Запуск устройства плавного пуска. Устройства плавного пуска электродвигателя: возможности, виды и стоимость решений
Асинхронный электродвигатель имеет возможность самостоятельного запуска из-за взаимодействия между вращающимся потоком магнитного поля и потоком обмотки ротора, вызывая высокий ток в нём. В результате статор потребляет большой ток, который к моменту достижения двигателем полной скорости становится больше номинального, что может привести к нагреву двигателя и его повреждению. Для предотвращения этого необходимо устройство плавного пуска электродвигателя (УПП).
Принцип работы пускателя
Он заключается в том, что устройство регулирует напряжение, приложенное к двигателю во время пуска, контролируя характеристики тока. Для асинхронных двигателей пусковой момент приблизительно пропорционален квадрату пускового тока. Он пропорционален приложенному напряжению. Крутящий момент также можно считать приблизительно пропорциональным приложенному напряжению, таки образом регулируя напряжение во время пуска, ток, потребляемый машиной, и его крутящий момент контролируются устройством и могут быть уменьшены.
Используя шесть SCR в конфигурации, как показано на рисунке устройство плавного пуска может регулировать напряжение, подаваемое на двигатель при запуске от 0 вольт до номинального линейного напряжения. Плавный пуск электродвигателя может осуществляться тремя способами:
- Прямой запуск с применение полного напряжения нагрузки.
- Применяя постепенно пониженное.
- Применение пуска частичной обмотки с помощью стартёра автотрансформатора.
УПП могут быть двух типов:
- Открытое управление : напряжение пуска подаётся с задержкой во времени независимо от тока или скорости двигателя. Для каждой фазы два SCR проводятся сначала с задержкой на 180 градусов в течение соответствующих полуволновых циклов (для которых выполняется каждый SCR). Эта задержка постепенно уменьшается со временем до тех пор, пока приложенное напряжение не достигнет номинального значения. Она также известна, как система временного напряжения. Этот метод фактически не контролирует ускорение двигателя.
- Контроль замкнутого контура : контролируются любые характеристики выходного сигнала двигателя, такие как текущий ток или скорость. Пусковое напряжение изменяется соответственно для получения требуемого отклика. Таким образом, задачей УПП является контроль угла проводимости SCR и управление напряжением питания.
Преимущества плавного пуска
Твердотельные плавные пускатели используют полупроводниковые приборы для временного снижения параметров на клеммах двигателя. Это обеспечивает контроль тока двигателя, чтобы уменьшить крутящий момент предельного значения двигателя. Управление основано на управлении напряжением клемм двигателя на двух или трёх фазах.
Несколько причин, почему этот метод предпочтительнее других:
- Повышенная эффективность : эффективность системы УПП с использованием твердотельных переключателей обусловлена в основном низким состоянием напряжения.
- Управляемый запуск : пусковые параметры можно контролировать, легко изменяя их, что обеспечивает запуск его без каких-либо рывков.
- Управляемое ускорение : ускорение двигателя контролируется плавно.
- Низкая стоимость и размер : это обеспечивается с использованием твердотельных переключателей.
Компоненты твердотельных устройств
Выключатели питания, такие как SCR, которые подвергаются фазовому контролю для каждой части цикла. Для трехфазного двигателя два SCR подключаются к каждой фазе. Реле плавного пуска электродвигателя должны быть рассчитаны как минимум в три раза больше, чем линейное напряжение.
Рабочий пример системы для трехфазного асинхронного двигателя. Система состоит из 6 SCR, контрольной логической схемы в виде двух компараторов - LM324 и LM339 для получения уровня и напряжения рампы и оптоизолятора для управления приложением напряжения затвора к SCR на каждой фазе.
Таким образом, управляя длительностью между импульсами или их задержкой, управляемый угол SCR контролируется и регулируется подача питания на этапе пуска двигателя. Весь процесс на самом деле представляет собой систему управления с разомкнутым контуром, в которой контролируется время применения импульсов запуска затвора для каждого SCR.
Основы SCR
SCR (Silicon Controlled Rectifier) представляет собой управляемый стабилизатор мощности постоянного тока с высокой мощностью. Устройства плавного пуска асинхронных двигателей SCR представляет собой четырехслойное кремниевое полупроводниковое устройство PNPN. Оно имеет три внешних терминала и использует альтернативные символы на рисунке 2 (a) и имеет транзисторную эквивалентную схему на рисунке 2 (b).
Основной способ использования SCR в качестве переключателя с анодом, положительным относительно катода, управляемым в момент запуска машины.
Основные характеристики SCR можно понять с помощью этих диаграмм. Устройство плавного пуска электродвигателя можно включить и заставить действовать как выпрямитель с прямым смещением кремния, кратковременно применяя к нему ток затвора через S2. SCR быстро (в течение нескольких микросекунд) автоматически защёлкивается во включённое состояние и остаётся включённым даже при удалении привода затвора.
