Устройство плавного пуска асинхронного электродвигателя

Устройство плавного пуска асинхронного электродвигателя

Назовите код «КП-5» и получите скидку 7% на оборудование производства компании «Эффективные Системы».

Устройство плавного пуска позволяет решить проблему «просадок» напряжения, снизить вероятность перегрева и повысить срок службы электродвигателей.

Подобрать устройство плавного пуска асинхронного двигателя и рассчитать его стоимость можно с помощью онлайн-калькулятора.

Стоимость устройства плавного пуска зависит от сервисных функций, схемы регулирования и величины нагрузки на двигатель.

Контроллеры-оптимизаторы асинхронных электродвигателей обладают функцией энергосбережения и коррекции коэффициента мощности.

Скидки и акции позволят существенно сэкономить на покупке оборудования для управления электроприводом и энергосбережением.

Главные недостатки электродвигателя проявляются в момент его запуска — высокий пусковой ток и значительная нагрузка на механические узлы приводимого в действие оборудования. Решение этих проблем — устройство плавного пуска. О том, как его выбрать и какие задачи оно решает, мы расскажем в данной статье.

Современный мир — это мир высоких скоростей, а значит — двигателей… внутреннего сгорания, ядерных, пневматических… и наконец, электродвигателей — постоянного и переменного тока, синхронных и асинхронных. В промышленности наибольшее распространение получил асинхронный двигатель переменного тока. Он появился в конце XIX столетия и стал активно использоваться уже в начале ХХ века благодаря простоте устройства, неприхотливости в эксплуатации, работе от сети трехфазного переменного тока, относительно высокому КПД и экологической безопасности. Однако сегодня в своем традиционном исполнении он перестал отвечать требованиям рынка: из-за крайне высокого пускового тока асинхронного двигателя в момент его запуска создается очень высокая нагрузка на питающую сеть, что приводит к падению напряжения в последней, а значит — к ухудшению качества электрической энергии. В итоге повышается вероятность возникновения проблем в работе всех устройств и приборов, подключенных к этой сети. Кроме того, из-за резкого рывка при запуске сокращается срок службы механических узлов приводимого в действие оборудования. Для устранения этих недостатков и были созданы устройства плавного пуска (УПП).

УПП: функции и возможности

Итак, что же такое УПП, какую пользу оно может принести? Для решения проблемы необходимо сначала выявить ее причину. В нашем случае она одна: обычно напряжение питания на двигатель подается скачкообразно с 0 В до номинального напряжения питания. В силу того, что обмотка статора двигателя имеет малое омическое сопротивление, а рабочее индуктивное сопротивление двигателя устанавливается только в момент, когда устройство выходит в «режим», в промежуток времени с момента включения в сеть до выхода двигателя в «режим» сопротивление очень мало и сила тока сильно возрастает. Отсюда и получаем высокий пусковой ток, который достигает 6–8-кратного (а порой и 10–12-кратного) увеличения номинального тока потребления.

С учетом этого запуск электродвигателя возможен только в том случае, если мощность источника тока достаточна. На практике такое бывает не всегда, и зачастую мощности источника питания недостаточно для того, чтобы обеспечить столь высокий ток. В результате напряжение в питающей сети падает, как еще говорят, «подсаживается». Чрезмерное увеличение тока и «подсаживание» напряжения не проходит бесследно, и с этим приходится бороться, что выливается в дополнительные финансовые затраты.

Другой недостаток пуска напрямую от сети — высокие нагрузки на механические узлы — возникает по той же причине: скачкообразная подача напряжения питания. Поскольку ток пуска высокий, крутящий момент может достичь 150–200% от номинального, при этом приводимые механизмы двигателя в момент запуска покоятся, а механические узлы испытывают многократные нагрузки. Для предотвращения поломок производитель или потребитель вынужден закладывать дополнительный запас прочности, что опять же сказывается на стоимости оборудования.

Ключ к решению проблемы — плавные подача напряжения и разгон двигателя до номинальных режимов. Эти задачи и призвано решить устройство плавного пуска (УПП).

Использование УПП позволяет:

  • уменьшить пусковые токи;
  • снизить вероятность перегрева электродвигателей;
  • повысить срок их службы;
  • устранить рывки в механической части электропривода в момент запуска электродвигателей, а также гидравлические удары в трубопроводах и задвижках в момент пуска и остановки насосов.

