Силовая часть схемы управления работой винтового компрессора содержит устройства, через которые подается электропитание на главный двигатель и двигатель вентилятора компрессора. В качестве этих устройств наиболее часто применяются электромагнитные контакторы.

Схематично конструкция контактора показана на рисунке ниже:

1 — электромагнитная катушка;

2 – неподвижная часть сердечника;

3 – подвижная часть сердечника;

4 – неподвижные контакты;

5 – подвижные контакты;

6 – изолирующий держатель подвижных контактов.

При подаче напряжения на катушку 1 подвижная часть сердечника 3 под действием силы притяжения к намагнитившейся неподвижной части сердечника 2 перемещается вниз. При этом неподвижные контакты 4 попарно замыкаются подвижными контактами 5, которые связаны с подвижной частью сердечника 3 держателем 6.

После отключения напряжения от катушки 1 подвижная часть сердечника 3 возвращается в исходное положение под действием пружины (на рисунке не показана) и пары неподвижных контактов 4 размыкаются.

Как видите, устройство контактора довольно просто. Но благодаря ему решается очень важная задача – коммутация силовых цепей питания электродвигателя (а токи в них могут быть довольно большими) при помощи слаботочной цепи питания электромагнитной катушки.

На принципиальных электрических схемах электромагнитный контактор, как привило, изображается следующим образом (здесь показан контактор для трехфазной цепи):

На схеме буквами А1, А2 обозначены выводы электромагнитной катушки, буквами L1, L2, L3 – входные (от источника питания), а буквами Т1, Т2, Т3 – выходные (к обмоткам электродвигателя) силовые клеммы.

Мощность двигателя вентилятора в винтовых компрессорах, как правило, невелика. Поэтому для его включения используется один контактор.

Совсем другое дело – запуск главного двигателя компрессора. Пусковой ток при этом может в 7-8 раз превышать номинальный ток двигателя.

Сразу оговоримся, что описание принципа работы асинхронного электродвигателя выходит за рамки данной статьи. В случае необходимости Вы всегда можете почерпнуть дополнительную информацию из справочников или на просторах Всемирной паутины. Кроме того, мы всегда рады предоставить необходимые сведения после заполнения Вами формы в конце страницы.

Итак, существует несколько способов борьбы с высокими пусковыми токами асинхронного двигателя.

Наиболее распространенным является пуск по так называемой схеме «звезда – треугольник».

Откуда же возник этот термин?

Дело в том, что обмотки трехфазного асинхронного двигателя могут быть соединены «звездой» или «треугольником»:

На типовой идентификационной табличке (шильдике) электродвигателя можно увидеть вот такие данные:

В данном примере рабочее напряжение двигателя при соединении его обмоток «звездой» (Y) составляет 690В, а при соединении «треугольником» (D) – 400В. Номинальный ток при этом составляет 45 и 78А соответственно.

Поскольку в России стандартным считается трехфазное напряжение 400В 50Гц, рабочим для данного двигателя является соединение его обмоток «треугольником».

А что же произойдет, если, сохранив напряжение питания 400В, соединить обмотки двигателя «звездой»?

В случае, когда на валу двигателя постоянно присутствует номинальная нагрузка, такое переключение приведет к росту потребляемого тока. А вот если на валу двигателя в момент пуска нагрузка отсутствует или незначительна, потребляемый ток снизится в 3 раза. Мы не будем здесь приводить математические вычисления, но поверьте – это действительно так.

Из других наших статей, посвященных винтовым компрессорам, Вы уже знаете, что они могут работать в двух режимах – нагрузки и холостого хода. Запуск компрессора всегда происходит на холостом ходу, т.е. нагрузка на вал двигателя очень мала. Поэтому мы смело можем на этапе разгона соединить обмотки двигателя «звездой» для снижения пускового тока.

И лишь через некоторое время (интервал зависит от мощности двигателя, но обычно не превышает 10 секунд) произвести быстрое переключение обмоток на соединение «треугольником».

Как же это реализуется на практике?