Это действие показано на рисунке 2 (b) ток начального затвора включается Q1, а ток коллектора Q1 включается Q2, ток коллектора Q2 затем удерживает Q1, даже когда привод затвора удаляется. Потенциал насыщения составляет 1 В или около того и создаётся между анодом и катодом.
Для включения SCR требуется только короткий импульс затвора. Как только SCR будет зафиксирован, он может быть снова отключён, кратковременно уменьшая его ток анода ниже определённого значения, как правило, несколько миллиампер, в приложениях АС выключение происходит автоматически в точке пересечения нуля в каждом полупериоде.
Значительный коэффициент усиления доступен между затвором и анодом SCR, а низкие значения тока затвора (обычно несколько мА или меньше) могут контролировать высокие значения анодного тока (до десятков усилителей). Большинство SCR имеют анодные номиналы в сотни вольт. Характеристики затвора SCR аналогичны характеристикам транзисторного соединения - эмиттера транзистора (см. Рис. 2 (b)).
Внутренняя ёмкость (несколько pF) существует между анодом и затвором SCR, и резко возрастающее напряжение, появляющееся на аноде, может вызвать достаточный прорыв сигнала к затвору для включения SCR. Этот «эффект скорости» может быть вызван переходными процессами на линии питания и т. д. Проблемы с эффектом скорости можно преодолеть, проводя сеть сглаживания CR между анодом и катодом, чтобы ограничить скорость подъёма до безопасного значения.
Сетевое напряжение переменного тока (рис. 5) выпрямляется с помощью пассивного диодного моста. Это означает, что диоды срабатывают, когда линейное напряжение больше напряжения на секции конденсатора. Результирующая форма волны имеет два импульса в течение каждого полупериода, по одному для каждого окна диодной проводимости.
Форма волны показывает некоторый непрерывный ток, когда проводимость переходит от одного диода к следующему. Это типично, когда он используется в звене постоянного тока привода и присутствует некоторая нагрузка. Инверторы используют широко-импульсную модуляцию для создания выходных сигналов. Треугольный сигнал генерируется на несущей частоты, с которой инвертор IGBT переключится.
Эта форма сигнала сравнивается с синусоидальной формой волны на основной частоте, которая должна быть доведена до двигателя. Результатом является волновая форма U, показанная на рисунке.
Выход инвертора может быть любой частотой ниже или выше частоты линии до пределов инвертора и/или механические пределы двигателя. Нужно обратить внимание на то, что привод всегда работает в пределах рейтинга скольжения двигателя.
Процесс регулирования пуска
Сроки включения SCR - это ключ к управлению выходом напряжения для УПП. В течение пуска логическая схема УПП определяет, когда включить SCR. Он не включает SCR в точке, где напряжение идёт от отрицательного к положительному, но ждёт некоторое время после этого. Это известный процесс, называемый как «постепенное восстановление» SCR. Точка включения SCR установлена или запрограммирована тем, что начальный крутящий момент, начальный ток или ограничение тока строго регулируется.
Результат поэтапного восстановления SCR представляет собой несинусоидальное пониженное напряжение на выводах двигателя, которое показано на рисунках. Поскольку двигатель является индуктивным, а ток отстаёт от напряжения, SCR остаётся включённым и проводит, пока ток не достигнет нуля. Это происходит после того, как напряжение стало отрицательным. Выход напряжения индивидуального SCR.
Если сравнивать с формой полного напряжения, можно видеть, что пиковое напряжение совпадает с полным волновым напряжения. Однако ток не увеличивается до того же уровня, что и при приложении полного напряжения из-за индуктивного характера двигателей. Когда это напряжение подаётся на двигатель, выходной ток выглядит, как на рисунке.
Поскольку частота напряжения равна так же, как и линейная, частота тока тоже одинакова. SCR поэтапно переходят к полной проводимости, пробелы в токе заполняются до тех пор, пока волновая форма не будет выглядеть так же, как у двигателя.
Такой плавный пуск асинхронного электродвигателя в отличие от привода переменного тока, имеет характеристики тока в сети и тока двигателя всегда одинаковыми. Во время запуска изменение тока зависит напрямую от величины приложенного напряжения. Крутящий момент двигателя изменяется, как квадрат приложенное напряжение или тока.
Наиболее важным фактором при оценке является крутящий момент двигателя. Стандартные двигатели производят приблизительно 180% от момента полной нагрузки при запуске. Следовательно, 25%-е снижение параметров будет равно крутящему моменту полной нагрузки. Если двигатель потребляет 600% от полного тока нагрузки при запуске, то ток в этой схеме уменьшит пусковой ток от 600% до 450% нагрузки.
Схемы подключения пускателей
Существует два варианта, с помощью которых стартер осуществляет запуск электродвигателя: стандартная схема и внутри треугольника.
Стандартная схема. Пускатель соединён последовательно с линейным напряжением, подаваемым на двигатель.