Принцип действия устройства плавного пуска асинхронного электродвигателя

Простейшее УПП основано на свойстве полупроводниковых приборов — тиристоров (а они и являются основным конструктивным элементом УПП) — проводить ток после подачи на соответствующий вход управляющего напряжения и «закрываться» при прохождении значения тока через ноль. Тиристоры соединяются по встречной (симисторной) схеме для каждой из фаз трехфазной системы. В нужные моменты времени на управляющие электроды всех тиристоров подается управляющее напряжение, «открывающее» их, благодаря чему напряжение на силовых клеммах электродвигателя оказывается возможным регулировать. Так как крутящий момент электродвигателя является функцией квадрата приложенного напряжения, появляется возможность регулировать и механические нагрузки в электроприводе. Возможность регулирования напряжения позволяет также плавно останавливать электродвигатели, приводящие в действие низкоинерционные нагрузки.

Читайте также:  Как утеплить потолок в квартире изнутри

Однако описанные устройства имеют и ощутимые недостатки:

  • справляются только с невысокими нагрузками или запуском двигателя вхолостую;
  • при увеличении времени запуска появляется опасность перегрева двигателя, полупроводниковые элементы УПП также могут перегреться и выйти из строя;
  • снижение напряжения влечет за собой снижение крутящего момента на валу.

Более совершенные устройства характеризуются отсутствием указанных недостатков и делятся по принципу действия на амплитудные и частотные. Последние дороже и сложнее в установке/наладке, но их использование оправдывает себя при эксплуатации в условиях, когда для решения поставленных задач необходимо изменять скорость вращения электродвигателя.

Виды УПП

Можно выделить два основных типа УПП:

  • Регуляторы напряжения без функции обратной связи.
  • Регуляторы напряжения с функцией обратной связи.

Рассмотрим каждый из них подробнее.

Регуляторы напряжения без обратной связи. Наиболее распространенный вид устройств плавного пуска. Регулировка здесь может производиться по двум или трем фазам, но только по заранее заданной пользователем программе, в которой указывается время и начальное напряжение запуска. Пусковой ток и момент уменьшаются, есть возможность плавного останова, но не регулируется момент в зависимости от нагрузки на двигатель.

Регуляторы напряжения с обратной связью. Усовершенствованный вариант предыдущей группы. Контролируют фазовый сдвиг между напряжением и током в обмотках статора и используют полученные данные для регулировки напряжения на клеммах двигателя таким образом, чтобы запуск гарантированно произошел с наименьшим значением пускового тока и достаточным значением механического крутящего момента. Также полученные данные используются для работы защит от перегрузки, дисбаланса фаз и пр.

Применение устройств плавного пуска

УПП могут применяться везде, где используется электродвигатель, однако выбор нужно производить исходя из нагрузки двигателя и частоты запусков.

Если нагрузка на двигатель невелика, а его запуск производится редко (например, в шлифовальных станках, некоторых вентиляторах, роторных дробилках, вакуумных насосах), подойдут регуляторы без обратной связи либо вообще регуляторы пускового момента.

Если высокая нагрузка сочетается с частым и инерционным запуском (как в ленточной пиле, центрифуге, сепараторе, распылителе, лебедке, вертикальном конвейере), целесообразным будет выбор регуляторов напряжения с обратной связью, возможно, с запасом по номиналу.

Цены на софтстартеры

В последние годы цены на софтстартеры весьма нестабильны. В связи с падением курса рубля стоимость на импортные и многие отечественные изделия, выпускающиеся под российскими брендами в Юго-Восточной Азии либо изготавливающиеся в России из импортных комплектующих, только за последние год–полтора увеличилась минимум в 2,5 раза.

В зависимости от характеристик стоимость УПП может начинаться от 16 тысяч рублей и достигать почти 600 тысяч рублей, но в последнем случае максимально допустимый номинальный ток может доходить до 710 А.