Для коммутации обмоток двигателя применяют схему, состоящую из трех контакторов:

При запуске сначала включаются контакторы КМ1 и КМ3, соединяя обмотки двигателя в «звезду». Через заданный промежуток времени, отведенный на разгон, контактор КМ3 отключается, а контактор КМ2 включается. Обмотки двигателя соединяются в «треугольник». Переключение контакторов КМ2 и КМ3 происходит очень быстро (доли секунды).

В тоже время ситуация, когда оба контактора включены (это привело бы к короткому замыканию) невозможна благодаря наличию между ними механической блокировки (на схеме показана небольшим треугольником).

Реально собранная схема «звезда – треугольник» выглядит примерно так:

Сигналы на включение контакторы получают от цепей контроля управления и индикации, которые мы рассмотрим ниже.

Для снижения пусковых токов в силовой части винтовых компрессоров применяют также так называемые устройства плавного пуска (УПП). Хотя УПП применяются не так часто, как схемы «звезда – треугольник», скажем о них несколько слов.

УПП представляет собой довольно сложное электронное устройство, в котором в качестве силовых элементов используются полупроводниковые симметричные тиристоры (симисторы).

Симисторы способны открываться под действием импульсов, подаваемых на их управляющие входы. Как известно, напряжение переменного тока имеет синусоидальную форму. Если открывающие импульсы подавать на управляющие входы симисторов с задержкой, то результирующее напряжение на обмотках двигателя будет тем меньше, чем позже открываются симисторы.

Таким образом, во время пуска напряжение и ток в обмотках двигателя плавно нарастают за заданное время (время пуска). Это позволяет избежать возникновения бросков тока.

Изменение напряжения на обмотках при различных способах пуска:

Изменение тока в обмотках при различных способах пуска:

По истечении времени разгона, когда симисторы закончили выполнять роль регулирующих элементов, они шунтируются встроенным в УПП контактором (см. рисунок «Упрощенная схема силовой части УПП» выше). Это значительно повышает надежность и долговечность устройства.

Следует отметить, что разные модели УПП могут значительно отличаться по своим функциональным возможностям. Дешевые устройства, как правило, позволяют задавать только время разгона и ограничение тока. Они даже могут не иметь шунтирующих контактов. Более дорогие модели УПП имеют широкий набор настроек и встроенную всестороннюю защиту как самого устройства, так и электродвигателя.

В современных винтовых компрессорах также широко применяются частотные преобразователи (ЧП).

Назначение ЧП гораздо более широкое, чем у УПП. Они не только позволяют осуществить плавный разгон двигателя при запуске компрессора, но и осуществляют регулирование скорости вращения роторов винтового блока, изменяя производительность компрессора в широких пределах. О пользе такого регулирования более подробно рассказано в статье «Цепи контроля, управления и индикации».

ЧП является более сложным, по сравнению с УПП, устройством. Он позволяет изменять не только величину, но и частоту напряжения, подаваемого на обмотки двигателя компрессора.

В качестве силовых элементов на выходе ЧМ применяются современные мощные IGBT-транзисторы. Не вдаваясь в подробности, скажем только, что эти полупроводниковые приборы имеют ряд преимуществ перед симисторами, устанавливаемыми в УПП.

В ЧП входное напряжение сначала преобразуется в постоянное при помощи выпрямителя и фильтра. Затем шесть транзисторных ключей по специальному алгоритму, задаваемому схемой управления, формируют из постоянного напряжения двуполярные прямоугольные импульсы переменной ширины. При этом ток в обмотках двигателя (они сами выполняют роль фильтров импульсного напряжения) близок к синусоидальному.

На схему управления транзисторными ключами подается входной сигнал, в зависимости от которого изменяется частота следования прямоугольных импульсов и их ширина. В винтовых компрессорах таким сигналом является, как правило, давление в пневмосети. Также ЧП может управляться контроллером компрессора.

И в заключение скажем несколько слов об устройствах защиты, входящих в состав силовой части схемы управления работой винтового компрессора.

В процессе работы главного двигателя его обмотки неизбежно подвергаются нагреву. Изоляция провода, которым выполнены обмотки, способна выдерживать нагрев только до определенного уровня. При превышении этого порога изоляция начинает разрушаться и, как следствие, происходит замыкание.