Внутри треугольника существует ещё одна схема, по которой подключён пускатель, называется схемой внутренней дельты. В этой схеме два кабеля, которые подключаются к одному из двигателей, присоединяются непосредственно к источнику питания I/P, а другой кабель будет подключён через пускатель. Одна особенность этой схемы заключается в том, что пускатель можно использовать для больших двигателей, например, для двигателей мощностью 100 кВт, поскольку фазные токи делятся на 2 части.
Простота конструкции, низкая стоимость и высокая надёжность асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором* сделали его самым распространенным преобразователем электрической энергии в механическую.
Наряду с очевидными преимуществами, асинхронные электрические машины имеют ряд недостатков, самым существенным из которых является большой пусковой ток при прямом пуске (непосредственном подключении двигателя к питающей сети при помощи обычного пускателя).
Проявляется этот недостаток “проседанием” сети, когда при пуске электродвигателя отключаются автоматы, мерцают лампочки, и отключаются некоторые реле и контакторы, останавливается питающий генератор, иными словами, от сети требуется ток, который она обеспечить не может.
Причины высокого пускового тока кроются в физических принципах работы асинхронного двигателя, но это тема совсем другой статьи, отметим только, что кратность пускового тока может достигать 5…7 от номинального рабочего тока, что интересно, высокий пусковой ток отнюдь не значит высокий пусковой момент двигателя.
Еще одна характерная проблема прямого пуска двигателя - это пуск “рывком”, приводит на первый взгляд к незаметным последствиям - гидравлическим ударам, рывкам в механизме, проскальзыванию ремней, быстрому износу подшипников, буксованию колес подвижных тележек, большому износу и трению в редукторах.
Устройство плавного пуска или преобразователь частоты
Иногда путают два класса разных устройств, имеющих в своем активе схожий функционал.
- Устройства плавного пуска призваны снижать пусковые токи электродвигателей и пиковые потребляемые мощности в электрических сетях, преобразуют напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя при помощи специальных силовых ключей - симисторов (или встречно - параллельно включенных тиристоров).
- В то время как преобразователи частоты (ПЧ) преобразуют частоту и напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя, конечная цель этого преобразования плавная регулировка скорости вращения выходного вала двигателя.
Да, частотный преобразователь имеет опцию плавного пуска электродвигателя, но значительно более сложное устройство. В общих чертах преобразователь частоты состоит из диодного силового выпрямителя, LC-фильтра, инвертора на дорогостоящих IGBT модулях, системы управления ШИМ, системы автоматического регулирования, и имеет значительный математический вычислительный аппарат.
Так почему не стоит путать УПП и ПЧ? Хотя бы потому, что стоимость последнего минимум в 2-3 раза больше, а с ростом мощности устройства разница в стоимости возрастает. Например, преобразователь частоты INSTART мощностью 37кВт в 4 раза дороже устройства плавного пуска аналогичной мощности, ответ напрашивается сам: если цели регулирования скорости выходного вала двигателя не стоит, а обеспечить мягкий пуск и сохранность механизмов требуется, то зачем переплачивать.
Сводная таблица характеристик УПП, поставляемых компанией ООО «РусАвтоматизация»
| Диапазон мощностей | Пусковое напряжение от Uн (ограничение пускового тока от Iн) |
Время пуска / Время останова |
Режим пуска | Режимы останова | |
| INSTART SSI | 5,5…600 кВт | 30…70% (50…500%) |
2…60 с / 0…60 с |
Ограничение I; Рампа по U; Запуск рывком в режиме ограничения I; Запуск рывком в режиме рампы по U; Рампа по I; Режим двойного контура регулирования с ограничением I/U |
Свободный выбег; Плавный останов |
| AuCom CSX | 7,5…110 кВт | 30…70% (нет) |
2…20 с / 2…20 с |
Рампа по U | Свободный выбег; Плавный останов |
| AuCom CSX-i | 7,5…110 кВт | нет (250…450%) |
2…20 с / 2…20 с |
Ограничение I; Рампа по I | Свободный выбег; Плавный останов |
| AuCom EMX3 | 20…615А | нет (100…600%) |
1…180 с / 0…240 с |
Ограничение I; Рампа по I; Адаптивный пуск; Запуск рывком |
Свободный выбег; Плавный останов; Адаптивное торможение; Торможение постоянным током |
| AuCom EMX4 | 20…579А | нет (100…600%) |
1…180 с / 0…240 с |
Ограничение I; Рампа по I; Адаптивный пуск |
Свободный выбег; Плавный останов; Адаптивное торможение |
| ONI SFA | 5,5…45кВт | 40…70% (нет) |
1…20 с / 1…20 с |
Рампа напряжения | Плавный останов |
Выбрать УПП наугад или не переплачивать?