УПП российского производства

Существуют разные УПП российского производства. Традиционные УПП используют амплитудные методы управления. Из-за этого они запускают оборудование исключительно в холостом или слабо нагруженном режиме. Более продвинутый вариант — контроллеры-оптимизаторы «ЭнерджиСейвер», которые используют фазовые методы управления, поэтому запускают электроприводы, характеризующиеся тяжелыми и очень тяжелыми пусковыми режимами «номинал в номинал». Это позволяет производить запуски чаще и корректировать потребляемую мощность, попутно обеспечивая решение задачи снижения энергопотребления.

Контроллеры-оптимизаторы «ЭнерджиСейвер» производятся компанией «Эффективные системы» (на рынке — с 2002 года), имеющей собственную службу технической поддержки и сервисный центр. Специалисты компании «Эффективные системы» знают об оборудовании для управления электроприводом все, поскольку занимаются только этим направлением. Здесь вы можете выбрать модель УПП, максимально отвечающую вашим требованиям, а также сделать индивидуальный заказ.

Асинхронные электрические машины с короткозамкнутым ротором имеют достаточно низкую стоимость, оптимальное соотношение “мощность-масса”. Их также отличает простота обслуживания и ремонта, надежность. Один из основных недостатков двигателей этой конструкции – увеличение тока в 5-10 раз при пуске. При этом величина напряжения в сети уменьшается. Для устранения нежелательных явлений применяют различные устройства и схемы подключения электродвигателей.

Читайте также:  Посудомоечная машина bosch sd6p1b инструкция

Необходимость плавного запуска

При плавном запуске асинхронного двигателя возможно снизить недостатки таких электрических машин и обеспечить:

  • Снижение затрат на ремонт. Пусковые токи вызывают перегрев обмотки, что существенно снижает эксплуатационный ресурс машин.
  • Отсутствие рывков. Резкий старт двигателя приводит к увеличению износа шестеренчатых передаточных механизмов, гидроударам в сети подачи жидкости, другим нежелательным последствиям.
  • Снижение потребляемой электроэнергии. Прямой пуск вызывает дополнительные энергозатраты. Кроме того, просадки напряжения в условиях ограниченной мощности сети отрицательно влияют на все подключенные устройства.
  • Уменьшение расходов на оборудование коммутации. Электротехнические устройства для асинхронного привода выбирают с большим запасом мощности. Плавный пуск позволяет подключать более дешевые аппараты коммутации и защиты.

Плавный старт и разгон существенно расширяет сферы применения асинхронных электродвигателей.

Способы пуска асинхронных электродвигателей

Для запуска асинхронных двигателей используется разные методы. На практике наибольшее распространение получили следующие способы:

Soft-Starter (дословно мягкий пускатель) – устройство, призванное обеспечить плавный пуск асинхронного двигателя переменного тока с целью снижения пиковых нагрузок на двигатель и питающую сеть, в отечественной технической терминологии получившее название устройство плавного пуска (сокр. УПП).

Таким образом: УПП, устройство мягкого пуска, плавный пускатель, мягкий пускатель, реле плавного пуска, софт-стартер одного поля ягоды.

Откуда ноги растут или проблемы прямого пуска

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.

* А вы знали, что конструкцию асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором разработал известный русский электротехник польско-русского происхождения Михаи́л О́сипович Доли́во-Доброво́льский и получил патент на нее 1889 году. Конструкция получилась настолько совершенной, что принципиально не изменилась по сей день!

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
Читайте также:  Форма для водоотводного лотка

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:

  1. Нормальный режим работы требует значения пускового тока не более 3,5хIн, при этом время пуска может быть в диапазоне 10…20 с;
  2. Тяжелый режим работы характеризуется наличием момента сопротивления на валу двигателя и требует значения пускового тока до 4,5хIн и время разгона до 30 с;
  3. Очень тяжелый режим работы характеризуется пусковым током до 5,5хIн и длительным временем разгона.

Из вышесказанного вытекают рекомендации по отраслевому применению некоторых моделей УПП:

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.

Применение устройства плавного пуска позволяет устранить проблему “проседания” в питающей электрической сети, уменьшить механические ударные воздействия на двигатель и приводной механизм, исключить гидравлические удары, повысив надежность производственных циклов и продлив срок службы основного производственного фонда предприятия.

Данная статья носит исключительно ознакомительный характер. Обратитесь к специалистам компании ООО «РусАвтоматизация» для подбора устройства плавного пуска применительно к вашей категории производственного оборудования.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector