Устройство плавного пуска электродвигателя (сокращенно УПП) – это механизм, используемый для сдерживания роста пусковых характеристик. Он делает мягкими процессы запуска и остановки мотора, защищая его от перегрева и рывков, увеличивает срок эксплуатации. Применяется только для асинхронных двигателей.
При пуске двигателя в ход напрямую в одно мгновение крутящий момент достигает 150-200% от номинального значения. В это же время образуются пусковые токи, которые превышают номинальный в 5, а то и больше раз. Повышенные во время запуска мотора характеристики становится причиной проблем:
Именно эти проблемы вызывают у электрического двигателя необходимость в устройстве плавного пуска. Благодаря ему мотор разгоняется плавно, без рывков и ударов. Пусковые токи снижаются. Поэтому удовлетворительное состояние изоляции будет держаться еще долго.
А как понять, что пуск тяжелый, и двигатель нужно оборудовать УПП? Для этого познакомьтесь с описанием трех случаев этого явления:
Продвинутые устройства плавного пуска для асинхронных двигателей выполняют дополнительные функции:
Использовать такие устройства можно не только для смягчения запуска, но и для плавной остановки мотора. График ниже показывается зависимость скорости вращения двигателя от времени при прямом пуске и с использованием стартсофтера (второе название УПП).
Дополнительный бонус обладателям УПП: можно будет подобрать менее мощный источник бесперебойного питания, если в нем есть необходимость.
Стартсофтеры бывают:
Рассмотрим принцип действия каждого из видов УПП.
Самый простой способ сделать запуск электродвигателя плавным – принудительно сдерживать нарастающую скорость вращения. Для этого можно использовать устройства, механически регулируя вращение вала. Сюда относят тормозные колодки, противовесы с дробью, блокираторы магнитного действия и жидкостные муфты.
В каждом случае принцип действия свой. Однако представить, что происходит при механическом сдерживании скорости, можно на примере вращающегося диска: попробуйте коснуться его предметом. Между ним и диском образуется сила трения, которая будет направлена в противоположную сторону относительно вращения. Это значит, что диску понадобится больше времени для разгона до установленного значения. Скорость при этом будет расти плавно.
Принцип действия электрических УПП заключается в ограничении подаваемого мотору напряжения с помощью параллельно соединенных тиристоров, как показано на рисунке ниже.
Чтобы лучше понять, как работает стартсофтер, нужно подробнее изучить запуск. Теоретически это процесс преобразования энергии из электрической в кинетическую. При этом сопротивление двигателя от малого значения, характерного для не вращающегося двигателя, увеличивается до большого, когда уже достигнута номинальная скорость. И по закону Ома(I=U/R) в начальный момент ток максимален.
Формула же энергии имеет вид: E=P*t=U*I*t. А поскольку в начале запуска ток максимален, то энергия должна передаваться очень быстро. Если же своими руками подключить электродвигатель к сети через УПП, то на входе в устройство будет работать вторая формула. Энергия будет подаваться очень быстро, но выходить будет медленно. Это достигается путем ограничения напряжения, контролирующего рост пускового тока. А поскольку в обеих формулах ток имеет одинаковую величину, видно, что чем меньше сила тока, тем больше времени потребуется на разгон. Но разгон при этом будет плавный.
Важно! Несмотря на необходимость в снижении пусковых токов, устанавливать их на слишком низких значениях нельзя. Иначе двигатель не сможет разогнаться. Обычно достаточно снизить ток до 250% от номинального (при прямом пуске он составляет 500-800%).
Различают два вида электрических устройств, смягчающих пусковой процесс:
Работа амплитудного УПП базируется на постепенном увеличении напряжения на клеммах мотора до максимальной величины. Такие устройства помогают запускать электродвигатели в холостом режиме или с небольшой нагрузкой.
Фазовые стартсофтеры регулируют частотные характеристики фазного тока без снижения напряжения. Это позволяет сохранить высокую мощность мотора, запускать который можно даже с большой нагрузкой. Установить плавное нарастание вращательной частоты можно даже в рабочем режиме. Это важная функция, благодаря которой можно менять скорость вала, не теряя мощность.
Оборудовать электродвигатель устройством плавного пуска или нет – ваше личное дело, если только он не завершает работу на полпути до разгона. Но имейте в виду, что за рубежом запрещено пускать в ход моторы мощностью более 15000 Ватт без стартсофтера. Попытка сэкономить на УПП может привести к преждевременному износу механизма. Если уж не хочется сильно тратиться, то просто установите устройство своими руками, но приобретите его обязательно.
electricdoma.ru
Ранее мы обсуждали характеристики преобразователей частоты, а сегодня настал черед устройств плавного пуска (мягких пускателей, плавных пускателей – единый термин пока не устоялся, и в этой статье мы будем использовать термин "устройство плавного пуска" – УПП).
Иногда из уст продавцов приходится слышать мнение о том, что УПП выбрать просто, это, мол, не преобразователь частоты, здесь надо только пуск организовать. Это не так. Устройство плавного пуска выбирать сложнее. Попробуем разобраться, в чем эта сложность состоит.
Назначение УПП
Как следует из названия, задача прибора – организовать плавный пуск асинхронного двигателя переменного тока. Дело в том, что при прямом пуске (то есть при подключении двигателя к питающей сети при помощи обычного пускателя) двигатель потребляет пусковой ток, превышающий номинальный в 5-7 раз, и развивает пусковой момент, существенно превышающий номинальный. Все это приводит к двум группам проблем:
1) Пуск слишком быстрый, и это приводит к различным неприятностям – гидравлическим ударам, рывкам в механизме, ударному выбору люфтов, обрыву транспортерных лент и т.д.