Для эффективного применения устройства плавного пуска важно осуществить правильный выбор устройства по номиналу мощности, не забыв про характеристику нагрузки , различные задачи требуют различных пусковых характеристик и в общих чертах могут быть разделены на три категории:
- Нормальный режим работы требует значения пускового тока не более 3,5хIн, при этом время пуска может быть в диапазоне 10…20 с;
- Тяжелый режим работы характеризуется наличием момента сопротивления на валу двигателя и требует значения пускового тока до 4,5хIн и время разгона до 30 с;
- Очень тяжелый режим работы характеризуется пусковым током до 5,5хIн и длительным временем разгона.
| |
|
Устройства плавного пуска серии SSI INSTART - по настоящему универсальная рабочая лошадка, имеет 6 режимов пуска двигателя, позволяет ограничить пусковой ток до 500% от номинального и временем плавного пуска до 60 секунд. INSTART SSI отлично подойдет для категории механизмов с тяжелым пуском дробилки (компрессоры, нагруженные конвейеры). Кроме того, полноценная трехфазная схема регулирования, встроенные функции защиты нагрузки и коммуникационный интерфейс MODBUS RTU. |
|
|
Устройства плавного пуска CSX, CSX-i предназначены для регулирования процессов пуска, разгона, торможения трехфазных асинхронных двигателей мощностью до 110 кВт. Модели отличаются функционалом. Первая оснащена функциями контроля напряжения по заданному времени (рампа напряжения), вторая дополнительно имеет встроенные функции защиты нагрузки и контролирует токовые нагрузки (рампа тока, ограничение тока). Коммуникационные интерфейсы доступны опционально. CSX, CSX-i подходят для категорий механизмов с легким и нормальным режимом пуска (ненагруженный ленточный конвейер, центробежные насосы и вентиляторы). Из плюсов, серии УПП CSX, CSX-i не требуют применения внешнего контактора, обе модели имеют встроенный шунтирующий контактор. |
|
|
Устройства плавного пуска EMX3 , EMX4 как два брата близнеца мало чем отличаются друг от друга, можно лишь сказать, что EMX4 новая модель, разработанная на основе EMX3, имеет еще более компактный корпус, обладает новыми функциями управления и защиты, а также дополнена новой конструктивной особенностью - использованием встраиваемых плат расширения. Оба устройства имеют фантастические показатели ограничения пускового тока до 600% от номинального и время разгона до 180 секунд. Устройства с такими характеристиками целесообразно применять для категорий механизмов с очень тяжелым режимом пуска, таким как молотковая или шаровая мельница. |
|
|
ONI SFA компактное и лаконичное УПП включает модельный ряд до 45кВт. Панель управления поражает своей простотой, всего 3 регулятора не заставят вас долго разбираться в настройках. ONI SFA идеально подойдет для легких нагрузок, таких как центробежные насосы, различные миксеры, сверлильные и токарные станки. Имеет встроенный шунтирующий контактор. |
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер. Обратитесь к специалистам компании ООО «РусАвтоматизация» для подбора устройства плавного пуска применительно к вашей категории производственного оборудования.
| Техотдел компании РусАвтоматизация
Дата публикации статьи: 2018-10-22 |
Устройство плавного пуска - электротехническое устройство, используемое в асинхронных электродвигателях, которое позволяет во время запуска удерживать параметры двигателя (тока, напряжения и т.д.) в в безопасных пределах. Его применение уменьшает пусковые токи, снижает вероятность перегрева двигателя, устраняет рывки в механических приводах, что, в конечном итоге, повышает срок службы электродвигателя.
Назначение
Управление процессом запуска, работы и остановки электродвигателей. Основными проблемами асинхронных электродвигателей являются:
- невозможность согласования крутящего момента двигателя с моментом нагрузки,
- высокий пусковой ток.
Во время пуска крутящий момент за доли секунды часто достигает 150-200%, что может привести к выходу из строя кинематической цепи привода. При этом стартовый ток может быть в 6-8 раз больше номинального, порождая проблемы со стабильностью питания. Устройство плавного пуска позволяют избежать этих проблем, делая разгон и торможение двигателя более медленными. Это позволяет снизить пусковые токи и избежать рывков в механической части привода или гидравлических ударов в трубах и задвижках в момент пуска и остановки двигателей.
Принцип действия устройство плавного пуска
Основной проблемой асинхронных электродвигателей является то, что момент силы, развиваемый электродвигателем, пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения, что создаёт резкие рывки ротора при пуске и остановке двигателя, которые, в свою очередь, вызывают большой индукционный ток.
Софтстартеры могут быть как механическими, так и электрическими, либо сочетать то и другое.
Механические устройства непосредственно противодействуют резкому нарастанию оборотов двигателя, ограничивая крутящий момент. Они могут представлять собой тормозные колодки, жидкостные муфты, магнитные блокираторы, противовесы с дробью и прочее.
Данные электрические устройства позволяют постепенно повышать ток или напряжение от начального пониженного уровня (опорного напряжения) до максимального, чтобы плавно запустить и разогнать электродвигатель до его номинальных оборотов. Такие УПП обычно используют амплитудные методы управления и поэтому справляются с запуском оборудования в холостом или слабо нагруженном режиме. Более современное поколение УПП (например, устройства ЭнерджиСейвер) используют фазовые методы управления и потому способны запускать электроприводы, характеризующиеся тяжелыми пусковыми режимами "номинал в номинал". Такие УПП позволяют производить запуски чаще и имеют встроенный режим энергосбережения и коррекции коэффициента мощности.
Выбор устройства плавного пуска
При включении асинхронного двигателя в его роторе на короткое время возникает ток короткого замыкания, сила которого после набора оборотов снижается до номинального значения, соответствующего потребляемой электрической машиной мощности. Это явление усугубляется тем, что в момент разгона скачкообразно растет и крутящий момент на валу. В результате может произойти срабатывание защитных автоматических выключателей, а если они не установлены, то и выход из строя других электротехнических устройств, подключенных к той же линии. И в любом случае, даже если аварии не произошло, при пуске электромоторов отмечается повышенный расход электроэнергии. Для компенсации или полного устранения этого явления используются устройства плавного пуска (УПП).
Как реализуется плавный пуск
Чтобы плавно запустить электродвигатель и не допустить броска тока, используются два способа:
- Ограничивают ток в обмотке ротора. Для этого ее делают состоящей из трех катушек, соединенных по схеме «звезда». Их свободные концы выводят на контактные кольца (коллекторы), закрепленные на хвостовике вала. К коллектору подключают реостат, сопротивление которого в момент пуска максимальное. По мере его снижения ток ротора растет и двигатель раскручивается. Такие машины называются двигателями с фазным ротором. Они используются в крановом оборудовании и в качестве тяговых электромоторов троллейбусов, трамваев.
- Уменьшают напряжение и токи, подаваемые на статор. В свою очередь, это реализуется с помощью:
а) автотрансформатора или реостата;
б) ключевыми схемами на базе тиристоров или симисторов.
Именно ключевые схемы и являются основой построения электротехнических приборов, которые принято назвать устройствами плавного пуска или софтстартерами. Обратите внимание, что частотные преобразователи так же позволяют плавно запустить электродвигатель, но они лишь компенсируют резкое возрастание крутящего момента, не ограничивая при этом пускового тока.
Принцип работы ключевой схемы основывается на том, что тиристоры отпираются на определенное время в момент прохождения синусоидой ноля. Обычно в той части фазы, когда напряжение растет. Реже – при его падении. В результате на выходе УПП регистрируется пульсирующее напряжение, форма которого лишь приблизительно похожа на синусоиду. Амплитуда этой кривой растет по мере того, как увеличивается временной интервал, когда тиристор отперт.
Критерии выбора софтстартера
По степени снижения степени важности критерии выбора устройства располагаются в следующей последовательности:
- Мощность.
- Количество управляемых фаз.
- Обратная связь.
- Функциональность.
- Способ управления.
- Дополнительные возможности.
Мощность
Главным параметром УПП является величина I ном – сила тока, на которую рассчитаны тиристоры. Она должна быть в несколько раз больше значения силы тока, проходящего через обмотку двигателя, вышедшего на номинальные обороты. Кратность зависит от тяжести пуска. Если он легкий – металлорежущие станки, вентиляторы, насосы, то пусковой ток в три раза выше номинального. Тяжелый пуск характерен для приводов, имеющих значительный момент инерции. Таковы, например, вертикальные конвейеры, пилорамы, прессы. Ток выше номинального в пять раз. Существует и особо тяжелый пуск, который сопровождает работу поршневых насосов, центрифуг, ленточных пил... Тогда I ном софтстартера должен быть в 8-10 раз больше.
Тяжесть пуска влияет и на время его завершения. Он может длиться от десяти до сорока секунд. За это время тиристоры сильно нагреваются, поскольку рассеивают часть электрической мощности. Для повторения им надо остыть, а на это уходит столько же, сколько на рабочий цикл. Поэтому если технологический процесс требует частого включения-выключения, то выбирайте софтстартер как для тяжелого пуска. Даже если ваше устройство не нагружено и легко набирает обороты.
Количество фаз
Можно управлять одной, двумя или тремя фазами. В первом случае устройство в большей степени смягчает рост пускового момента, чем тока. Чаще всего используются двухфазные пускатели. А для случаев тяжелого и особо тяжелого пуска – трехфазные.
Обратная связь
УПП может работать по заданной программе – увеличить напряжение до номинала за указанное время. Это наиболее простое и распространенное решение. Наличие обратной связи делает процесс управления более гибким. Параметрами для нее служат сравнение напряжения и вращающего момента или фазный сдвиг между токами ротора и статора.
Функциональность
Возможность работать на разгон или торможение. Наличие дополнительного контактора, который шунтирует ключевую схему и позволяет ей остыть, а также ликвидирует несимметричность фаз из-за нарушения формы синусоиды, которое приводит к перегреву обмоток.
Способ управления
Бывает аналоговым, посредством вращения потенциометров на панели, и цифровым, с применением цифрового микроконтроллера.
Дополнительные функции
Все виды защиты, режим экономии электроэнергии, возможность пуска с рывка, работы на пониженной скорости (псевдочастотное регулирование).
Правильно подобранный УПП увеличивает вдвое рабочий ресурс электродвигателей, экономит до 30 процентов электроэнергии.
Зачем нужно устройство плавного пуска (софтстартера)
Все чаще при запуске электроприводов насосов, вентиляторов применяются устройство плавного пуска (софтстартер). С чем это связано? В нашей статье мы постараемся осветить этот вопрос.
Асинхронные двигатели используются уже более ста лет, и за это время относительно мало изменилось их функционирование. Запуск этих устройств и связанные с ним проблемы хорошо известны их владельцам. Пусковые токи приводят к просадкам напряжения и перегрузкам проводки, вследствие чего:
некоторая электротехника может самопроизвольно отключаться;
возможен сбой оборудования и т. д.
Своевременно установленный приобретенный и подключенный софтстартер позволяет избежать лишних трат денег и головной боли.
Что такое пусковой ток
В основе принципа действия асинхронных двигателей лежит явление электромагнитной индукции. Наращивание обратной электродвижущей силы (э. д. с), которая создается путем применения изменяющегося магнитного поля во время запуска двигателя, приводит к переходным процессам в электрической системе. Этот переходной режим может повлиять на систему электропитания и другое оборудование, подключенное к нему.
Во время запуска электродвигатель разгоняется до полной скорости. Продолжительность начальных переходных процессов зависит от конструкции агрегата и характеристик нагрузки. Пусковой момент должен быть наибольшим, а пусковые токи – наименьшими. Последние влекут за собой пагубные последствия для самого агрегата, системы электроснабжения и оборудования, подключенного к нему.
В течение начального периода пусковой ток может достигать пяти-восьмикратного тока полной нагрузки. Во время пуска электродвигателя кабели вынуждены пропускать больше тока, чем во время периода стабильного состояния. Падение напряжения в системе также будет намного больше при пуске, чем во время стабильной работы – это становится особенно очевидным при запуске мощного агрегата или большого числа электродвигателей одновременно.
Способы защиты электродвигателя
Поскольку использование электродвигателей стало широко распространенным, преодоление проблем с их запуском стало проблемой. На протяжении многих лет для решения этих задач были разработано несколько методов, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения.
В последнее время были достигнуты значительные успехи в использовании электроники в регулировании электроэнергии для двигателей. Все чаще при запуске электроприводов насосов, вентиляторов применяются устройство плавного пуска. Всё дело в том, что прибор имеет ряд особенностей.
Особенностью устройства пуска является то, что он плавно подаёт на обмотки двигателя напряжение от нуля до номинального значения, позволяя двигателю плавно разгоняться до максимальной скорости. Развиваемый электродвигателем механический момент пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения.
В процессе пуска УПП постепенно увеличивает подаваемое напряжение, и электромотор разгоняется до номинальной скорости вращения без большого момента и пиковых скачков тока.
Виды устройств плавного пуска
На сегодняшний день для плавного запуска техники используются три типа УПП: с одной, двумя и со всеми управляемыми фазами.
Первый тип применяется для однофазного двигателя для обеспечения надежной защиты от перегрузки, перегрева и снижения влияния электромагнитных помех.
Как правило, схема второго типа помимо полупроводниковой платы управления включает в себя байпасный контактор. После того как двигатель раскрутится до номинальной скорости, байпасный контактор срабатывает и обеспечивает прямую подачу напряжения на электродвигатель.
Трехфазный тип является самым оптимальным и технически совершенным решением. Он обеспечивает ограничение тока и силы магнитного поля без перекосов по фазам.
Зачем же нужно устройство плавного пуска?
Благодаря относительно невысокой цене популярность софтстартеров набирает обороты на современном рынке промышленной и бытовой техники. УПП для асинхронного электродвигателя необходимо для продления его срока службы. Большим преимуществом софтстартера является то, что пуск осуществляется с плавным ускорением, без рывков.
Soft Starter Toshiba TMC7 – пример мягкого пускателя
При словах “мягкий пускатель” у человека, далёкого от электроники, возникает ассоциация – что-то мягкое, набитое поролоном или ватой.
Но давайте серьезно рассмотрим это замечательное устройство, выясним, что у него внутри и с какой стороны к нему подходить.
Мягкий пускатель – что это такое?
Понятие “мягкий” относится не к самому пускателю, а к пуску двигателя, который подключается через такой пускатель.
Имеется ввиду, как правило, асинхронный электрический двигатель с короткозамкнутым ротором. Это самый распространенный тип двигателей. По моим наблюдениям, в 95% случаев в промышленном оборудовании применяются именно асинхронные двигатели.
Выбор
При выборе мягкого пускателя вполне логично руководствоваться прежде всего мощностью подключаемого электромотора.
Однако, если мотор имеет тяжелые условия пуска, а также при частом включении/выключении, необходим запас по мощности.
