Устройство плавного пуска электродвигателя: назначение, устройство и принцип работы, преимущества, схема подключения

Устройство плавного пуска — это электронное устройство, которое используется для защиты электродвигателя. Не все электродвигатели оснащены устройствами плавного пуска, но они стали обычным явлением, особенно для электродвигателей мощности и электродвигателей двигателей с большой частотой включений, которые могут быть легко повреждены внезапными скачками пускового тока. В них используются полупроводниковые переключатели для управления напряжением и пусковым током.

Содержание статьи

• Как работают устройства плавного пуска

• В чем отличие пуска от устройства плавного пуска с пуском от автотрансформатора?

• В чем отличие устройства плавного пуска от частотного преобразователя?

• Что означают торможение постоянным током и мягкое торможение?

• Преимущества УПП

• Подключение и настройка УПП

• Что такое адаптивное управление ускорением?

Одним из самых главных недостатков асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором является наличие у них больших пусковых токов. И если теоретически методы их снижения были хорошо разработаны уже довольно давно, то вот практически все эти разработки (использование пусковых резисторов и реакторов, переключение со звезды на треугольник, использование тиристорных регуляторов напряжения и т.д.) применялись очень в редких случаях.

Все резко изменилось в наше время, т.к. благодаря прогрессу силовой электроники и микропроцессорной техники на рынке появились компактные, удобные и эффективные устройства плавного пуска электродвигателей (УПП, motor soft starter, софтстартеры).

Как работают устройства плавного пуска

Устройства плавного пуска — это электронные устройства, предназначенные для плавного пуска асинхронных двигателей переменного тока. Они управляют запуском, постепенно увеличивая напряжение до номинального уровня.

Поскольку ток двигателя пропорционален напряжению питания, устройства плавного пуска значительно ограничивают пусковой ток, и увеличение крутящего момента двигателя постоянно адаптируется к нагрузке ведомого устройства. Это надежно исключает механические удары, а также падения напряжения в питающей сети.

Напряжение питания двигателя уменьшается во время пуска путем изменения угла фазы пуска (тиристора) до начального значения и постепенно увеличивается до полного значения сетевого напряжения с помощью функции линейного изменения с заданным интервалом.

Плавный запуск и остановка экономят приводную систему, обеспечивают бесперебойную работу, сводят к минимуму механические удары и, таким образом, значительно продлевают срок службы оборудования.

С помощью устройства плавного пуска напряжение питания на клеммах двигателя плавно увеличивается до полного напряжения питания, доступного от сети. При торможении все наоборот. Частота вращения вала двигателя не изменяется при использовании устройства плавного пуска, что является его принципиальным отличием от частотного преобразователя. Устройство плавного пуска снижает пусковой ток двигателя с типичных 6-9xIn для прямого пуска до 3-5xIn или меньше. Значение пускового тока можно настроить по мере необходимости.

Только устройство плавного пуска обеспечивает плавное и плавное изменение напряжения и полный контроль над током и крутящим моментом двигателя. Кроме того, устройство плавного пуска защищает двигатель от перегрузок, то есть от перегрева, от обрыва фазы, недопустимого дисбаланса напряжения и тока, а также от короткого замыкания в источнике питания.

Примерами установок с постоянной скоростью, периодически работающих на холостом ходу, являются: приводы металлорежущих и деревообрабатывающих станокв, ленточные пилы, конвейеры, дробилки, мельницы, смесители, прессы, вентиляторы, насосы для наполнения резервуаров и т.п. оборудование.

Система управления фазовой отсечкой и структурная схема 3-фазного устройства плавного пуска с 2-мя управляемыми фазами (с 2-х фазным управлением)

В чем отличие пуска от устройства плавного пуска с пуском от автотрансформатора?

Устройства плавного пуска намного более гибкие, чем пускатели с автотрансформатором, и обеспечивают более плавный пуск, как правило, с меньшими затратами. Пускатели с автотрансформатором не могут адаптироваться к изменяющимся условиям нагрузки (например, обычный пуск и пуск без нагрузки), а пусковой момент не может свободно регулироваться в соответствии с характеристиками двигателя и нагрузки.

Кратковременные скачки и скачки тока по-прежнему происходят на ступенях между напряжениями, и пускатели автотрансформаторами не могут обеспечить плавный останов. Пускатели с автотрансформатором большие и дорогие, особенно если требуется высокий пусковой момент.

Устройства плавного пуска Sirius 3RW30 компании Siemens :

Это компактное устройство плавного пуска со встроенным мониторингом неисправностей и состояния предлагает множество возможностей диагностики. Три светодиода и релейные выходы позволяют наблюдать за приводом и по-разному его диагностировать, поскольку они предоставляют информацию о рабочем состоянии, неисправностях сети или фазы, отсутствии нагрузки, недопустимой настройке времени и класса отключения, тепловой перегрузке или отказе устройства.

В чем отличие устройства плавного пуска от частотного преобразователя?

Устройство плавного пуска дешевле частотного преобразователя (инвертора) как в покупке, так и в эксплуатации. Когда приводная система работает с постоянной скоростью, устройство плавного пуска является лучшим решением, чем частотный преобразователь. Если нет необходимости регулировать скорость вращения, частотный преобразователь представляет собой решение, которое излишне увеличивает инвестиционные затраты и дополнительно вызывает неизбежные потери энергии.