2) Пуск тяжелый, и завершить его не удается. Здесь сначала нужно определиться с термином "тяжелый пуск" и возможностями его "облегчения" при помощи УПП. К "тяжелому пуску" обычно относят три разновидности пуска:
а) пуск, "тяжелый" для питающей сети – от сети требуется ток, который она может обеспечить с трудом или не может вообще. Характерные признаки: при пуске отключаются автоматы на входе системы, в процессе пуска гаснут лампочки и отключаются некоторые реле и контакторы, останавливается питающий генератор. Скорее всего, УПП тут действительно поправит дело. Однако следует помнить, что в лучшем случае пусковой ток удастся снизить до 250% от номинального тока двигателя, и если этого недостаточно, то решение одно – необходимо использовать преобразователь частоты.б) Двигатель не может запустить механизм при прямом пуске – не крутится вообще или "зависает" на определенной скорости и остается на ней до срабатывания защиты. Увы, УПП ему не поможет – двигателю не хватает момента на валу. Возможно, с задачей справится преобразователь частоты, но этот случай требует исследования.в) Двигатель уверенно разгоняет механизм, но не успевает дойти до номинальной частоты – срабатывает автомат на входе. Такое часто бывает на тяжелых вентиляторах с достаточно высокой частотой вращения. Устройство плавного пуска здесь, скорее всего, поможет, но риск неудачи сохраняется. Чем ближе механизм к номинальной скорости в момент срабатывания защиты, тем больше вероятность успеха.
Организация пуска при помощи УПП
Принцип работы устройства плавного пуска заключается в том, что напряжение, подаваемое от сети через УПП на нагрузку, ограничивается при помощи специальных силовых ключей – симисторов (или встречно – параллельно включенных тиристоров) – см. рис. 1. В результате напряжение на нагрузке можно регулировать.
Немного теории: процесс пуска – это процесс преобразования электрической энергии источника питания в кинетическую энергию работающего на номинальной скорости механизма. Очень упрощенно этот процесс можно описать так: сопротивление двигателя R в процессе разгона увеличивается от очень маленького при остановленном двигателе до достаточно большого на номинальной скорости, поэтому ток, который по закону Ома равен:
I = U / R (1)
оказывается очень большим, а передача энергии
Е = P х t = I х U х t (2)
очень быстрой. Если между сетью и двигателем установить УПП, то формула (1) действует на его выходе, а формула (2) – на входе. Понятно, что ток в обеих формулах одинаковый. УПП ограничивает напряжение на двигателе, плавно повышая его по мере разгона вслед за ростом сопротивления, ограничивая, таким образом, потребляемый ток. Поэтому по формуле (2) при постоянстве необходимой энергии Е и напряжении сети U чем меньше ток I, тем больше время пуска t. Отсюда видно, что при снижении напряжения будут решаться как проблемы, связанные со слишком быстрым пуском, так и проблемы, связанные со слишком большим током, потребляемым от сети.
Однако в наших выкладках не учитывалась нагрузка, для разгона которой нужен дополнительный момент, и соответственно дополнительный ток, поэтому уменьшать ток слишком сильно нельзя. Если нагрузка велика, то момента на валу двигателя может не хватить даже при прямом пуске, не говоря уже о пуске при пониженном напряжении – это вариант тяжелого пуска "б", описанный выше. Если же при снижении тока момент оказывается достаточным для разгона, но время в формуле (2) растет, то может сработать автомат – с его точки зрения время протекания тока, существенно превышающего номинальный, недопустимо велико (вариант тяжелого пуска "в").
Основные характеристики УПП. Возможность контроля тока. По существу это способность УПП регулировать напряжение так, чтобы ток изменялся по заданной характеристике. Эта функция обычно называется пуском в функции тока. Простейшие УПП, не имеющие такой возможности, просто регулируют напряжение в функции времени – т.е. напряжение на двигателе плавно возрастает от начального до номинального за заданное время. Во многих случаях этого достаточно, особенно при решении проблем группы 1. Но если основная причина установки УПП – ограничение тока, то без его точного регулирования не обойтись. Эта функция особенно важна тогда, когда из-за ограниченной мощности сети (маленький трансформатор, слабый генератор, тонкий кабель и т.п.) превышение предельно допустимого тока чревато аварией. Кроме того, УПП с контролем тока способны реализовать его плавное нарастание в начале процесса пуска, что особенно важно при работе от генераторов, которые очень чувствительны к резким броскам нагрузки.
Необходимость шунтирования.
По окончании процесса пуска и достижении номинального напряжения на двигателе УПП желательно вывести из силовой цепи. Для этого применяется шунтирующий контактор, соединяющий вход и выход УПП пофазно (см. рис. 2).
По команде от УПП этот контактор замыкается, и ток течет в обход прибора, что позволяет его силовым элементам полностью остыть. Однако, даже при отсутствии шунтирующей цепи, когда во все время работы двигателя через симисторы течет номинальный силовой ток, их нагрев по сравнению с режимом пуска оказывается небольшим, поэтому многие УПП допускают работу без шунтирования. Платой за такую возможность оказывается немного меньший номинальный ток и существенное увеличение веса и габаритов за счет радиатора, необходимого для отвода тепла от силовых ключей. Некоторые УПП строятся по обратному принципу – в них шунтирующий контактор уже встроен, и на работу без шунтирования они не рассчитаны, поэтому из-за уменьшения охлаждающих радиаторов их размеры оказываются минимальными. Это положительно сказывается и на цене, и на получающейся схеме подключения, но их время работы в пусковом режиме оказывается меньше по сравнению с другими приборами.
Количество регулируемых фаз.
По этому параметру УПП делятся на двухфазные и трехфазные. В двухфазных, как это следует из названия, ключи установлены только в двух фазах, третья же подключается к двигателю напрямую. Плюсы – снижение нагрева, уменьшение габаритов и цены.
Минусы – нелинейное и несимметричное по фазам потребление тока, которое хотя и частично компенсируется специальными алгоритмами управления, все же отрицательно влияет на сеть и двигатель. Впрочем, при нечастых пусках этими недостатками можно пренебречь.
Цифровое управление. Система управления УПП может быть цифровой и аналоговой. Цифровые УПП обычно реализуются на микропроцессоре и позволяют очень гибко управлять процессом работы прибора и реализовывать множество дополнительных функций и защит, а также обеспечивать удобную индикацию и связь с управляющими системами верхнего уровня. В управлении аналоговых УПП используются операционные элементы, поэтому их функциональная насыщенность ограничена, настройка выполняется потенциометрами и переключателями, а связь с внешними системами управления обычно осуществляется при помощи дополнительных устройств.
Дополнительные функции
Защита. Кроме своей основной функции – организации плавного пуска – УПП содержат в себе комплекс защит механизма и двигателя. Как правило, в этот комплекс входит электронная защита от перегрузки и неисправностей силовой цепи. В дополнительный набор могут входить защиты от превышения времени пуска, от перекоса фаз, изменения чередования фаз, слишком маленького тока (защита от кавитации в насосах), от перегрева радиаторов УПП, от снижения частоты сети и т.д. Ко многим моделям возможно подключение термистора или термореле, встроенного в двигатель. Однако следует помнить, что УПП не может защитить ни себя, ни сеть от короткого замыкания в цепи нагрузки. Конечно, сеть будет защищена вводным автоматом, но УПП при коротком замыкании неизбежно выйдет из строя. Некоторым утешением может служить только то, что короткое замыкание при правильном монтаже не возникает мгновенно, и в процессе снижения сопротивления нагрузки УПП обязательно отключится, только не стоит вновь включать его, не установив причину отключения.
Пониженная скорость. Некоторые устройства плавного пуска способны реализовать так называемое псевдочастотное регулирование –перевод двигателя на пониженную скорость. Этих пониженных скоростей может быть несколько, но они всегда строго определены и не поддаются коррекции пользователем.
Кроме того, работа на этих скоростях сильно ограничена по времени. Как правило, эти режимы используются в процессе отладки или при необходимости точной установки механизма в нужное положение перед началом работы или по ее окончании.
Торможение. Довольно много моделей способны подать на обмотку двигателя постоянный ток, что приводит к интенсивному торможению привода. Эта функция обычно нужна в системах с активной нагрузкой – подъемники, наклонные транспортеры, т.е. системы, которые могуг двигаться сами собой при отсутствии тормоза. Иногда эта функция нужна для предпусковой остановки вентилятора, вращающегося в обратную сторону из-за тяги или действия другого вентилятора.
Толчковый пуск. Используется в механизмах, имеющих высокий момент трогания. Заключается функция в том, что в самом начале пуска на двигатель кратковременно (доли секунды) подается полное напряжение сети, и происходит срыв механизма с места, после чего дальнейший разгон происходит в обычном режиме.
Экономия энергии в насосно-вентиляторной нагрузке. Поскольку УПП представляет собой регулятор напряжения, то при малой нагрузке можно снизить напряжение питания без ущерба для работы механизма.
Экономию энергии это дает, но не следует забывать, что тиристоры в режиме ограничения напряжения являются нелинейной нагрузкой для сети со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Есть и другие возможности, которые производители закладывают в свои изделия, но для их перечисления объема одной статьи недостаточно.
Методика выбора
Теперь вернемся к тому, с чего мы начинали – к выбору конкретного прибора.
Многие советы, данные для выбора преобразователя частоты, действуют и здесь: сначала следует отобрать серии, отвечающие техническим требованиям по функциональности, затем выбрать из них те, которые охватывают диапазон мощностей для конкретного проекта, и из оставшихся выбрать нужную серию в соответствии с другими критериями – производитель, поставщик, сервис, цена, габариты, и т.д.
Если нужно выбрать УПП для насоса или вентилятора, запуск которых происходит не чаще двух-трех раз в час, то можно просто выбрать модель, номинальный ток которой равен или больше номинального тока запускаемого двигателя. Этот случай охватывает около 80% применений, и не требует консультаций со специалистом. Если же частота пусков в час превышает 10, то нужно учесть и необходимое ограничение тока, и требуемое затягивание пуска по времени. В этом случае очень желательна помощь поставщика, у которого, как правило, имеется программа выбора нужной модели или хотя бы расчетный алгоритм. Данные, которые понадобятся для расчета: номинальный ток двигателя, количество пусков в час, необходимая длительность пуска, необходимое ограничение тока, необходимая длительность останова, окружающая температура, предполагаемое шунтирование.
Если же двигатель запускается свыше 30 раз в час, то стоит рассмотреть в качестве альтернативы вариант использования преобразователя частоты, поскольку даже выбор более мощной модели УПП может не решить проблему. А цена его уже будет сравнима с ценой преобразователя при существенно меньшей функциональности и серьезному влиянию на качество сети.
Подключение
Кроме очевидного подключения прибора к сети и двигателю, необходимо определиться с шунтированием.
