Устройство плавного пуска

Для чего нужны устройства плавного пуска?

Асинхронные двигатели используются в технике и оборудовании для промышленности, сельского хозяйства и многих других отраслей уже более века. Они недорогие, простые в использовании, но их запуск сопровождается проблемами с напряжением и перегрузкой проводки, что в свою очередь ведет к самопроизвольному отключению техники и сбою оборудования. Решить эти проблемы призваны устройства плавного пуска (УПП).

Устройство плавного пуска – это оборудование, которое предназначено для работы в асинхронных электродвигателях и способное во время запуска удерживать параметры двигателя (тока, напряжения и т.д.) в безопасных пределах.

Что может устройство плавного пуска (УПП)?

Среднее по функциональности устройство плавного пуска (УПП) позволяет решать следующие задачи:

• Ограничить пусковой ток ( в большинстве случаев на уровне 3 — 4,5 Iном) и просадки сетевого напряжения питания в зависимости от мощности силового трансформатора и характеристик подводящих шин питания;
• Оптимизировать пусковой и тормозной моменты для безударных разгонов и остановок приводимых механизмов, продлить срок использования подшипников, зубьев колёс редукторов, ремней и других деталей машин;
• Аварийно защитить питающую сеть от токовых перегрузок, заклинивания вала.

Принцип работы устройств плавного пуска

Использование устройства плавного пуска асинхронного двигателя – один из основных способов разогнать его до номинальной скорости вращения и при этом защитить от перегрева, перегруза, замыкания и других факторов.

Принцип работы УПП заключается в том, что в момент пуска значение напряжения на выходе УПП нарастает не скачкообразно, а постепенно. Поэтому пиковые значения пусковых токов не превышают 2-4 величины от требуемых номинальных значений. В результате время выхода двигателя на рабочий режим немного увеличивается, но по-прежнему остается сравнительно малым. При этом сводятся к нулю механические ударные перегрузки, которые могут серьезно сократить срок службы ключевых узлов привода. К тому же резкое уменьшение пиковых пусковых токов позволяет избежать просадок напряжения в питающей сети.

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:

• автотрансформатора или реостата;
• 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.

Как произвести подключение прибора

Разумеется, прибор потребуется подключить к электросети. Также потребуется определить способ шунтирования. Даже при том, что шунтирующий контактор коммутирует контактор номинальный, потребуется пользоваться моделью, рассчитанной на запуск напрямую. Нужно будет уделить внимание фазировке. В противном случае, во время первого же пуска случится короткое замыкание.

Есть модели устройств плавного запуска, которые поддерживают шестиприводный метод подключения. Оно потребует больше кабелей, однако это позволит подключать УПП к двигателю большей мощности.

Также нужно учесть, что во время расчета вводного автомата для электродвигателя, который подключается к сети напрямую, учитываются номинальные токи, которые протекают в течение длительного времени, а также пусковые токи, длящиеся всего 2-3 секунды.

Если же использовать УПП, то пусковые токи будут меньше, однако будут протекать минуту, а то и две. Автоматика может «подумать», что мотор выключен, а идущие токи, выше номинального в несколько раз, являются следствием аварии. В результате система будет отключена.

Чтобы этого не случилось, нужно предусмотреть наличие специального автомата, который позволит устанавливать дополнительные режимы мягкого пуска, либо выбирать автоматику, показатели номинального тока которой соответствует пусковым токам во время работы устройства ПП.

В остальном же порядок подключения устройств для обеспечения плавного запуска должен происходить в строгом соответствии с прилагаемой инструкцией. Причем, его сможет выполнять лишь квалифицированный специалист, имеющий определенный уровень допуска.

Что не может устройство плавного пуска (УПП)?

В свою очередь, устройство плавного пуска (УПП) не может выполнить следующие функции:

• Регулировать частоту вращения двигателя в установившемся режиме;
• Реверсировать направление вращения;
• Увеличить пусковой момент относительно номинального;
• Снизить пусковой ток до значений меньших, чем требуется для вращения ротора в момент старта.

Очень важно: ток обмотки в конкретный момент времени при скорости вращения вала меньше синхронной зависит от текущей скорости, а не от механической нагрузки. От последней при пуске зависит, как быстро мы завершим процесс пуска.

Виды УПП

По способу регулировки напряжения различают одно-, двух-, трехфазные устройства:

• Устройство плавного пуска с регулировкой напряжения по одной фазе. Применяются в электроприводе оборудования мощностью 11 кВт. Такие УПП обеспечивают снижение динамических ударов и отсутствие рывков при старте привода. Недостатками устройств такого типа являются несимметричная нагрузка при запуске, большие пусковые токи.



