных контакторов.
Например, приведенный ниже код AC53a описывает устройство плавного пуска, которое может обеспечивать ра-
бочий ток 256 A и пусковой ток, равный 4,5 х FLC в течение 30 секунд 10 раз в час, причем двигатель работает в
течение 70% каждого рабочего цикла. (Рабочий цикл равен 60 минутам, деленным на количество пусков в час).

• Показатель пускового устройства по току: максимальный показатель FLC двигателя, подключаемого
к устройству плавного пуска, при условии, что рабочие параметры определены остальными величинами, приведенными в коде AC53a.
• Пусковой ток: максимальный пусковой ток, который будет отбираться во время пуска.
• Продолжительность пуска: время, необходимое для разгона двигателя.
• Цикл работы под нагрузкой: выраженная в процентах доля времени каждого рабочего цикла, в течение которого будет работать устройство плавного пуска.
• Количество пусков в час: количество рабочих циклов в час.
2. AC53b: для устройств плавного пуска, используемых с обходными контакторами.
Например, приведенный ниже код AC53b описывает устройство плавного пуска, используемое с обходным контактором,которое, может обеспечивать рабочий ток
145 A и пусковой ток, равный 4,5 х FLC в течение 30 секунд, причем интервал времени между окончанием очередной процедуры пуска и началом следующей процеду-
ры пуска должен составлять не менее 570 секунд.

В целом, устройство плавного пуска характеризуется несколькими показателями в отношении тока. Эти показатели по току зависят от пускового тока и рабочих харак-
теристик, необходимых для конкретного использования устройства.
Для того чтобы можно было сравнивать между собой показатели в отношении тока для различных устройств плавного пуска, рабочие параметры устройств должны
быть одинаковыми.
¦ Выбор модели
Для полного понимания процедуры выбора модели важно иметь хорошее представление об основополагающих принципах определения показателей ус-
тройств для плавного пуска двигателя. Просим прочесть предыдущий раздел настоящей Инструкции «Интерпретация показателей устройств плавного пуска».
Возможны два подхода к выбору модели. Наиболее приемлемый способ базируется на учете конкретных условий применения.
Можно также получить техническую поддержку от регионального поставщика.
Стандартная процедура выбора модели.
Этот способ пригоден в случае использования устройства с типичным промышленным оборудованием, показатели которого являются стандартными для MCD 200:
10 пусков в течение часа, 50 % рабочего цикла, 40°C, <1000 м.
1. Воспользуйтесь данными приведенной ниже таблицы для того, чтобы определить типичное значение пускового тока, необходимого для приводимой в движе-
ние нагрузки.
2. См. таблицы «Показатели тока» в разделе «Спецификации» настоящей инструкции и, используя установленное, как описано выше, типичное значение пу-
скового тока, выберите модель MCD 200 Danfoss, у которой показатель тока полной нагрузки (FLC) больше или равен FLC, приведенному на фирменной табличке
двигателя.

Общего назначения и в водном хозяйстве

Металлургическая и горнодобывающая промышленность

Пищевая промышленность

Целлюлозно-бумажная промышленность

Нефтехимическая промышленность

Транспорт и металлорежущая промышленность

Лесозаготовительная и деревообрабатывающая
промышленность Пиломатериалы и лесоматериалы

Требования к пусковому току, которые приведены выше, типичны и адекватны в наиболее часто встречающихся условиях. Однако требования к
пусковому вращающему моменту и производительности двигателей и машин изменяются. Для того чтобы добиться большей точности, следует использо-
вать усовершенствованную процедуру выбора модели. MG.17.c1.50 - VLT is a registered Danfoss trademark
Устройство MCD 200 - Руководство по разработке 25
¦ Типичные варианты применения
В случае установки с оборудованием, работающим за пределами стандартных показателей MCD200, т.е. 10 пусков в течение часа, 50% ра-
бочего цикла, 40°C, ( 1000 м, следует обратиться за консультацией к местному поставщику.
Усовершенствованная процедура выбора модели В этом методе используются данные двигателя и данные нагрузки для определения требуемого пускового то-
ка и предполагается работа в пределах стандартных показателей MCD 200 Danfoss, т.е. 10 пусков в течение часа, 50% рабочего цикла, 40°C, < 1000 м.
Усовершенствованную процедуру выбора модели следует использовать в тех случаях, когда считается недостаточно надежным полагаться на типичные цифры, приве-
денные для стандартной процедуры выбора модели.
Усовершенствованную процедуру выбора модели также рекомендуется использовать при высоко инерционных нагрузках и установках, в которых установлены мощные
двигатели, когда характеристики пуска двигателя могут изменяться в широких пределах.
1. Рассчитать требуемый пусковой вращающий момент, выражая его в процентном отношении от величины вращающего момента при полной нагрузке двигателя
(FLT).
Как правило, поставщики оборудования в состоянии предоставить данные, касающиеся требований к пусковому вращающему моменту поставляемого обо-
рудования. В тех случаях, когда эти данные не представлены в процентах от величины FLT, данные следует пересчитать.
Вращающий момент при полной нагрузке двигателя можно рассчитать следующим образом:

2. Рассчитать минимальный пусковой ток, который необходим двигателю для создания рассчитанного выше вращающего момента.

     IST = минимальный требуемый пусковой ток
     LRC = ток заторможенного ротора двигателя
     LRT = вращающий момент заторможенного ротора двигателя
     TST = требуемый пусковой вращающий момент
3. См. таблицы «Показатели тока» в разделе «Спецификации» настоящей Инструкции. Выбрать в таблице показателей тока колонку «Пусковой ток»,
значение которого больше или равно рассчитанной выше минимально необходимой величине пускового тока. Пользуясь данными этой колонки, выберите
модель MCD 200 Danfoss, у которой показатель Тока полной нагрузки (FLC) больше или равен FLC, приведенного на фирменной табличке двигателя.

¦ Типичные варианты применения

Устройства для плавного пуска двигателя можно с успехом использовать почти во всех вариантах применения. В приведенной ниже таблице указаны типичные их преимущества: