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Nei grandi scenari industriali come la siderurgia, l'industria mineraria e l'ingegneria chimica, i motori a corrente alternata (AC) con potenza che va da diverse centinaia di kilowatt a diversi megawatt sono ampiamente utilizzati. Tuttavia, il loro processo di avviamento raramente adotta il metodo di "avviamento a piena tensione"; al suo posto, sono generalmente installati degli avviatori statici. Perché motori a corrente alternata di queste dimensioni non possono avviarsi direttamente tramite accensione come i piccoli motori domestici? Quale ruolo cruciale svolge l'avviatore statico (AC) nel processo di avviamento?
Il motivo principale per cui i grandi motori industriali a corrente alternata necessitano di soft starter risiede nella contraddizione tra le loro caratteristiche di avviamento e il sistema di alimentazione industriale. I soft starter risolvono i molteplici rischi causati dall'avviamento a piena tensione regolando delicatamente i parametri di avviamento, che possono essere analizzati da tre dimensioni: il motore stesso, il sistema di alimentazione e il processo produttivo.
1. Sopprimere la corrente di spunto all'avviamento e proteggere gli avvolgimenti e l'isolamento del motore
La corrente di spunto (nota anche come corrente di spunto) di un motore a corrente alternata è pari a 5-7 volte la sua corrente nominale. Questa caratteristica deriva dal principio elettromagnetico al momento dell'avviamento del motore: all'avviamento, il rotore non ha ancora ruotato, la velocità alla quale gli avvolgimenti dello statore interrompono il campo magnetico è nulla e la forza controelettromotrice non può essere stabilita. In questo momento, gli avvolgimenti si affidano solo alla propria resistenza per limitare la corrente, e la resistenza continua degli avvolgimenti del motore è solitamente estremamente piccola, causando un brusco aumento di corrente. Per i motori di piccole dimensioni (come i motori dei ventilatori da poche centinaia di watt), questa corrente di spunto a breve termine non causerà danni evidenti. Tuttavia, i fili degli avvolgimenti dei motori di grandi dimensioni sono più spessi e hanno più spire, e l'enorme corrente di spunto genererà una forte forza elettrica, che può causare la deformazione degli avvolgimenti e la rottura locale dello strato isolante. Allo stesso tempo, l'effetto termico della corrente causerà un aumento istantaneo della temperatura degli avvolgimenti, accelerando l'invecchiamento dell'isolamento e riducendo la vita utile del motore.
Gli avviatori statici aumentano gradualmente la tensione applicata agli avvolgimenti dello statore del motore tramite componenti elettronici di potenza come tiristori e IGBT, aumentando gradualmente la velocità del rotore e stabilizzando gradualmente la forza controelettromotrice. In questo modo, la corrente di avviamento viene controllata entro un intervallo compreso tra 1,5 e 2,5 volte la corrente nominale, evitando danni alla struttura e all'isolamento del motore causati dall'impatto della corrente.
2. Stabilizzare la tensione della rete elettrica ed evitare di compromettere il funzionamento di altre apparecchiature
La corrente di avviamento a piena tensione dei grandi motori CA industriali può raggiungere migliaia o addirittura decine di migliaia di ampere. Una corrente così elevata causerà una significativa caduta di tensione sull'impedenza della linea di alimentazione. Secondo la legge di Ohm, la caduta di tensione di linea è ΔU = I × R (I è la corrente di avviamento, R è l'impedenza di linea). Una forte caduta di tensione in un breve lasso di tempo causerà un calo improvviso della tensione di rete dell'intera officina o persino dell'intera area di produzione. Questa fluttuazione di tensione causerà gravi ripercussioni sulle altre apparecchiature collegate alla stessa rete elettrica: gli strumenti di precisione potrebbero presentare errori di misurazione o spegnersi a causa di una tensione instabile; i sistemi di illuminazione si abbasseranno istantaneamente; altri motori potrebbero bloccarsi a causa di una tensione insufficiente e quindi bruciare gli avvolgimenti. In scenari industriali con carichi sensibili (come sistemi di controllo PLC e convertitori di frequenza), forti fluttuazioni della tensione di rete possono anche causare disturbi al sistema di controllo e innescare incidenti di produzione.
Regolando in modo graduale la tensione di uscita, l'avviatore graduale fa aumentare lentamente la corrente di avviamento, riducendo efficacemente l'impatto della corrente di avviamento sulla rete elettrica, controllando la caduta di tensione di linea entro l'intervallo consentito (solitamente non superiore al 10%) e garantendo la stabilità della tensione di rete e il normale funzionamento delle altre apparecchiature elettriche.
3. Alleviare l'impatto meccanico e proteggere il sistema di trasmissione e il processo di produzione
I motori a corrente alternata di grandi dimensioni solitamente azionano carichi pesanti come ventilatori, pompe idrauliche, frantoi e nastri trasportatori. Durante l'avviamento a piena tensione, la velocità del motore passa istantaneamente da fermo alla velocità nominale, causando un forte impatto meccanico sulle apparecchiature sottoposte al carico. Questo impatto agisce sui componenti di trasmissione come giunti, riduttori e cuscinetti, causando grave usura, allentamento o persino rottura dei componenti, aumentando i costi di manutenzione e i tempi di fermo delle apparecchiature. Allo stesso tempo, l'impatto meccanico influisce anche sulla stabilità del processo produttivo: ad esempio, nella produzione chimica, l'avvio improvviso di una pompa dell'acqua può causare un improvviso aumento della pressione nella tubazione, con conseguente rottura della tubazione o perdita di fluido; nel settore minerario, l'impatto istantaneo di un frantoio può causare il blocco del materiale e influire sull'efficienza produttiva.
L'avviatore graduale fa sì che la velocità del motore aumenti gradualmente da 0 e che l'apparecchiatura di carico si avvii lentamente di conseguenza, evitando il verificarsi di impatti meccanici, prolungando la durata utile del sistema di trasmissione e garantendo la continuità e la stabilità del processo produttivo.
Riepilogo
Il soft starter dei grandi motori a corrente alternata industriali non è un'apparecchiatura ausiliaria superflua, ma un dispositivo fondamentale per risolvere la contraddizione tra le caratteristiche di avviamento del motore e il sistema industriale. Attraverso le tre funzioni principali di soppressione dell'impatto di corrente, stabilizzazione della tensione di rete e attenuazione dell'impatto meccanico, non solo protegge il funzionamento sicuro del motore e delle apparecchiature correlate, ma garantisce anche la stabilità del processo produttivo. È una garanzia importante per il funzionamento sicuro ed efficiente dei motori a corrente alternata nei grandi scenari industriali.