• Двухфазные УПП. Применяются в приводах мощностью до 250 кВт для снижения динамических нагрузок при пуске. Обеспечивают некоторое снижение пусковых токов, нагрева двигателя. Используется в оборудовании со среднетяжелыми условиями пуска при отсутствии жестких требований к ограничению тока.



• Трехфазные софт-стартеры. УПП такого типа снижают пусковые токи до 3-х кратного значения от номинала, позволяют осуществлять плавную остановку, обеспечивают аварийное отключение привода. Регулировка напряжения осуществляется по всем трем фазам, что исключает появление асимметрии. Номинальная мощность привода ограничена только характеристиками полупроводниковых силовых элементов. Такие УПП используют в приводе с особо тяжелыми условиями пуска, с частым включениями и остановками.



Какие задачи решает софтстартер?

Устройство используется для того, чтобы:

• плавно производить разгон и приостановку двигателя;
• согласовывать крутящийся момент с объемом нагрузки устройства;
• уменьшить величину пускового тока.

Особенность электродвигателя в том, что во время запуска величина крутящегося момента может в 2-3 раза превысить номинальную. Такой резкий скачок в состоянии вывести из строя двигатель, а также привести к падению напряжения в сети. Пусковой ток в начале движения может в 6-8 раз превысить необходимую норму. Мягкий пускатель гарантирует плавный запуск двигателя и постепенное нарастание величины тока в заданном отрезке времени.

Софтстартер ограничивает и максимальную величину тока. Поскольку напряжение на обмотках двигателя растет плавно, его легко удерживать в требуемых границах. В результате сами обмотки не перегреваются, а механические рывки полностью предотвращаются, а устройства надежно защищены от гидроударов.

Если вы правильно подбираете пускатель, то обеспечиваете безопасность работы двигателя и долгий срок службы всей системы в целом.

Основные преимущества мягкого пускателя (софтстартера)

Мягкие пускатели собственного производства компаний имеют ряд неоспоримых преимуществ:

• продление срока эксплуатации всей системы и самого двигателя;
• снижение вероятности перегрева электродвигателя;
• устранение рывков в механической части устройства;
• ограждение системы от гидравлических ударов во время запуска или приостановки двигателя;
• легкая настройка оборудования;
• простой монтаж, так как пускатели не требуют установки дополнительных деталей, вроде температурных и контрольных реле.

Однако существует ряд особенностей, которые обязательно следует учитывать при их выборе.

• Первое — это обязательный учет тока асинхронной машины. Поэтому выбор софт-стартера необходимо осуществлять учитывая полный ток нагрузки, не превышающий тока предельной нагрузки самого устройства,
• Второе — максимальное число стартов в час. Как правило, оно ограничено софт-стартером. Число запусков в час самой машины не должно превышать этот параметр,
• Третье — это напряжение самой электрической сети. Оно должно соответствовать паспортному значению устройства. Несоответствие может привести к его поломке.

Преимущества УПП

В сравнении с другими схемами пуска асинхронных электродвигателей, УПП обеспечивает наибольшее снижение амплитуды пускового тока.



Кроме того, такие устройства обладают следующими преимуществами:

• Продление срока службы двигателя и технологического оборудования. УПП снижает нагрев обмоток, контактов, а также исключает динамические удары.
• Значительное снижение затрат на аппаратную часть электропривода. Установка софт-стартеров позволяет сэкономить на схемах защиты, устанавливать менее мощные коммутирующие устройства.
• Снижение нагрузки на электросеть. УПП снижают броски тока и предотвращают падение напряжения в электросетях. Это особенно актуально при ограниченной мощности трансформаторов и использовании автономных источников электропитания.
• Повышение безопасности производства. Плавный старт и разгон снижет травматизм при поломках оборудования, связанных с рывками при запуске, вероятность гидравлических ударов, других аварийных ситуаций.
• Уменьшение наводимых помех при старте. Софт-стартеры снижают интенсивность магнитного поля при пуске электродвигателя. УПП позволяют отказаться от фильтров для контрольных кабелей.
• Низкая стоимость. Устройства плавного пуска стоят в несколько раз дешевле преобразователей частоты той же мощности. Софт-стартеры выгодно использовать при постоянной нагрузке оборудования в условиях, где ограничение пусковых токов и стартового момента являются основными требованиями.

УПП также заменяют механические тормоза и кинематические устройства для остановки. Кроме того, софт-стартеры позволяют применять асинхронные двигатели с ротором типа “ беличья клетка” вместо дорогих электрических машин с улучшенными пусковыми характеристиками или фазным ротором.

Выбор схемы пуска осуществляется на основании анализа требований к оборудованию и характеристик электрической сети.