Дело в том, что мягкий пускатель устроен так, что не может долго тянуть двигатель на напряжении ниже номинального. Поскольку для этого применяются тиристоры, а они греются. И им нужно время, чтобы остыть и подготовиться “морально” для очередного пуска или останова. Во время нормальной работы, когда двигатель работает на номинале, тиристоры полностью открыты, напряжение на них стремится к нулю, и они практически не греются.
В мощных софтстартерах, чтобы не напрягать тиристоры после выхода двигателя на номинал, используют шунтирующий контактор (байпас), который может быть как встроенным, так и внешним.
Основные параметры
1. Время разгона (передняя рампа) . Название говорит за себя. Чем меньше время разгона, тем труднее двигателю, и тем меньше смысла использовать мягкий пускатель. Обычное время разгона – 10…20 сек. Чем больше это время, тем труднее мягкому пускателю – тиристоры не могут работать в таком режиме длительное время, греются. Другое название параметра – наклон характеристики разгона.
2. Время торможения (замедления), задняя рампа . То же самое, но напряжение плавно понижается. Другое название – наклон характеристики торможения.
А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру ?
Подписывайся, и читай статью дальше:
3. Начальное напряжение. Если это значение выставить малым, то двигатель будет плавно набирать обороты. Если очень малым – может вообще не тронуться. Оптимально – выставить такой минимальный уровень, при котором мотор гарантированно начнет вращаться при включении.
4. Ограничения тока. Тут принцип такой же, как и у теплового реле, которое . Только реле не может долго терпеть, и отключает цепь пуска, а софт стартер ограничивает ток двигателя на установленном уровне. Например, при разгоне ток некоторое время может составлять 120-140% от номинала, это нормально. Ток будет сохраняться на уровне ограничения, затем напряжение продолжит увеличиваться до номинала.
5. Номинальный ток. Этот параметр используется для защиты двигателя в процессе работы, и аналогичен работе теплового реле – отключает двигатель, если ток превысил уставку.
Схема включения
Схемы включения софт стартеров могут отличаться для разных моделей, но смысл один.
Выделю основные тезисы.
1. Три фазы на входе, три фазы – на выходе.
2. Система управления пуском/стопом – двухпроводная (переключатель) либо трехпроводная (две кнопки, Пуск и Стоп):
3. Внутреннее реле аварии, которое говорит о ошибке (например, перегрев или перегрузка) и размыкает соответствующую .
Схема включения мягкого пускателя
Подробнее про схемы включения и пример реального применения мягких пускателей – .
Настройка параметров
Рассмотрим подробно для примера переднюю панель Софтстартера Toshiba TMC7, внешний вид которого показан в самом начале этой статьи.
Мягкий пускатель (SoftStarter) Toshiba TMC7 – передняя панель
Reset – сброс ошибок.
Trip codes – коды ошибок, которые индицируются в определенном количестве миганий светодиода Ready.
Вот количество миганий и соответствующая ошибка:
- Проблема с силовой частью
- Превышено время старта
- Перегрузка двигателя
- Перегрев двигателя
- Дисбаланс по фазам
- Частота на входе вышла за пределы 40…72 Гц
- Ошибка чередования фаз
- Ошибка связи (в случае применения дополнительного модуля)
Current Ramp – Нарастание тока при запуске, в процентах и в секундах.
Motor FLC – ток двигателя, в процентах от номинала мягкого пускателя. Параметр защиты двигателя.
Current limit – ограничение тока во время старта
Soft Stop – время мягкого останова. 0 – выбег двигателя (отключение питания, вращение по инерции)
Motor Trip Class – Класс термозащиты двигателя. Чем выше значение, тем медленнее сработает тепловая защита двигателя при перегрузке
AUX relay, Phase rotatoin – функция внутреннего реле, защита от смены фаз от неправильного вращения
Excess Start Time – Превышение времени старта. Двигатель за данное время не смог развить номинальную скорость. Требуется увеличить уровень ограничения тока.
По контактам управления.
С1, С2 – клеммы подключения термистора двигателя. Если термистора нет, устанавливается перемычка.
R33…R44 – выходы функциональных реле
02, 01 – подключение кнопок управления
А2, А1, А3 – выходы для питания цепей управления и контрольных цепей схемы софт стартера.
Защита
Поскольку Soft Starter – это электронное силовое устройство, то для его защиты по входу требуются быстродействующие предохранители. На крайний случай – быстродействующие защитные автоматы с характеристикой В. Я об этом много распространяюсь в статье про твердотельные реле, .
С другой стороны (по выходу Мягкого пускателя) надо защитить пускатель и двигатель от длительного перегруза. Это определяется классом срабатывания защиты . Класс срабатывания защиты определяет время пуска при заданном токе двигателя до того, как сработает защита. Существует несколько классов защиты – 10, 20, 30. Чем больше класс, тем большая инерция у системы защиты.
Мягкий запуск двигателя и его деликатное торможение способны в разы увеличить срок службы системы за счет защиты от перегрева, скачков и рывков процессов. Как раз для этого было разработано устройство плавного пуска или сокращенно УПП, которое стабилизирует пусковые характеристики и обеспечивает равномерную работу механизма.
С помощью УПП можно избежать множество проблем в функционировании электродвигателя, поэтому важно знать назначение и принцип действия устройства плавного пуска, основные параметры, нюансы подключения и эксплуатации.
Чем помогает УПП
Во время запуска двигателя крутящиеся механизмы способны в два раза превышать номинальное значение, образуя пусковые токи, в несколько раз превосходящий средние рабочие показатели.
Подобные перезагрузки чреваты многими осложнениями:
- Сильный перегрев;
- Порча изоляции обмоток;
- Срыв транспортерных лент;
- Неисправность кинематической цепи;
- Тяжелый пуск;
- Остановка мотора.
Устройство плавного пуска электродвигателя в разы сглаживает механические рывки и гидравлические удары, обеспечивая постепенное нарастание мощности и стабильную работу мотора. Недаром второе название прибора — софтстартер, что в переводе с английского означает «мягкий старт».
На представленных фото устройства плавного пуска видно, что внешне механизм выглядит как набор схем и проводов, защищенных металлическим и пластмассовым корпусом. На самом же деле в основе прибора коммутационная аппаратура, тормозные колодки, блокираторы, противовесы и другие элементы, способные стабилизировать работу электрического двигателя.
Также механизм обладает и дополнительным функционалом:
- Обеспечивает плавное торможение;
- Защищает от короткого замыкания;
- Предотвращает возможный обрыв фазы;
- Исключает незапланированный самостоятельный пуск мотора;
- Не допускает превышения номинальных рабочих значений;
- Позволяет подобрать источник питания меньшей мощности;
- Понижает расход энергии;
- Экономит средства на эксплуатации и ремонте машины;
- Снижает электромагнитные помехи.
Когда УПП необходимо
Некоторые машины не сразу дают понять, что нуждаются в сглаживающем механизме, однако чем раньше будет настроен плавный запуск, тем дольше и качественнее прослужит вся система. К сожалению, чаще всего задумываются о подключении УПП только тогда, когда сам двигатель говорит о губительности пусковых процессов. Чтобы понять это достаточно уловить одну из самых распространенных «показательных» ситуаций:
Источник питания не справляется со слишком тяжелым пуском. Например, сеть не способна выдавать требуемые мощности или обеспечивает выработку на максимальных уровнях функционирования, лампочки отключаются, срабатывают автоматические выключатели, отказываются запускаться некоторые контакторы, реле, генератор.
Запуску двигателя препятствуют защитные системы, срабатывая на превышение допустимых нагрузок. При отличном запуске пакетник «срабатывает» до достижения необходимой частоты.
Чтобы не допустить выхода электродвигателя из строя, рекомендуется как можно скорее настроить плавность запуска и торможения системы. Сделать это несложно, так как даже новичку под силу выбрать, установить и подключить устройство плавного пуска своими руками.
Как выбрать софстартер
Вопрос, как выбрать устройство плавного пуска, возникает довольно часто, ведь подбирается механизм под конкретный электродвигатель и источник питания.
Чтобы не ошибиться с параметрами и возможностями, рекомендуется обращать внимание на следующие показатели:
- Максимальное значение тока, вырабатываемого мотором при самых высоких нагрузках;
- Наибольшее число запусков в один час;
- Номинальное напряжение на питающей системе;
- Способность контролировать и ограничивать вырабатываемый ток;
- Возможность шунтирования — отключения питающего блока от цепи, чтобы исключить перегрев и возгорание;
- Количество фаз (две — компактнее и дешевле, три — надежнее и долговечнее при частых запусках);
- Цифровое или аналоговое управление.
Главное, чтобы выдвигаемые к софтстартеру требования соответствовали с критериями, условиями работы, мощностью двигателя и номинальным значениям сети. Помогут в выборе и сводные таблицы, расчетные алгоритмы, предлагаемыми многими поставщиками для более удобного и качественного поиска подходящего прибора.
Как подключить и настроить
Настройка определяется соответствующей схемой подключения плавного пуска к двигателю. Стандартной считается та, где предусмотрено применение магнитного пускателя, теплового реле, быстродействующих предохранителей и регулирующих ток автоматов.
Чтобы правильно подключить устройство плавного пуска, необходимо четко следовать схемам, где наглядно обозначены все важные моменты:
- Последовательность цепи;
- Конец разгона;
- Вывод заземления;
- Наладка запуска и торможения;
- Расположение нейтрали.
Не лишним будет и наладка специального регулятора, обеспечивающего обратную связь: получающего данные о токе двигателя и стабилизирующих рост напряжения.
Софтстартер может легко помочь в разы продлить срок службы электрического двигателя, при этом снизив сопутствующие расходы, а производимые мощности повысив без вреда для машины. Стабилизация работы механизма, контролирование нагрузок и регуляция происходящих процессов — все это станет незаменимым помощником в решении проблем тяжелого пуска.
Фото устройства плавного пуска
