Устройство плавного пуска электродвигателя для чего нужно

Обзор устройств плавного пуска –применение, принципы действия, разновидности, схемы включения

Одна из особенностей работы асинхронного двигателя, которую можно назвать недостатком – большой пусковой ток при старте, который может превышать номинальный в 8 и более раз. Это обусловлено принципом его работы – при подаче на него номинального напряжения он стремится сразу выйти на полную мощность. Данная особенность проявляется в большой мере при пуске через линейный контактор, это также называют прямым пуском двигателя.

В некоторых механизмах принципиально важно, чтобы пуск был плавный, без рывков и ударов. Это касается прежде всего технологического оборудования, у которого высокий момент инерции при запуске. Например, тяжелые маховики и конвейеры с продукцией, а также мощные насосы и вентиляторы.

Иными словами, большой пусковой ток и большой момент инерции механической нагрузки на валу двигателя – взаимосвязанные вещи, от который часто необходимо избавляться.

Кстати, в некоторых странах законодательно запрещено включать электродвигатели большой мощности прямой подачей напряжения, поскольку это создает помехи, падение напряжения и перегружает электросети, что может вызвать проблемы у других потребителей и даже стать причиной аварий.

Как обеспечить плавный пуск двигателя

Существуют несколько вариантов уменьшения пускового тока, которые используются на практике.

1. Применение преобразователей частоты. В этом случае можно обеспечить сколь угодно долгий разгон, а также ограничить превышение номинального тока, например, на уровне 110%. Это лучший способ плавного пуска, однако, он используется далеко не всегда, поскольку преобразователь частоты – дорогостоящее электронное устройство, которое имеет множество функций. Если нужно только ограничение пускового тока и плавный разгон, преобразователь частоты будет избыточен, и большинство его функций останутся не востребованы.

2. Схема «Звезда – Треугольник». Двигатель при этом должен быть таким, чтобы номинальное напряжение питания при включении его обмоток «треугольником» было 380 В. В этом случае двигатель запускается в два этапа. На этапе разгона обмотки включаются «звездой». Таким образом получается, что 380 В подается на схему, которая для нормальной работы требует напряжения порядка 660 В. Поскольку двигатель в «звезде» работает при пониженном напряжении, разгон (выход на рабочие обороты) получается сравнительно плавным. На втором этапе обмотки включаются «треугольником», и двигатель выходит на свою номинальную мощность. Минус этого способа – разгон получается ступенчатым, а пусковые токи могут принимать большое значение.

3. Когда речь идет только о минимизации пускового тока, наиболее оптимальный вариант – использование устройства плавного пуска (softstarter).

Ниже рассмотрим принципы работы устройств плавного пуска (УПП) и схемы их включения.

Как работает устройство плавного пуска

Рассмотрим пошагово, какие процессы происходят при работе УПП, и какие регулировки влияют на его работу.

В минимальной конфигурации устройства плавного пуска (УПП) имеют три регулировки – время разгона, время торможения, и напряжение пуска.

При включении действующее напряжение на двигателе определяется регулировкой напряжения пуска, которое обычно составляет 30…80 % от номинала. Понижение напряжения и его регулировка производится тиристорами, которые открываются (пропускают ток) только в части полупериода сетевого напряжения. Фазой открытия тиристоров можно менять напряжение на двигателе.

Таким образом, регулируя фазу открытия тиристоров, можно менять ток и крутящий момент двигателя.

В зависимости от конкретного случая может потребоваться большой начальный момент, чтобы двигатель мог тронуться с места. Но для уменьшения пускового тока начальное напряжение лучше устанавливать минимально возможным.

При большом времени разгона пусковой ток будет минимальным. Однако, следует выбирать его оптимальным, обычно 10…20 секунд, в зависимости от типа нагрузки. При слишком большом времени разгона возможен излишний нагрев тиристоров. Критерием оптимального времени разгона служит время выхода двигателя на номинальные обороты и номинальный рабочий ток. По истечении времени разгона включается контактор байпаса, который может быть установлен внутри УПП, или быть внешним. Во время работы двигателя на номинальном режиме весь питающий ток идет только через этот контактор, при этом тиристоры в работе не участвуют.

Если пришел сигнал на остановку двигателя, контактор байпаса выключается. Вступают в работу тиристоры, которые работают в обратном режиме – постепенно уменьшают фазу (время открытия в течение полупериода) с максимальной до нуля. Если время торможения не важно, то можно его установить минимальным (0-2 секунды), это увеличит ресурс тиристоров, и улучшит тепловой режим электрощита в целом. Двигатель будет останавливаться на выбеге, к ак при питании через обычный контактор. Но если важно исключить гидроудар, или плавно замедлить движение объектов без их резкой остановки и падения, то функция плавной остановки будет очень полезной.

В УПП также могут присутствовать такие регулировки: управление крутящим моментом двигателя, конечное напряжение при останове, номинальный ток двигателя, ограничение пускового тока. Современные УПП имеют ЖК-дисплей и кнопки управления, которые позволяют конфигурировать несколько десятков различных параметров для тонкой настройки.

Схемы включения

Как во всех подобных устройствах, в схеме включения УПП имеется силовая часть, и часть управления.

Силовая часть схемы – это та часть, через которую проходит ток питания двигателя. Ток двигателя поступает через силовые клеммы L1, L2, L3 (или R, S, T) на входы тиристоров или контактора байпаса, и затем через выходные клеммы T1, T2, T3 (U, V, W) подается на двигатель.

Схема управления включает в себя в основном цепи запуска и остановки. Напряжение питания цепей управления обычно составляет 24…220 В, и может быть внешним, либо браться из УПП.

С участием УПП можно реализовать схему плавного пуска электродвигателя с реверсом. Для этого нужно на входе установить реверсивный контактор по классической схеме. Важно сделать блокировку для предотвращения реверса двигателя во время его вращения.

Допускается запускать УПП и начинать вращение двигателя подачей питания на цепи управления и силовые цепи. Это может быть удобно при дистанционной подаче силового питания. Однако, при этом следует предусмотреть меры безопасности – обслуживающий персонал должен понимать, что при подаче питания на УПП двигатель может начать вращаться.

Пример схемы

Рассмотрим для примера схему включения УПП ABBPSTX.

В силовую часть входят: автомат защиты двигателя (вводной), тиристоры и контактор байпаса (внутри УПС), и собственно двигатель.

Для питания цепей управления подается фазное напряжение 220В и нейтраль на клеммы 1, 2. В УПП имеется встроенный блок питания, который вырабатывает напряжение 24 В для питания органов управления. Допускается также применение внешнего БП 24 В, при этом напряжение на клеммы 1, 2 подавать не нужно.

При соответствующем подключении и настройках кнопки могут быть как с фиксацией, так и без. Управление может производиться не только с кнопок, но и через контакты реле или контроллера.

Имеются и другие входы для различных режимов работы, а также три выходных реле с сухими контактами, которые могут использоваться по необходимости для включения дополнительных контакторов и индикации.

Защита

В дешевых УПП часто не реализована защита от перегрузки по току, перегреву и короткому замыканию. В таких случаях необходимо устанавливать нужную защиту и включать УПП по схеме, рекомендованной производителем.

В состав защиты могут входить:

• Мотор-автомат (автомат защиты двигателя),
• Полупроводниковые предохранители, либо защитные автоматы с характеристикой «В»,
• Тепловое реле,
• Короткое либо межвитковое замыкание в обмотках двигателя,
• Контактор аварийной цепи, выключающий питание УПП при срабатывании внутреннего аварийного реле либо нажатии кнопки «Аварийный останов».

Пример неправильной установки защиты, в результате которой произошел пожар:

Следует сказать, что даже если в УПП входят все виды защит, необходимо на вводе силового питания и питания схемы управления устанавливать соответствующие защитные автоматы либо предохранители.

Двухфазные УПП

В некоторых бюджетных моделях управление выходным напряжением происходит только по двум фазам. Таким образом, происходит экономия на тиристорах и на одном контакте контактора байпаса.

Это решение имеет право на жизнь, и главный плюс таких УПП – цена.

Однако, имеются минусы, о которых стоит знать:

• При запуске и торможении происходит перекос фаз, который приводит к дополнительному нагреву двигателя,
• Пусковой ток по «прямой» фазе почти не уменьшается,
• Постоянное присутствие фазного напряжения на двигателе представляет опасность для персонала.

Заключение

УПП нашли достойное место там, где не нужна регулировка скорости вращения двигателя, но важным аспектом является минимизация пусковых перегрузок питающей сети и приводимых в движение механизмов. Однако, в последнее время их всё больше вытесняют преобразователи частоты, которые имеют гораздо более широкий спектр возможностей управления двигателем.

Плавный пуск электроинструмента: что это и зачем

Плавный пуск — одна из качественных характеристик электроинструмента, влияющих на его выбор. Но внимание к нему зачастую уделяют не в момент покупки, а позже, во время работы. Что такое плавный пуск, как работает, и нужен ли он?

Как работает плавный пуск

В момент включения сетевого инструмента без функции плавного пуска, электродвигатель потребляет повышенный ток для запуска и набора оборотов. Это легко заметить по освещению, особенно если используется обычная лампа накаливания, подключенная к одной сети с инструментом. Этот повышенный пусковой ток негативно влияет на ресурс двигателя. А таких включений в процессе работы происходит от десятков до нескольких сотен раз, в зависимости от объема работы. Для минимизации последствий частого включения производители оснащают инструмент функцией ограничения пускового тока. При этом ток нарастает плавно, обеспечивая равномерное, постепенное нарастание оборотов двигателя. Такой запуск снижает нагрузку и увеличивает ресурс двигателя. Это главное предназначение функции плавного пуска.

Устройство плавного пуска

Плавный пуск представляет собой отдельный блок с расположенными внутри электронными компонентами: конденсаторы, семисторы и так далее. Не будем подробно объяснять функции компонентов. Важно не это, а то, какую роль выполняет блок в целом. Главная цель — снижение и плавное увеличение пусковых токов.

Блоки бывают двух видов: двухконтактные и трехконтактные. Двухконтактные устанавливаются в разрыв цепи и могут быть смонтированы как в сам инструмент, так и даже в розетку или переноску, от которой питается инструмент. Получится, так сказать, розетка с плавным пуском. С одной стороны, удобно — запитавшись от такой розетки, инструмент стартует плавно, но только тот, который не оснащен плавным пуском. Если же попытаться подключить инструмент с функцией ПП к такой розетке, работать он не будет.

Трехконтактные блоки устанавливаются только внутри инструмента и только в цепь после кнопки включения. Но они надежнее двухконтактных.

Для каких инструментов нужен

Основными инструментами, нуждающимися в плавном пуске, являются сетевые инструменты с щеточными двигателями. При этом, чем выше частота вращения рабочей части, тем сильнее заметно отсутствие плавного пуска. Инструмент стартует очень жестко, с рывками и ударами. Мощность также имеет большое значение и напрямую влияет на плавность старта. Чем она выше, тем жестче старт.

УШМ и дисковые пилы — самые распространенные инструменты, удобство и безопасность работы с которыми зависит не только от характеристик, но и от наличия плавного пуска. Особенно с дисками большого диаметра. Именно отсюда пошло ошибочное мнение о пользе плавного пуска только в плане комфорта. Несомненно, инструментами с плавным пуском удобнее и безопаснее работать, но это не единственный плюс.

Например, у дисковой пилы с диаметром 200 мм диск массивный, и для его раскручивания потребляется ток гораздо больший, нежели чем нужный для поддержания вращения. В этот момент повышенную нагрузку испытывают как электрические составляющие, так и механические. К тому же нагрузку в момент запуска испытывает и электросеть.

Но не все производители оснащают свои инструменты плавным пуском. Даже у представителей именитых брендов есть достаточно мощные, профессиональные инструменты без такой функции.

У болгарки отрезной диск легкий, по сравнению с дисковой пилой, но скорость вращения гораздо выше — от 8000 об/мин. Мгновенно достичь рабочих оборотов инструмент не может, нужно время и, соответственно, больше тока. Плавный пуск снижает пусковой ток и плавно выводит вращение на рабочий режим, но для этого нужно больше времени. К тому же рывки при старте влияют на ресурс редуктора, который есть у каждой болгарки.

Следующий инструмент, оснащающийся плавным пуском — фрезер. Здесь нет массивной оснастки, влияющей на запуск, но особенностью и причиной оснащения фрезера плавным пуском являются высокие обороты, в среднем 30000 об/мин. А поскольку фрезер используется в большинстве случаев для точных и аккуратных работ, плавный пуск здесь оказывает важное значение.

Некоторые электрорубанки тоже имеют плавный пуск. Это связано и с оборотами (10000–15000 об/мин), и с рабочей частью. Вал с ножами для эффективного строгания должен обладать необходимой массой для исключения падения скорости вращения при строгании, а чем больше масса вала с ножами, тем большую нагрузку испытывает двигатель при запуске. Поэтому оснащение электрорубанков системой плавного пуска тоже имеет смысл.

Дрели и шуруповерты, как правило, не имеют отдельного блока плавного пуска, ввиду того что скорость вращения невысокая, и есть регулировка оборотов кнопкой включения, позволяющей запустить инструмент с наименьшей частотой вращения. Поэтому установка плавного пуска на такой инструмент возможна, но практической пользы от нее не будет.

Отдельно стоит затронуть бесщеточные инструменты. Как такового плавного пуска в таких инструментах нет, но и проблем связанных с запуском тоже нет. Объясняется это просто: устройство бесщеточного двигателя включает в себя блок управления двигателем, в функции которого входит управление запуском. Весомое преимущество в пользу бесщеточных моторов.

Можно ли оснастить инструмент плавным пуском?

Можно, для этого нужно приобрести блок плавного пуска и подключить его. Для этого потребуются минимальные знания в электронике и опыт в пайке. Кстати, как правильно паять, подробно описано в этой статье. И, самое главное, нужно учесть целесообразность установки плавного пуска. Лучший все же подумать о плавном пуске еще до покупки инструмента и выбрать модель уже с такой функцией.

Нужен ли плавный пуск

Прямой зависимости оснащения производителем инструмента плавным пуском от характеристик не существует. Но некоторые условия использования и особенности инструментов предполагают наличие такой функции:

• Оснастка. Чем она больше и массивней, тем труднее инструменту выйти на рабочий режим. Поэтому при выборе болгарки с диаметром диска от 150 мм или дисковой пилы на этот параметр стоит обратить внимание.
• Обороты. Высокие рабочие обороты требуют от инструмента повышенных нагрузок на запуск. Плавный пуск делает этот процесс плавным и безопасным. Но на это нужно больше время.
• Мощность. Чем выше мощность инструмента, тем сильнее эффект отсутствия плавного пуска, особенно у болгарок и дисковых пил. Критерии выбора инструментов от 1500 Вт могут включать в том числе и наличие плавного пуска.
• Тип питания. Инструменты с плавным пуском в основном подключаются напрямую к сети. Но есть и аккумуляторные представители, хотя они и редкость. А связано это скорее с мощностью — сетевые, как правило, мощнее аккумуляторных.

Кроме влияния на ресурс и удобство работы, плавный пуск влияет и на безопасность. Дерганье и удары при запуске особенно опасны при использовании инструмента одной рукой или в неудобном положении.

Каких-то преимуществ в плане качества или скорости работы плавный пуск не дает, и часто рассматривается как функция для удобства, а некоторые владельцы и вовсе не знают о его наличии в своем инструменте. В любом случае это скорее плюс при выборе, к тому же существенного влияния на стоимость наличие плавного пуска не оказывает.

Как работает устройство плавного пуска электродвигателя

Устройства плавного пуска (УТП) – электротехнические приборы, которые задействуются в асинхронных электродвигателях для удержания параметров тока и напряжения в безопасных пределах во время запуска. Их использование позволяет уменьшить пусковые токи, минимизировать вероятность перегрева моторов, устранить рывки в механических приводах и увеличить эксплуатационный ресурс силовых агрегатов.

Назначение

Приборы применяются для управления процессами пуска, работы и остановки асинхронных электромоторов. К основным проблемам таких двигателей можно отнести:

• невозможность согласования крутящего момента с точкой нагрузки;
• высокие значения пускового тока.

В процессе включения крутящий момент за минимальный временной отрезок достигает 150–200 %, что может привести к поломке кинематической цепи привода. Параметры стартового тока превышают значения номинального в 6–8 раз, а это нарушает стабильность питания. Устройство плавного пуска пресекает появление подобных проблем, обеспечивая более медленный разгон и торможение мотора. УТП уменьшает пусковые токи, убирает рывки в механической части привода или гидравлические удары в трубах и задвижках в момент включения или остановки силового агрегата.

Принцип действия

Основная проблема работы асинхронных электромоторов заключается в том, что развиваемый ими момент силы пропорционален квадрату подводимого напряжения. Это провоцирует резкие рывки роторов в процессе запуска и остановки двигателей, вызывает большой индукционный ток.

Устройства плавного пуска или софтстартеры, решающие подобные проблемы, могут быть механическими, электрическими или сочетать то и другое. Механические модели прямо противодействуют резкому увеличению оборотов, ограничивая крутящий момент. Производятся в виде магнитных блокираторов, тормозных колодок, жидкостных муфт, противовесов с дробью и т. д.

Механические приборы позволяют постепенно увеличивать ток или напряжение от низкого начального уровня до максимального. Это обеспечивает плавный запуск и разгон моторов до рабочих оборотов. В устройствах заложены амплитудные методы управления, поэтому они справляются с пуском двигателей на холостых или слабых режимах работы.

Более современные приборы, например устройства «ЭнерджиСейвер», задействуют фазовые параметры управления. Они способны работать с силовыми агрегатами, которые отличаются тяжелыми пусковыми режимами «номинал в номинал». Могут выполнять запуски чаще, отличаются наличием встроенных опций энергосбережения и коррекции коэффициента мощности.

Польза устройств плавного пуска

Во время включения в асинхронных двигателях возникает краткосрочный ток короткого замыкания, сила которого уменьшается до номинального значения в процессе набора оборотов. Явление осложняется тем, что в момент разгона мотора скачкообразно возрастает и крутящий момент на валу. На это могут среагировать защитные выключатели. При их отсутствии увеличивается вероятность поломки других электротехнических устройств, подсоединенных к одной линии. Если аварии не произошло, негатив от подобных явлений проявляется в виде увеличенного расхода электричества. Для пресечения неполадок и повышенного расхода электроэнергии как раз и используются УТП.

Как реализуется плавный пуск

Плавное включение мотора и пресечение броска тока обеспечивается двумя способами:

1. Ограничение тока в обмотке ротора – используются три катушки, соединенные между собой по схеме «звезда». Свободные концы выводят на контактные кольца (коллекторы), закрепленные на хвостовике вала. К коллектору подсоединяют реостат с максимальным сопротивлением в момент запуска. По мере его снижения ток ротора возрастает, и мотор раскручивается. Такие силовые агрегаты называются двигателями с фазным ротором. Их устанавливают в строительные краны, используют в качестве тяговых электромоторов в трамваях и троллейбусах.
2. Уменьшение тока и напряжения, подаваемых на статор – методика реализуется с помощью реостата или автотрансформатора, а также посредством ключевых схем на базе симисторов и тиристоров. Именно они являются основой электротехнического оборудования, которое принято называть устройствами плавного пуска.

Постепенно запускать двигатели также можно с помощью частотных преобразователей. Но такие приборы только компенсируют резкий рост крутящего момента, не снижая параметров пускового тока.

Принцип функционирования ключевых схем основан на отпирании тиристоров на определенный период в момент прохождения синусоидой ноля. Как правило, это происходит в той части фазы, когда напряжение увеличивается, а иногда при его падении. В итоге на выходе УТП фиксируется пульсирующее напряжение, форма которого только частично походит на синусоиду. Амплитуда этой кривой увеличивается с возрастанием временного интервала, когда тиристор отперт.

Параметры подбора софтстартера

Критерии выбора по значимости расположены в нижеприведенном порядке.

Мощность

Сила тока, на которые рассчитаны тиристоры, – основной параметр подбора УТП. Показатель должен в несколько раз превышать значение силы тока, который проходит через обмотку двигателя, достигнувшего номинальных оборотов. Кратность зависит от тяжести запуска. При легком пуске, характерном для насосов, вентиляторов и металлорежущих станков, пусковой ток в 3 раза выше номинального. Тяжелый запуск фиксируется в приводах с высоким моментом инерции. Характерен для прессов, пилорам, вертикальных конвейеров. Ток в таком оборудовании превышает номинальный в 5 раз. В поршневых насосах, ленточных пилах и центрифугах предусмотрен особо тяжелый пуск. В таких установках ток выше номинального в 8–10 раз.

От тяжести пуска зависит и время его завершения. Он продолжается от 10 до 40 секунд. В течение этого периода тиристоры сильно нагреваются, поскольку рассеивают часть электромощности. Для повторения процесса оборудование должно остыть, на что уходит время, равное рабочему циклу. Поэтому, если технологический процесс предполагает частые включения и выключения, необходимо выбирать софтстартер как для тяжелого запуска. Такой вариант оптимален, даже если двигатель не нагружен и легко набирает обороты.

Число фаз

Управление может осуществляться посредством одной, двух или трех фаз. В первом случае прибор больше смягчает увеличение пускового момента, чем тока. Самыми распространенными являются двухфазные модели. Для тяжелого и особо тяжелого пуска предназначены трехфазные приборы.

Обратная связь

Устройства плавного пуска могут работать по установленной программе, т. е. увеличивать напряжение до номинала за указанный временной отрезок. Это самый простой вариант, поскольку при наличии обратной связи процесс управления становится более гибким. Параметрами для нее выступает сравнение вращающего момента и напряжения, а также фазный сдвиг между токами статора и ротора.

Функциональность

Возможность работы на разгон или торможение, что обеспечивается наличием дополнительного контактора. Он шунтирует ключевую схему и позволяет ей остывать. Убирает несимметричность фаз из-за нарушения формы синусоиды, что приводит к перегреву обмоток.

Метод управления

Посредством вращения потенциометров на панели реализуется аналоговый способ управления. С помощью микроконтроллера – цифровой.

Дополнительные опции

К ним относятся все виды защиты, режим экономии электричества, запуск с рывка, функционирование на пониженной скорости (псевдочастотное регулирование).

Правильно подобранное устройство увеличивает рабочий ресурс электромотора вдвое, экономит до 30 % электричества.

Для чего нужен софтстартер?

Устройства плавного пуска все чаще применяются при запуске электроприводов насосов и вентиляторов. С чем это связано, расскажем дальше.

Асинхронные двигатели используются в промышленности и других сферах более 100 лет. За этот период принцип их функционирования мало чем изменился. Включение силовых агрегатов и связанные с этим проблемы хорошо известны. Пусковые токи способствуют просадкам напряжения и перегрузкам проводки, из-за чего некоторая электроника произвольно отключается, в оборудовании возникают сбои. Покупка и установка УТП позволяет избежать лишних расходов и проблем, связанных с нарушением работы установок.

