TÄITURID - ELEKTROMEHAANILISED TÄITURID

Sujuvkäivitiga ajam

Sujuvkäiviti ja tema tööpõhimõte

Sujuvkäiviti on türistoridel töötav vahelduvpingeregulaator, mis on ette nähtud asünkroonmootorite sujuvaks käivitamiseks (väikese voolutõukega), pidurdamiseks või peatamiseks ja energiasäästu saamiseks muutlikul koormusel. Kiirendus – ja aeglustusrambid on kasutaja poolt sätitavad. Lisaks sellele võimaldavad sujuvkäivitid dünaamilist pidurdust, lühiajalist väikekiirusel pöörlemist (kuni 120 s). Raske käivitustalitluse puhul (masina seisuhõõrde ületamiseks) saab rakendada ka löökkäivitusimpulsi (kick start). Firma ABB sujuvkäiviti on näidatud Joonis 2.28.

>

Joonis 2.28. Firma ABB sujuvkäiviti

Tavaliselt koosneb vahelduvpingeregulaator kahesuunalistest (nt sümistoridest) või vastuparalleelselt ühendatud pooljuhtventiilidest (nt türistoridest). Pinget muudetakse türistoride tüürnurkade α juhtimisega, millega saavutatakse pinge madalam efektiivväärtus. Sujuvkäiviti ei muuda sagedust, seega ei sobi sujuvkäiviti kiiruse reguleerimiseks. Joonis 2.29 on näha, punktiirjoonega pinge muutumist võrgus ning sellest tekkivat elektrivoolu. Kui teatud momendil, nurk alfa, lülitatakse türistor sisse, siis langeb mootorile ainult osa tervest siinuspinge poolperioodist. Tüürnurk määrab ära ka pinge ja voolukõverate vahelise nihke, sest vool tekkib ahelas ainult pinge olemasuolul.

Joonis 2.29. Vahelduvpingeregulaatori väljundpinge ja -voolu diagrammid erinevate tüürnurkade puhul [21].

Sujuvkäivitid võivad olla kas ühe või kolmefaasilised.

Ühefaasiline vahelduvpingeregulaator (vt. Joonis 2.30) koosneb kahest vastuparalleelselt ühendatud türistorist. Pinge väärtust muudetakse türistoride avamishetke reguleerimisega faasijuhtimise põhimõttel. Suletavate pooljuhtventiilide (nt transistoride) puhul saab sujuvkäiviti juhtimiseks kasutada ka pulsilaiusmodulatsiooni põhimõtet. Ühefaasilisi vahelduv­pingeregulaatoreid kasutatakse laialdaselt kodumasinate ja tööriistade, nt elektritrellide, pesumasinate, tolmuimejate jms universaalmootoritega ajamite kiiruse reguleerimiseks. Samuti kasutatakse vahelduvpingeregulaatoreid valgustuse reguleerimiseks. Vahelduvpinge­regulaatorite peamiseks rakenduseks võimsates ajamites on sujuvkäivitid [21].

Kolmefaasiline vahelduvpingeregulaator (vt. Joonis 2.30) koosneb kolmest ühefaasilisest regulaatorist. Kui koormuse keskpunkt on ühendatud neutraaljuhiga N, on kolmefaasilise pingeregulaatori reguleerimiskarakteristik identne ühefaasilise vaheldupingeregulaatori omaga. Kui ühendust neutraaljuhiga pole (tihti mootoritel seda ei olegi), peavad türistorid voolu tekitamiseks sisse lülituma paarikaupa, mis halvendab tunduvalt reguleerimisomadusi. Mõningaid kolmefaasilisi vahelduvpingeregulaatoreid juhitakse ainult kahe faasi muutmisega ning kolmas ühendatakse otse võrku. Sellisel juhul tuleb tähelepanu pöörata sellele, et sujuvkäiviti ühendamisel võib primaarpoole ühendamisel ka sekundaarpool, mis ei sisalda türistore, sattuda pinge alla.

Joonis 2.30. Vahelduvpingeregulaatorid: (a) ühefaasiline, (b) kolmefaasiline [21].

Sujuvkäiviti ühendamine

Sujuvkäiviti ühendamiseks on kaks erinevat võimalust- In line, mis on kõige levinuim ühendamise viis, ja In Delta. Ainult mõned üksikud sujuvkävitid võimaldavad In Delta ühendamist. Vaatleme mõlemat ühendamise viisi nüüd lähemalt.

7. In Line ja In Delta

In line on kõige levinuim viis sujuvkäiviti ühendamiseks. 3 faasi on järjestikuliselt ühendatud liigkoormuskaitselülitiga, põhikontaktoriga ja teiste seadmetega. Sellise ühenduse puhul peab sujuvkäiviti olema valitud kooskõlas mootori andmetega. Näiteks vooluga 100 A töötav mootor nõuab 100 A sujuvkäivitit, 100 A kontaktorit.

In Delta ühendus võimaldab ühendada mootorit kolmnurka nii, et oleks võimalik asendada täht-kolmnurk käivitust. Kui sujuvkäiviti on ühendatud In Deltasse, siis on ta ekspluateeritud  kõigest 58 % (1/√3) ulatuses oma täisvõimsusest. Sellepärast on võimalik mootorile valida väiksema võimsusega sujuvkäivitit ja ja sellega saavutada odavama lahenduse. Näiteks 100 A mootor nõuaks käivitamiseks 58 amprilist sujuvkäivitut, 58 amprilist kontaktorit. Sellise mootori ühendamisel peab olema tagatud ka kuue juhtmeline kaabel.

a

b

Asünkroonmootori käivitamine sujuvkäivitiga

Mootori käivitamine on üks ülimalt tähtis protsess, kuna see kutsub esile mootori paigaltvõtu ja kiirendamise, mis omakorda kutsuvad esile suure momendi tekkimise ja suurema voolu tarbimist võrgust. Igat käivitusprotsessi iseloomustavad pinge voolu, või sageduse momendi diagrammid. Sujuvkäiviti puhul saab paindlikult valida sobiva käivitusrambi. Kui mootori käivitamine on raskendatud võib lahtimurdemomendi saavutamiseks rakendada ka hetkelist täispingega käivitusimpulssi. Lühisrootoriga asünkroonmootori normaalkäivitusel võib käivitusvool olla 3-4 korda suurem nimivoolust, raskel käivitusel 4-5 korda. Kui võrrelda käivitamist sujuvkäivitiga teiste käivitusviisidega nagu otsevõrkkäivitus ja täht-kolmnurkkäivitus, siis võib märgata, et sujuvkäiviti kiirendusramp on tõepoolest sujuvam (vt. Joonis 2.31). Kiirendusrambi kestus tuleb valida vastavalt koormusele, liiga suurele koormusele ei tohi määrata lühikese kestusega käivitusrampi, kuna see võib põhjustada ülekoormuskaitse rakendumise. Samuti ei saa väikesele koormusele programmeerida liiga pika kestusega käivitusrampi, kuna see võib põhjustada liigkoormuskaitse rakendumise.

Joonis 2.31. Pinge-aja tunnusjooned erinevatel käivitusviisidel [28]

Voolu ja momendi muutumine asünkroonmootori erinevatel käivitusviisidel on näidatud Joonis 2.32. Nagu võib märgata, on sujuvkäiviti puhul käivitusvool väiksem ning moment muutud sujuvamalt.

Joonis 2.32. Voolu ja momendi sõltuvused pöörlemiskiirusest erinevatel käivitusviisidel

Ühe sujuvkäivitiga võib käivitada korraga ka mitu mootorit. Joonis 2.33 on näidatud sujuvkäiviti kasutamine kahe asünkroonmootori üheaegse käivitamise lülituses. Mõlemat mootorit toidetakse ühisest toitevõrgust läbi liigvoolu vabastiga kaitselüliti ja kontaktori kontaktide ning sujuvkäiviti. Mootorite liigkoormuskaitse on realiseeritud eraldi termoreleedega. Mootorite pidurdamiseks võib kasutada mootori vaba väljajooksu, pidurdamist rambiga, alalisvoolupidurdust ja dünaamilist pidurdust (vt. punkt 2.5.7.).

Toitevõrk Liigvooluvabastiga kaitselüliti või sulavkaitsmed Kontaktor Sujuvkäiviti Liigkoormuskaitse termoreleed Mootorid

Sujuvkäiviti kaitsefunktsioonid

Tänapäeval täidab sujuvkäivitite juhtimissüsteem mitmeid mootori ja käivitusseadme kaitsefunktsioone. Kaitsefunktsioonid kaitsevad nii mootorit, aga ka töömasinat, mida mootor käitab. Nendeks on näiteks

• eelnevalt sätestatud maksimaalvoolupiirang,
• sisend- ja väljundfaasi katkestus,
• türistoride lühis (mõned sujuvkäivitid võivad töötada ka lühistatud türistoriga [28],
• liigkuumenemine,
• toitepinge väär sagedus,
• protsessori rike.

Mõnede sujuvkäivitite puhul lisanduvad loetletud kaitsefunkt­sioonidele veel voolu kaudset soojuslikku toimet ja mootori jahtumist arvestav liigkoormus­kaitse, mootori liigkuumenemis- ehk termistorkaitse, seiskunud rootori, koormuse ootamatu kadumise, juhtseadme mäluvigade, pikaleveninud käivituse ja liiga kaua kestva väikekiirusel talitlusaja funktsioonid. Näiteks pumpade käivitusrambi sujuv juhtimine võimaldab vältida hüdraulilist lööki torustikes.

Sujuvkäiviti valik

Tavaliselt valitakse sujuvkäiviti mootori nimivõimsuse järgi. Mõningatel juhtudel tuleb valida suurema võimsusega saujuvkäiviti. Nendeks juhtudeks on kas rasked käivitustingimused või tihe käivitamine. [28].

Tabel 2.7 annab pisikese ülevaate sujuvkäiviti valikust [28].

Tabel 2.7. Sujuvkäiviti valikukriteeriumid

	Normaalne käivitus (normal start)	Raske käivitus (Heavy duty start)
Tüüpilised rakendusalad	Kompressor, eskalaator, tsentrifugaalpump, lift.	Pikk konveier, purusti, segisti, veski
Valik	Sujuvkäiviti valida vastavalt mootori nimiandmetele.	Normaalse käivitusega sujuvkäiviti puhul valida üks suurus suurem sujuvkäiviti kui mootori nimivõimsus. Kui sujuvkäiviti on loodud raske käivituseks, siis valida sujuvkäiviti vastavalt mootori nimivõimsusele.

 

Sujuvkäiviti rakendamise näide: tsentrifugaalventilaator

Vaatleme järgnevalt tsentrifugaalventilaatorit, mida käitab kolmefaasiline lühisroototiga asünkroonmootor (vt. Joonis 2.34).

Joonis 2.34. Tsentrifugaalventilaatoriga asünkroonmootor [28]

Mõned masinad on loodud selliselt, et neid käivitatakse vähendatud käivitusmomendiga st koormusvabalt. Suuri tsentrifugaalventilaatoreid käivitatakse tihti kinnises keskkonnas, mis teeb käivituse lihtsamaks, kuid kuna ventilaatori inertsimoment on küllalt suur, siis võib käivitus kesta suhteliselt kaua.

Tsentrifugaalventilaatorid on tihti käitavad rihmadega. Otsevõrkkäivitusel kipuvad viimased aga libisema, mis on põhjustatud nende masinate suurest inertsimomendist (võrreldav hoorattaga), mida ei ole kerge paigalt nihutada. Rihmade libisemine on ebasoovitav nähtus, mis vajab suuri kulutusi hooldusele ja väljavahetamisele, samas kui tootmine seisab.

Täht-kolmnurk käivitusel on küll käivitusmoment väiksem, aga kuna ventilaatori puhul suureneb moment pöörlemiskõveraga ruutvõrdeliselt, ei saavuta mootor tähtühenduses vajalikku momenti, et mootorit piisavalt kiirendada. Ümberlülituse hetkel tekkib aga suur voolutõuge ja seega ka pinge ülekandes, mis on tihti võrreldavad otsevõrkkäivitusega. Libisevate rihmade puhul võib see aga tõsta veelgi kõrgemale. Ainus võimalus libisemise vältimiseks on rihmad rohkem pingule tõmmata.

Joonis 2.35. Täht-kolmnurk käivitamisel tekkiv vooluimpulss [28]

Üheks võimalikuks viisiks vähendada käivitusmomenti on kasutada sujuvkäivitit mootori käivitamiseks. Õigesti valitud sujuvkäiviti puhul on pinge käivitamisel piisavalt madal, et vältida rihmade libisemist ja piisavalt kõrge, et ventilaator käivitada. Lisaks sellele võimaldab sujuvkäiviti käivitada masinat tühijooksul ja koormatult.

Sujuvkäiviti valikul tuleb lähtuda mootori nimiandmetest ja käivitusviisist. Normaalsel käivitusel tuleb sujuvkäiviti valida vastavalt mootori nimiandmetele, raskel käivitusel valida kas selleks ette nähtud sujuvkäiviti samade mootori parameetritega. Võib ka valida normaalse käivituse jaoks ette nähtud, aga üks klass kõrgemat, sujuvkäivitit. Soovitavad algparameetrid oleksid:

• Stardirambi kestus: 10 s.
• Pidurdusrambi kestus: 0 s (pidurdamine vaba väljajooksuga)
• Algpinge: 30 % mootori nimipingest (vt. Joonis 2.31. Pinge-aja tunnusjooned erinevatel käivitusviisidel).
• Soovitav on kasutada ka voolupiirangut.