Перегрев двигателя может происходить по ряду причин:

• повышенная нагрузка на валу вследствие, например, неисправности в винтовом блоке;
• плохие условия вентиляции внутри компрессора;
• высокая температура окружающей среды и т.д.

Для того, чтобы не допустить разрушения изоляции и вовремя остановить двигатель при перегреве, в его обмотки вмонтированы чувствительные элементы – термисторы.

Это полупроводниковые приборы, сопротивление которых зависит от температуры. Но, в отличие от обычных проволочных терморезисторов, зависимость эта носит резко нелинейный характер.

Термисторы устанавливаются производителем двигателя и конкретная температура резкого роста сопротивления зависит от класса изоляции обмоток.

В трехфазных двигателях термисторы устанавливаются в каждую обмотку и электрически соединяются последовательно. Поэтому контрольное устройство реагирует на изменение общего сопротивления трех термисторов.

Если в схеме управления работой компрессора используется специализированный контроллер, имеющий отдельный вход для подключения термистора двигателя, то никакие дополнительные устройства не требуются. Контроллер распознает резкий рост сопротивления термистора или обрыв цепи, останавливает двигатель и отображает на панели индикации сообщение об аварийной остановке и ее причине.

Если же контроллера нет или он не имеет входа для подключения термистора, необходимо использовать специальное термисторное реле. Его внутренние контакты переключаются при резком изменении сопротивления термистора и этот сигнал можно использовать для подключения к релейной схеме управления работой компрессора или к обычному цифровому входу контроллера.

Также для защиты главного двигателя компрессора служит тепловое реле, подключаемое после контактора КМ1 в схеме «звезда – треугольник».

Само по себе тепловое реле не производит разрыв цепи главного двигателя. Оно реагирует на длительное превышение номинального тока и размыкает контакты 95, 96. Этот сигнал используется для подключения к релейной схеме или контроллеру компрессора.

Следует обратить внимание на то, что при такой схеме подключения (а она наиболее распространена) через тепловое реле протекает не весь потребляемый двигателем ток, а только его часть (1/Ö3 или 58%). Это надо помнить, производя настройку теплового реле (все они имеют регулятор тока срабатывания). Номинальный ток двигателя можно определить по его идентификационной табличке.

В отличие от теплового реле, автоматический выключатель защиты двигателя вентилятора при срабатывании разрывает цепь его питания.

Этот автоматический выключатель также может иметь дополнительную группу контактов, которую можно использовать для передачи сигнала о срабатывании защиты на релейную схему или контроллер компрессора.

Ниже на фото приведен фрагмент силового щита винтового компрессора с установленными контактором и автоматическим выключателем двигателя вентилятора.

Может возникнуть закономерный вопрос: «Почему главный двигатель защищается тепловым реле, а двигатель вентилятора – автоматическим выключателем?»

Ответ достаточно прост.

Дело в том, что двигатели вентиляторов винтовых компрессоров имеют малую мощность и защитные автоматы для них невелики. Мощность же главного двигателя исчисляется десятками, а то и сотнями киловатт. И автоматический выключатель для него (хотя такие и существуют) был бы чрезмерно велик и тяжел. Так что все дело в экономии места.

На этом все.

Все возникшие вопросы вы можете задать в форме ниже. Мы ответим в течение 1-2 рабочих дней.

 

С уважением,

Константин Широких & Сергей Борисюк

Вернуться в раздел Полезная информация

Еще по теме:

Винтовые компрессоры. Общая информация

Принцип работы винтового компрессора

Конструкция/устройство винтового компрессора

Конструкция винтового газового компрессора. Видео

Конструкция винтового блока компрессора

Конструкция всасывающего клапана (регулятора всасывания) винтового компрессора

Конструкция термостата. Назначение термостата в винтовом компрессоре

Конструкция клапана минимального давления (КМД). Назначение КМД в винтовом компрессоре

Конструкция масляного резервуара. Назначение и принцип действия

Конструкция сепаратора тонкой очистки. Назначение и функции в винтовом компрессоре

Схема управления работой винтового компрессора. Общая информация