Несмотря на то, что шунтирующий контактор будет коммутировать номинальный, а не пусковой ток двигателя, желательно все-таки использовать модель, рассчитанную на прямой пуск – хотя бы для реализации аварийных режимов работы. При подключении следует обратить особое внимание на фазировку – если ошибочно соединить, например, фазу А на входе УПП с другой фазой на выходе, то при первом же включении шунтирующего контактора произойдет короткое замыкание, и прибор будет выведен из строя.
Некоторые УПП допускают так называемое шестипроводное подключение, схема которого показана на рис. 3. Такое подключение требует большего количества кабелей, но позволяет использовать устройство плавного пуска с двигателем, мощность которого намного превышает мощность самого УПП.
При установке УПП следует иметь в виду еще одно его свойство, часто приводящее к недоразумениям (см. тяжелый пуск "в"). При расчете вводного автомата для двигателя, подключающегося к сети напрямую, учитывается номинальный ток двигателя, протекающи й длительное время, и пусковой, протекающий лишь несколько секунд. При использовании же УПП пусковой ток существенно меньше, но протекает он намного дольше – до минуты и более. Автомат не может этого “понять” и считает, что запуск давно завершен, а протекающий ток, превышающий номинальный в разы, является следствием аварийной ситуации, и отключает систему. Во избежание этого следует либо установить специальный автомат с возможностью установки дополнительного режима для процесса плавного пуска, либо выбрать автомат с номинальным током, соответствующим пусковому току при использовании УПП. Во втором случае этот автомат не сможет защитить двигатель от перегрузок, но эту функцию выполняет сам УПП, так что защита двигателя не пострадает.
Подведем итоги. Если механизм, пуск которого нужно сделать более плавным, вписывается во все перечисленные в этой статье ограничения, а возможности, обеспечиваемые доступными моделями УПП, вас устраивают, то ваш выбор – устройство плавного пуска. Экономия средств по сравнению с применением преобразователя частоты (заменой питающего трансформатора, увеличением мощности генератора, заменой кабеля на более толстый – выберите ваш случай) будет ощутимой. Если же УПП по каким-то причинам не подходит – еще раз обратите внимание на преобразователи частоты, которые хотя и дороже, но намного функциональнее.
Руслан Хусаинов, к.т.н., технический директор ЗАО "Сантерно" (Москва)
konstruktor.net
Асинхронный двигатель получил большое применение благодаря своей простоте, надежности и дешевизне. Именно поэтому он широко используется в промышленности. Чтобы улучшить его характеристики и продлить время службы, существуют различные устройства, которые позволяют регулировать, запускать или защищать двигатель. Одним из них является устройство для плавного пуска (УПП) или софт-стартер. Хотя термин “софт-стартер” применим и к различным электромагнитным муфтам, частотным преобразователям и вообще любым устройствам, позволяющим осуществить плавный пуск двигателя.
Современное устройство плавного пуска асинхронного двигателя заменяет более примитивные способы, типа пуска переключением со звезды на треугольник или реостатного пуска. Следует понимать, что УПП стоит недешево и применение его должно быть оправданным. Цена, конечно же, зависит от мощности, функций пуска и защиты и лежит в пределах от 2000 до 100 000 рублей и выше.
При запуске двигателя, возникает большой пусковой момент, это связано с тем, что двигателю необходимо преодолеть момент нагрузки на валу. Для того чтобы создать такой момент, двигателю нужно много энергии из сети, с этим связана первая проблема при запуске – просадки напряжения. Это может неблагоприятно сказаться на других потребителях этой сети. Кроме того, резкий рывок в момент пуска, связанный с большим моментом, может повредить механические части привода.
Еще одной проблемой возникающей при запуске являются большие пусковые токи. Эти токи, протекая по обмотке двигателя, выделяют большое количество тепла, при этом изоляция обмотки может прийти в негодность, что вызовет межвитковое замыкание и выход двигателя из строя.
Чтобы избавится от всех перечисленных выше негативных явлениях, при пуске, используют устройство плавного пуска, которое позволяет снизить пусковые токи, а следовательно снизить просадки напряжения и нагрев обмотки. Снижение пускового тока, приводит к снижению пускового момента, следовательно, смягчаются удары в момент пуска, что сохраняет механические детали привода. Большим преимуществом устройств плавного пуска является то, что пуск осуществляется с плавным ускорением, без рывков.
Внешне УПП представляет собой устройство прямоугольной формы и средних размеров. В нем имеются выводы для подключения двигателя и управляющей цепи. Некоторые устройства дополняются жидкокристаллическими экранами, индикаторами и кнопками, с помощью которых можно устанавливать различные режимы пуска, снимать показания, ограничивать величину тока и т.д. Также на корпусе присутствуют сетевые разъемы для обмена данными и программирования.
Устройство плавного пуска позволяет не только обеспечить запуск, но и останов двигателя. Кроме того, в нем присутствуют различные функции защиты двигателя, например от короткого замыкания, перегрева, обрыва фаз, превышения пусковых токов, от понижения или повышения напряжения питания.
УПП имеет функцию запоминания ошибок, которые могли возникнуть в процессе работы, с помощью разъема для обмена данными можно их считать и расшифровать.
electroandi.ru
Данный раздел посвящен теоретическим основам частотного регулирования и принципам работы устройства плавного пуска.
Принцип работы преобразователя частоты
Частотный преобразователь - устройство, позволяющее осуществлять регулирование скорости вращения электродвигателей посредством изменения частоты электрического тока.
Для понимания процесса частотного регулирования для начала необходимо вспомнить из курса электротехники принцип работы асинхронного электродвигателя.
Вращение вала электродвигателя происходит за счет магнитного поля создаваемого обмотками статора. Синхронная частота вращения магнитного поля зависит от частоты напряжения питающей сети f и выражается следующей зависимостью:
где p – число пар полюсов магнитного поля.
Под действием нагрузки частота вращения ротора электродвигателя несколько отличается от частоты вращения магнитного моля статора вследствие скольжения s:
Следовательно частота вращения ротора электродвигателя представляет собой зависимость от частоты напряжения питающей сети:
Таким образом требуемую частоту вращения вала электродвигателя np можно получить путем изменения частоты напряжения сети f. Скольжение при изменении частоты вращения не увеличивается, а соответственно потери мощности в процессе регулирования незначительны.
Для эффективной работы электропривода и обеспечения максимальных значений основных характеристик электродвигателя требуется вместе с частотой изменять и питающее напряжение.
Функция изменения напряжения в свою очередь зависит от характера момента нагрузки. При постоянном моменте нагрузки Mc = const напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте:
Для случаев вентиляторного режима:
При моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости:
Таким образом, плавное регулирование частоты обеспечивается одновременным регулированием частоты и напряжения на статоре асинхронного двигателя.
Рис 1. Схема частотного преобразователя
На рис. 1. представлена типовая блок-схема низковольтного преобразователя частоты. В нижней части рисунка для каждого блока наглядно изображены графики входных и выходных напряжений и токов.
Сначала напряжение сети (UBX) поступает на вход выпрямителя (1). Далее для сглаживание выпрямленного напряжения (UВЫПР) применяется конденсаторный фильтр (2). Затем уже постоянное напряжение (Ud) подается на вход инвертора (3), где происходит преобразование тока из постоянного обратно в переменный, формируя тем самым выходной сигнал с необходимыми значениями напряжения и частоты. Для получение сигнала синусоидальной формы применяются сглаживающий фильтр (4)
Для более наглядного понимания принципа работы инвертора рассмотрим принципиальную схему частотного преобразователя на рис. 2
Рис. 2 – принципиальная схема низковольтного преобразователя частоты
В основном в инверторах применяется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Принцип данного метода заключается в попеременном включении и выключении ключей генератора, формируя импульсы различной длительности (рис. 3). Синусоидальный сигнал получается за счет индуктивности двигателя или применения дополнительного сглаживающего фильтра.
Рис. 3. Выходной сигнал преобразователя частоты
Таким образом, управляя процессом включения-выключения инверторных ключей, мы можем формировать выходной сигнал нужной частоты, а следовательно управлять технологическими параметрами механизма путем изменения частоты вращения привода.
Теория и принцип работы устройства плавного пуска
В связи с особенностями переходных процессов происходящих во время пуска электродвигателя токи обмоток достигают 6-8 кратной величины номинального тока электродвигателя, а вращающий момент на его валу достигает 150-200% от номинального значения. Как следствие это увеличивает риск поломки механической части двигателя, а также приводит к падению напряжения питающей сети.
Для решение данных проблем на практике применяется устройства плавного пуска электродвигателей, обеспечивающие постепенное увеличение токовой нагрузки.
Помимо снижения токовых нагрузок мягкие пускатели позволяют: .
Принцип работы УПП
Типовая схема устройства плавного пуска представлена на рис. 1
Рис. 1. Типовая схема устройства плавного пуска
Изменением угла открытия тиристоров осуществляется регулирования выходного напряжения УПП. Чем больше угол открытия тиристора - тем больше величина выходного напряжения, питающего электродвигатель.
Рис. 2. Формирование выходного напряжения УПП
Принимая во внимание то что величина крутящего момента асинхронного электродвигателя пропорциональна квадрату напряжения, то снижение напряжения снижает величину вращающего момента вала двигателя. При помощи такого метода пусковые токи электродвигателя снижаются до величины 2...4 IНОМ, при этом время разгона несколько увеличивается. Наглядное изменение механической характеристики асинхронного электродвигателя при понижении напряжении показано на рис. 3
Рис 3. Механические характеристика двигателя
Снижение токовой нагрузки в процессе мягкого пуска электродвигателя наглядно показаны на рис. 4.
Рис. 4. Диаграмма плавного пуска асинхронного электродвигателя показана
На рис. 1. продемонстрирована типовая схема устройства плавного пуска однако стоит отметить, что реальная схема мягкого пускателя будет завесить в первую очередь от условий его эксплуатации. Например, для бытового бытовой инструмента и электродвигателя привода промышленной дробилки требуются различные устройства плавного пуска. Важнейшими параметрами, определяющими режимы работы устройств плавного пуска, являются время пуска и максимальное превышение по току.
В зависимости от этих параметров выделяют следующие режимы работы устройств плавного пуска:
Устройства плавного пуска можно разделить на следующие основные группы:
1. Регуляторы пускового момента Данный тип устройств осуществляет контроль только одной фазы трехфазного двигателя. Контроль одной фазой дает возможность снижать пускового момент электродвигателя двигателя, но при этом снижение пускового тока происходит незначительное. Устройства данного типа не могут применяться для уменьшения токовых нагрузок в период пуска, а также для пуска высокоинерционных нагрузок. Однако они нашли применение в системах с однофазными асинхронными электродвигателями.
2. Регуляторы напряжения без обратной связи Данный тип устройств работает по следующему принципу: пользователь задает величину начального напряжения и время его нарастания до номинальной величины и наоборот. Регуляторы напряжения без обратной связи могут осуществлять контроль как двух так и трех фаз электродвигателя. Такие регуляторы обеспечивают снижение пускового тока снижением напряжения в процессе пуска.
3. Регуляторы напряжения с обратной связью Данный тип УПП представляет собой более совершенную модель описанного выше устройств. Наличие обратной связи по позволяет управлять процессом увеличения напряжения добиваясь оптимального режима пуска электродвигателя. Данные о токовой нагрузке позволяет также организовать комплексную защиту электродвигателя от перегрузки, перекоса фаз и т.п.