Что означают торможение постоянным током и мягкое торможение?

Однонаправленное торможение и мягкое торможение сокращают время простоя двигателя. Торможение постоянным током использует импульсы постоянного тока для сокращения времени остановки двигателя.

Устройство плавного пуска замедляет двигатель примерно до 70% от его полной скорости, а затем останавливает двигатель с помощью тормозного момента в выбранное время торможения.

Плавное торможение вызывает меньший нагрев двигателя и обеспечивает больший тормозной момент для заданного тока, чем торможение постоянным током, и лучше подходит для нагрузок с чрезвычайно высоким моментом инерции (например, ленточные пилы и циркулярные пилы).

Преимущества УПП

Устройства плавного пуска асинхронных двигателей (УПП) — это устройства, которые значительно увеличивают срок эксплуатации электродвигателей и исполнительных устройств, работающих от вала этого двигателя. При подаче напряжения питания обычным способом, происходят процессы, разрушающие электродвигатель.

Пусковой ток и напряжение на обмотках двигателей, в момент переходных процессов, значительно превышают допустимые значения. Это приводит к износу и пробою изоляции обмоток, «подгоранию» контактов, значительно сокращает срок службы подшипников, как самого двигателя, так и устройств «сидящих» на валу электродвигателя.

Для обеспечения необходимой пусковой мощности, приходится увеличивать номинальную мощность питающих электрических сетей, что приводит к значительному удорожанию оборудования и перерасходу электроэнергии.

Кроме того «просадка» напряжения питания в момент пуска электродвигателя — может привести к порче оборудования, задействованного от этих же источников питания, эта же «просадка» наносит серьезный ущерб оборудованию электроснабжения, уменьшает срок его службы.

В момент пуска электродвигатель является серьезным источником электромагнитных помех, нарушающих работу электронного оборудования, запитанного от этих же электрических сетей, или находящихся в непосредственной близости от двигателя.

Если произошла аварийная ситуация и двигатель перегрелся или сгорел, то, в результате нагрева, параметры трансформаторной стали изменятся настолько, что номинальная мощность, отремонтированного двигателя, может снизиться на величину до 30%, в результате, этот электродвигатель окажется непригодным к использованию на прежнем месте.

Подключение и настройка УПП

Устройство плавного пуска электродвигателей объединяет функции плавного пуска и торможения, защиты механизмов и электродвигателей, а также связи с системами автоматизации.

Плавный пуск с помощью софтстартера реализуется медленным подъемом напряжения для плавного разгона двигателя и снижения пусковых токов. Регулируемыми параметрами обычно являются начальное напряжение, время разгона и время торможения электродвигателя.

Очень маленькое значение начального напряжения может очень сильно уменьшить пусковой момент электродвигателя, поэтому оно обычно устанавливается 30-60% от значения номинального напряжения.

При запуске напряжения скачком увеличивается до установленного значения начального напряжения, а потом плавно за заданное время разгона поднимается до номинального значения. Электродвиагетль будет при этом плавно и быстро разгоняться до номинальной скорости.

Применение софстартеров позволяет уменьшить пусковой «бросок» тока до минимальных значений, уменьшает количество применяемых реле и контакторов, выключателей. Обеспечивает надежную защиту электродвигателей от аварийной перегрузки, перегрева, заклинивания, обрыва фазы, снижает уровень электромагнитных помех.

Устройства плавного пуска электродвигателей просты в устройстве, монтаже и эксплуатации.

Пример схемы подключения устройства плавного пуска электродвигателя

Устройства плавного пуска должны иметь встроенный или внешний байпасный контактор. Байпас вызывает полное отключение устройства плавного пуска и переход к питанию двигателя непосредственно от сети после завершения пуска, и, следовательно, устранение потерь, возникающих в энергосистемах внутри прибора.

Без системы байпаса потери внутри устройства могут достигать 1,5–2% мощности, и это следует учитывать при расчете энергоэффективности приводной системы. После перехода устройства плавного пуска в режим байпаса модуль управления устройства постоянно наблюдает за приводом и в случае получения управляющего сигнала переходит в режим торможения, отключая байпас и принимая на себя нагрузку.

При выборе устройства плавного пуска необходимо учитывать следующее:

1. Ток электродвигателя. Необходимо выбирать устройство плавного пуска по полному току нагрузки двигателя, который не должен превышать ток предельной нагрузки устройства плавного пуска.

2. Максимальное число запусков в час. Обычно оно ограничено софтстартером. Необходимо, что-бы количество запусков в час электродвигателя не превышало этот параметр.

3. Напряжение сети. Каждое устройство плавного пуска рассчитано на работу при определенном напряжении. Напряжение сети питания должно соответствовать паспортному значению софтстартера.

Что такое адаптивное управление ускорением?

AAC (Adaptive Acceleration Control) — еще одно развитие технологии плавного пуска. С помощью AAC устройство плавного пуска «изучает» характеристики вашего двигателя во время пуска и останова, а затем регулирует элементы управления для оптимизации работы.

Устройство плавного пуска оценивает скорость двигателя при каждом запуске и останове AAC и регулирует мощность двигателя, чтобы обеспечить выбранный профиль ускорения или замедления. AAC в значительной степени не зависит от изменений нагрузки и особенно подходит для насосов.

Дополнительно:

Учебное пособие по выбору и применению устройств плавного пуска