Что такое пусковой ток?

Принцип действия асинхронных двигателей основан на электромагнитной индукции. Возрастание обратной электродвижущей силы, которая возникает из-за меняющегося магнитного поля в процессе запуска силового агрегата, приводит к переходным процессам в электросистеме. Такой режим может негативно повлиять на контур питания и другие устройства, которые подключены к мотору.

В процессе запуска двигатель разгоняется на полную скорость. Длительность переходных режимов зависит от конструкции мотора и параметров нагрузки. Пусковой момент должен быть наибольшим, а токи – минимальными. Последние негативно влияют на силовой агрегат, систему электроснабжения и подключенное оборудование.

На начальном этапе пусковой ток может достигать 5-, 8-кратного значения тока полной нагрузки. В процессе запуска мотора кабели пропускают больший ток, чем в стабильном состоянии. Напряжение в системе падает намного сильнее, чем в процессе обычной работы, что становится очевидным при включении мощного двигателя или нескольких силовых агрегатов одновременно.

Способы защиты электрических двигателей

Учитывая широкое использование асинхронных электромоторов, преодоление проблем запуска стало иметь особое значение. Для их решения было разработано несколько способов, каждый из которых имеет достоинства и недостатки.

В последнее время для регулирования электроэнергии в моторах используется электроника. В частности, устройство плавного пуска, которое задействуется при запуске приводов вентиляторов и насосов. Особенность прибора — в плавной подаче напряжения на обмотки от нуля до номинального значения, что позволяет двигателю постепенно разгоняться до максимальной скорости. Развиваемый силовым агрегатом механический момент пропорционален квадрату поданного к нему напряжения.

При запуске устройство постепенно увеличивает напряжение, и двигатель разгоняется до максимальной скорости без большого момента и сильных скачков тока.

Разновидности УТП

В настоящее время применяются три вида УТП: с одним, двумя и всеми управляемыми фазами. Первый тип подходит для однофазных моторов. Обеспечивает надежную защиту от перегрузок и перегрева, снижает воздействие электромагнитных помех.

Схема второго типа УТП, кроме полупроводниковой платы, включает байпасный контактор. После разгона мотора до номинальной скорости компонент срабатывает, обеспечивая прямую подачу напряжения на силовой агрегат.

Трехфазные устройства самые продуктивные и технически совершенные. Обеспечивают ограничение тока и мощности магнитного поля без перекосов по фазам.

Для чего нужны УТП?

Устройства плавного пуска пользуются популярностью на современном рынке бытовой и промышленной техники за счет невысокой стоимости. Они продлевают эксплуатационный ресурс асинхронных силовых агрегатов, обеспечивают пуск с плавным ускорением, без рывков.

Существует хорошая альтернатива УТП, более дорогая по цене, но имеющая расширенные функциональные возможности. Речь идет о преобразователях частоты. Приборы подходят в случаях, когда нужна регулировка скорости и автоматизация работы оборудования через обратную связь с помощью датчика. Используя преобразователи, можно решать более сложные задачи и разносторонние вопросы в сфере автоматизации электроприводов.

Устройство плавного пуска электродвигателя. Как это работает.

Устройство плавного пуска — электротехническое устройство, используемое в асинхронных электродвигателях, которое позволяет во время запуска удерживать параметры двигателя (тока, напряжения и т.д.) 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

• 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:

1. 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.
2. 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.

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.

Есть отличная альтернатива устройству плавного пуска. Стоимость отличается, но и функциональные возможности расширенные.

Преобразователь частоты – это решение задачи, когда требуется регулирование скорости электродвигателя и автоматизация работы технологичного оборудования через обратную связь посредством датчика. При помощи преобразователя Вы сможете решить более сложные и разносторонние вопросы по автоматизации электропривода.

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Пт)