4. Регуляторы тока с обратной связью Регуляторы тока с обратной связью представляют собой наиболее совершенные устройства плавного пуска. Принцип работы основан на прямом регулировании тока а не напряжения. Это позволяет добиться наиболее точное управление пуском электродвигателя, а также облегчает настройку и программирование УПП.
www.chastotnik.pro
Устройства плавного пуска электродвигателей относятся к классу комбинированных приборов. Основной задачей их принято считать распределение энергии. Также они помогают управлять мощностью электродвигателей. Для обеспечения непрерывной работы мотора они подходят идеально.
При необходимости питание от сети они отключат довольно быстро. На сегодняшний день устройства плавного пуска активно применяются в промышленности. В частности модели можно встретить в сверлильных и фрезерных станках. Для лифтовых станций такие приборы подходят.
Стандартная схема устройства плавного пуска электродвигателя представляет собой набор контактов. За счет смены их положения меняется параметр входного напряжение. Сердечники у моделей часто устанавливаются импульсного типа. Электрические катушки в устройствах находятся за контактами.
В данном случае тепловые реле используются с низкой и высокой частотой. Выводов для подключения оборудования должно быть предусмотрено два. Непосредственно передвижение контактов осуществляется благодаря пружинам. Блоки управления существуют разнообразные. Клеммы у моделей обычно располагаются под нижней крышкой. Фильтры усиления устанавливаются не на все пускатели.
Однофазный прибор, обеспечивающий пуск электродвигателей (устройство плавного пуска), по конструкции является очень простым. В данном случае катушка подбирается с первичной обмоткой. Разомкнутых контактов у моделей наблюдается не более четырех единиц. В данном случае сердечник располагается под катушкой. Непосредственно тепловое реле частоту обязано держать не ниже 55 Гц.
Выводов для подключения к двигателю в устройствах предусмотрено два. Пружины у моделей применяются плоские. В зависимости от блоков управления размеры пускателей меняются. Некоторые модификации оснащаются регуляторами чувствительности. Клеммы у них находятся возле нижней панели. Применяется устройство плавного пуска однофазного электродвигателя часто для промышленных станков.
Двухфазный прибор, обеспечивающий пуск электродвигателей (устройство плавного пуска), выпускается только с импульсным сердечником. В данном случае тепловые реле устанавливаются низкочастотные. Непосредственно контактов у моделей может быть до четырех единиц. Для изменения фазы используется триггер. Также во многих устройствах устанавливаются фильтры усиления. Подключаются модели через выводы на задней панели. Клеммы в таких устройствах располагаются над верхней пластиной. Блоки управления часто имеются с регулятором чувствительности. Встретить двухфазные модели на производстве можно часто. Для фрезерного оборудования они подходят хорошо.
Устройства плавного пуска трехфазного электродвигателя работают за счет изменения положения контактов. Катушки в данном случае во многих моделях располагаются за сердечниками. Серия разомкнутых контактов устанавливается на специальной платформе. Выводы у трехфазных пускателей могут находиться над блоком управления. Однако чаще всего они располагаются у задней панели.
Непосредственно тепловые реле в таких устройствах имеются на 60 Гц. Чувствительность регулировать в оборудовании можно за счет рычага. Спусковой механизм устанавливается над сердечником. На сегодняшний день трехфазные пускатели часто работают с судовыми двигателями.
Синхронный прибор, обеспечивающий пуск электродвигателей (устройство плавного пуска), отличается пониженной частотностью. Достигается это за счет использования сердечников закрытого типа. Катушки у таких моделей входное напряжение обязаны выдерживать на уровне 200 В.. Тепловые реле монтируются над верхней платиной. Система замыкающих контактов располагается по обе стороны сердечника.
Для увеличения чувствительности устройства используется специальный регулятор. Клеммы у моделей могут монтироваться у верхней и задней части панели. Фильтры усиления используются довольно редко. При этом триггеры устанавливаются часто.
На сегодняшний день асинхронных прибор, обеспечивающий пуск электродвигателей (устройство плавного пуска), производится с различной комплектацией. Катушки индуктивности у моделей устанавливаются на 220 и 300 В.. В данном случае сердечники часто используются открытого типа. В среднем параметр полосы пропускания у них достигает 5 мп. Однако на рынке представлены также сердечники импульсного типа. Отличаются они от других моделей повышенной чувствительностью. При этом изнашиваются они крайне медленно, и способны долго проработать. Разомкнутые контакты в устройствах находятся у верней пластины.
Тепловые реле устанавливаются исключительно низкочастотного типа. Выходное напряжение они минимум обязаны выдерживать на уровне 230 В.. Подключение многих моделей осуществляется через выводы. Для смены положение нижних контактов применяются пружины. Устанавливаются часто они не большого диаметра. Блоки управления во всех устройствах оснащаются блокираторами. Регуляторы чувствительности также присутствуют во всех конфигурация. По типу триггеров модели довольно сильно отличаются. Если рассматривать устройства плавного пуска асинхронных электродвигателей с катушками на 220 В, то они чаще всего имеются волнового типа. Однако фазовые аналоги также представлены на рынке.
Отдельного внимания в таких приборах заслуживает спусковой механизм. Как правило, состоит он из наборов проводников. В наше время наиболее распространенными считаются модификации на четыре контакта. Если рассматривать модели с катушками индуктивности на 300 В, то в данном случае триггеры всегда используются фазового типа.
Пускатели высоковольтного типа активно используются в атомной энергетике. Катушки у таких устройств часто устанавливаются на 300 В.. Параметр пропускной способности колеблется в районе 5 мп. Непосредственно контакты имеются как подвижные, так и не подвижные. Сердечники устанавливаются импульсного, а также конденсаторного типа. Отличаются они между собой по показателю чувствительности. На сегодняшний день более надежными принято считать импульсные модификации.
Тепловые реле для приборов походят только низкочастотные. Параметр рабочего тока в системе достигает 5 А.. Для регулировки пластин используются плоские пружины. Блоки управления в пускателях имеются с блокираторами, и без них. Спусковые механизмы часто устанавливаются на трех проводниках. Фильтры усиления в данном случае используются очень редко.
Отдельного внимания в приборах заслуживает тип триггеров. Если рассматривать низкочастотные устройства, то они подбираются только волнового типа. С понижением чувствительности прибора они справляются хорошо. Подключается устройство плавного пуска высоковольтного электродвигателя через замыкание выводов. Часто они располагаются на верней крышке.
Устройство плавного пуска электродвигателя ABB отличается наличием фазовых триггеров. Их преимущество перед волновыми модификациями кроется в способности быстро справляться с электромагнитными помехами. Таким образом, двигатель работает более стабильно, и обороты поддерживает всегда на нужном уровне. Фильтры усиления можно встретить только в устройствах низковольтного типа. Пластины у моделей фиксируются на плоских пружинах. Спусковые механизмы устанавливаются на блоках управления. Непосредственно частотность пользователь способен контролировать с помощью рычага.
Катушки индуктивности в таких устройствах серии ABB устанавливаются на 200 В.. Контакты располагаются по обе стороны от пластины. Сердечники часто устанавливаются закрытого типа. В результате износ их крайне мал. Тепловые реле можно встретить как ступенчатого, так и опорного типа. Выводов в устройствах имеется только два. Использоваться модели данного типа могут лишь в сетях с переменным током. В данном случае параметр выходного напряжения не должен превышать 220 В.. В свою очередь уровень предельного тога максимум может составлять 6 А.
Устройство плавного пуска электродвигателя Шнайдер оснащено катушкой на 230 В.. Нагрузки оно максимум способно выдерживать в 6 А.. В данном случае сеть разомкнутых контактов находится возле теплового реле. Сердечник у модели установлен импульсного типа. Параметр полосы пропускания его составляет максимум 6 мп. Устанавливается тепловое реле сразу под пластиной. Выходы у модели имеются с клеммами. Подвижные контакты в системе крепятся на плоских пружинах. Блок управления предусмотрен в устройстве стандартный.
Блокиратор в нем имеется. Спусковой механизм установлен на четыре контакта. Фильтр усиления в пускателе не предусмотрен. Однако для регулировки частотности имеется рычаг. Триггер установлен фазового типа. Крепится он в приборе над нижней пластиной, рядом с подвижными контактами. Подходит устройство для управления синхронными двигателями.
Модели для морских судов включают в себя сердечники открытого типа. Непосредственно катушки устанавливаются на 300 В.. Перегрузки устройство для плавного пуска электродвигателя максимум должно выдерживать на уровне 6 А.. Параметр полосы пропускания таких модификаций достигает 7 мп. Для подключения моделей применяются специальные выводы. Часто они устанавливаются над сердечником у пластины.
Блоки управления для защиты могут оснащаться блокираторами. Спусковые механизмы по устройству довольно сильно отличаются. Если рассматривать низкочастотные модели, то они часто устанавливаются на четыре проводника. В данном случае клеммы должны находиться возле сердечника. Чувствительность у моделей данного типа не регулируется. Фильтры усиления присутствуют только в пускателях с волновыми триггерами. Подвижные пластины в приборах устанавливаются возле тепловых реле.
Устройства для атомной энергетики оснащаются надежными системами защиты. Всего пластин с контактами у приборов имеется около пяти. Катушки в устройствах устанавливаются самые различные. В некоторых случаях они крепятся на задних панелях. Выходов для подключения у приборов имеется два. Тепловые реле используются часто низкочастотного типа. В данном случае сердечники подходят только импульсные.
fb.ru
Из всех видов двигателей асинхронные двигатели получили наиболее широкое распространение в промышленности и продолжают вытеснять все больше и больше двигатели постоянного тока.
Асинхронные двигатели получили широкое распространение благодаря следующим своим качествам: дешевизне двигателя, простоте конструкции, надежности, высокому к. п. д. До настоящего времени асинхронные двигатели уступали место двигателям постоянного тока только в тех случаях, где требовалось плавное регулирование частоты вращения (строгальные станки, правильные машины, регулируемые главные приводы прокатных станов и т. п.), в электрическом транспорте и в приводах большой мощности повторно-кратковременного режима (реверсивные станы). Внедрение в промышленность регулируемых преобразователей частоты позволит, еще шире применять асинхронные двигатели.
Недостатками асинхронных двигателей являются:
Итак, для чего нужно ограничивать пусковой ток в обмотках статора асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором?
Необходимость ограничения тока двигателей диктуется причинами электрического и механического характера. Причины электрического характера ограничения тока двигателей могут быть следующие:
Уменьшение толчков тока в сети требуется обычно при пуске крупных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, если они получают питание от сравнительно маломощной питающей системы. Кроме того, для крупных двигателей заводы-изготовители машин не разрешают прямой пуск из-за чрезмерно больших электродинамических усилий в лобовых частях обмоток статора и ротора.
Причины механического характера ограничения момента двигателей могут быть самыми разнообразными, например предотвращение поломки или быстрого изнашивания передач, соскальзывания ремней со шкивов, буксования колес подвижных тележек, больших ускорений или замедлений, недопустимых для оборудования или людей в различных средствах передвижения и т. д. Иногда требуется уменьшить пусковой момент двигателей, даже небольших, для того чтобы смягчить удары в передачах и обеспечить плавное ускорение.
Во всех случаях, где условия работы не требуют форсированных ускорений или замедлений, желательно рассчитывать режимы на минимальные броски тока, а следовательно, и момента, сохраняя этим передачи механизма и двигатель.
Для ограничения тока применяются пусковые реакторы, резисторы и автотрансформаторы, а также современные электронные устройства – софт-стартеры (устройства плавного пуска двигателей).
Полезное
Устройства плавного пуска INSTART
en-res.ru
Широкое использование асинхронных трехфазных двигателей в различных механизмах и оборудовании часто сталкивается с проблемой резкого пуска силовой установки, что во многих случаях влияет на долговечность эксплуатации или приводит к выходу из строя приводимых в действие элементов.
Кроме того, при резком запуске, пусковой ток электродвигателя в несколько раз превышает его рабочие показатели и тем самым влияет на срок эксплуатации не только электрического оборудования, но и сетей, к которым он подключен. Для устранения этого недостатка и негативных его последствий для оптимальной работы применяют устройство плавного пуска (УПП) электродвигателя.
Аппаратура, которая осуществляет процесс плавного пуска также реализует и функцию торможения, что тоже немаловажно для лояльной работы многих агрегатов на основе электрических приводов. Софтстартеры, так называют устройства плавного пуска, реализованы на базе симисторов, которые в отличие от других схем запуска электродвигателя обеспечивает поступательный бесступенчатый разгон двигателя, ограничивая пусковой ток. Этот принцип не только оптимизирует пусковой момент, но выполняет функции управления и защиты, а кроме того дает вполне определяемый экономический эффект.
При этом необходимо понимать, что УПП не может производить регулировку частоты вращения, реверсировать направление вращения, увеличивать пусковой момент и снижать пусковой ток до значения ниже, чем требуется для старта вращения ротора.
Плавный пуск электродвигателя может быть реализован несколькими вариантами включения симисторов в цепи управления и разделяется на однофазные, двухфазные и трехфазные схемы включения, каждая из которых имеет функциональные отличия и стоимость исполнения соответственно. Кроме того, при использовании для питания двигателя соединения типа «треугольник» существует возможность включить симистор в разрыв обмотки.
Симистор, как известно, представляет собой включенных два встречно параллельных тиристора с управляющим входным каналом. В схеме УПП тиристоры исполняют роль быстродействующих контакторов, которые включаются напряжением, а выключаются током.
Однофазная схема регулирования (рис. 1) предполагает запуск электродвигателя мощностью не более 11 кВт в том случае, если требуется смягчить пусковой удар, а уже торможение, длительный запуск и ограничения на пусковой ток не имеют значения, так как при этом варианте реализовать такие функции нет возможности. Подобные УПП в последнее время сняты с производства как следствие значительного удешевления полупроводниковых приборов, в том числе и тиристоров.
Двухфазные УПП (рис. 2) применяются для регулирования пуска двигателей мощностью до 250 кВт. Такие устройства, хотя иногда и снабжают байпасными контакторами (by pass) с целью удешевления, но этим решением не устраняют недостаток, заключенный в несимметричности питания каждой фазы, что в итоге может привести к перегреву.
Самой совершенной схемой, осуществляющей не только мягкий пуск электродвигателя, но и обеспечивающей универсальное применение УПП, является трехфазное регулирование. Мощность управляемых УПП двигателей ограничивается тепловой и электрической прочностью симисторов, а функциональность таких устройств позволяет реализовать множество решений. в том числе динамическое торможение, подхват обратного хода и симметричность ограничений силы магнитного поля и тока.
Важной составляющей устройства плавного пуска является байпасный контактор, о котором упоминалось ранее, позволяющий создать наиболее комфортные условия, как для работы электродвигателей, так и для самого УПП. Байпасный, или иначе ,обходной контактор (БК), предназначен для облегчения теплового режима системы плавного запуска для питания двигателя при выходе на установленные обороты. Схематично включение БК выглядит, как указано на рисунке.
Стандартная схема включения устройства для плавного запуска электродвигателя предусматривает использование магнитного пускателя, теплового реле, быстродействующих предохранителей или автоматических выключателей, причем, последние должны иметь регулировку по токам перегрузки. Ниже на рисунках изображено принципиальное включение элементов УПП относительно обмоток электродвигателя по трех проводной и шести проводной схеме.
В предложенной схеме используется шунтирующий пускатель, который обеспечивает работу двигателя после его выхода на установленное число оборотов и отключает устройство плавного пуска. Важной характеристикой шунтирующего (байпасного) пускателя является то, что он в отличие от сетевого адаптера не должен проводить через себя пусковой ток и рассчитываются его параметры только по номинальной (установившейся) нагрузке.
Подобная схема включения УПП является единственно правильной при управлении параллельно несколькими двигателями, которые должны работать в синхронном режиме. Кроме того байпасная схема рекомендуется к применению для двигателей большой мощности.
Современные устройства плавного пуска выпускаются с возможностью сопряжения с программируемыми контролерами и компьютерными системами через совместимый интерфейс и могут включаться по требованию оператора или общей системы управления. Кроме всех преимуществ, отмеченных выше, стоит отметить, что изменение характеристик пусковых токов несет экономическую выгоду, которая определяется сохранностью оборудования и питающих сетей и может быть просчитана в долгосрочном режиме.
proelectrika.com
