Как выбрать устройство плавного пуска для электродвигателя

Как выбрать устройство плавного пуска для электродвигателя

Устройства плавного пуска электродвигателей позволяют отнюдь не только снизить пусковой ток в момент старта. Они также способны обеспечивать контроль перегрузок, тем самым продлевая срок службы оборудования, и управлять его остановкой с максимальным быстродействием, что тоже немаловажно.

В первую очередь, при выборе устройства плавного пуска, следует обращать внимание на максимальный ток электродвигателя при наибольшей нагрузке, максимальное число пусков в течение часа, и на значение напряжения питания.

Грубо режимы работы устройств плавного пуска, по значению пускового тока, можно разделить на следующие три:

Легкий. Величина пускового тока не превышает трехкратного значения номинала, и время пуска не превышает 20 секунд. В легким режиме можно осуществлять пуск: винтовых и центробежных компрессоров, центробежных вентиляторов, насосов, приводов конвейеров, различных сверлильных и токарных станков.

Тяжелый. Пусковой ток достигает 4,5 значений номинала. Это касается устройств со значительным моментом инерции, пуск которых продолжается до 30 секунд. Это компрессоры под нагрузкой, роторные дробилки, вертикальные конвейеры, лебедки, пилорамы, прессы, цементные насосы и т.п.

Особо тяжелый. В этом режиме пусковой ток более чем в 6 раз может превышать номинал, при этом разгон может занимать весьма продолжительное время. Сюда относятся: шнековые дробилки, поршневые насосы, различные центрифуги, шаровые мельницы, ленточные пилы, вентиляторы высокого давления под нагрузкой, сепараторы для жидкостей и т.п.

Далее рассмотрим всевозможные характеристики устройств плавного пуска, их функции, на наличие или отсутствие которых следует обратить внимание при выборе той или иной модели для решения конкретной, заранее известной задачи.

Немаловажной характеристикой устройства плавного пуска является его способность контролировать ток. В простых устройствах напряжение постепенно повышается, пока не будет достигнуто его номинальное значение, и этого обычно достаточно для легких пусковых режимов. Однако в некоторых случаях важно ограничить непосредственно мощность, что особенно актуально при использовании маломощных генераторов или слабых линий, где есть риск аварии даже от кратковременного превышения критической мощности.

Следующим критерием выбора можно назвать функцию шунтирования, то есть отключение пускового блока от силовой цепи посредством срабатывания контактора, чтобы по завершении стадии пуска рабочий ток тек не через устройство, а напрямую к нагрузке, дабы не перегревать симисторы пускового устройства. Это актуально для мощных нагрузок. Иногда функция контактора встроена, иногда – требуется внешний контактор, срабатывающий от подающегося на него сигнала.

Типовая схема подключения устройства плавного пуска для одного направления вращения с сетевым и байпасным контакторами приведена на рис унке . Устройство выполнено на базе тиристорного регулятора напряжения.

Схема подключения устройства плавного пуска для одного направления вращения двигателя

По количеству фаз регулирования устройства плавного пуска бывают трехфазными и двухфазными. Двухфазные меньше по габаритам и дешевле, они подходят для легких режимов. Однако для частых пусков лучше и надежней применять непосредственно трехфазные, обеспечивающие полную симметрию режимов работы всех трех фаз.

По способу управления пусковые устройства делятся на аналоговые и цифровые.

Цифровые имеют более гибкое управление и легко предоставляют множество дополнительных защитных функций, в то время как аналоговые ограничены по функционалу, управляются потенциометрами, а внешние системы управления требуют подключения дополнительных узлов.

Электронная защита от перегрузки – немаловажная составляющая любого устройства плавного пуска. В дополнение может быть включена защита по превышению времени пуска, защита от перекоса фаз, изменения чередования фаз, от пониженного тока, от снижения частоты сети и т.д. В некоторых моделях доступно подключение встроенного в обмотку двигателя термистора. Важно при этом не пренебрегать вводными автоматами чтобы защитить устройство в случае короткого замыкания.

Встречаются модели с возможностью пуска двигателя на пониженной скорости за счет псевдочастотного регулирования, когда несколько пониженных скоростей заранее заданы в устройстве и не могут корректироваться. Работа в этих режимах ограничена по времени и функция служит лишь для отладки оборудования перед началом эксплуатации.

Многие модели имеют функцию торможения, когда на обмотку двигателя подается постоянное напряжение (динамическое торможение). Это необходимо для систем с активной нагрузкой, как то: наклонные транспортеры или подъемники, где при отсутствии тормоза движение системы продолжится, что часто не является желательным.

Для некоторых механизмов полезен толчковый пуск, это функция кратковременной подачи полного сетевого напряжения для сталкивания механизма с места, чтобы дальше можно было вести плавный разгон. Эта дополнительная функция встречается в некоторых моделях устройств плавного пуска.

Для насосно-вентиляторного оборудования бывает полезной функция снижения напряжения питания при малой нагрузке, причем это не нанесет ущерба нормальной работе механизма.

Таким образом, подход к выбору устройства плавного пуска может быть основан на сопоставлении конкретных требований с представленными выше критериями. Нередко поставщики предоставляют программу выбора устройства по примерным расчетным алгоритмам, что также облегчает выбор. Главными показателями, тем не менее, являются: количество пусков в час, длительность пуска, номинальный ток, требуемое ограничение тока, длительность остановки, возможность шунтирования, температура и другие условия окружающей рабочей среды.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Плавный пуск электродвигателя своими руками

1. Зачем нужны УПП?
2. Как плавно запустить двигатель?
3. Регулятор оборотов коллекторного двигателя
4. Заключение

Плавный пуск асинхронного двигателя – это всегда трудная задача, потому что для запуска индукционного мотора требуется большой ток и крутящий момент, которые могут сжечь обмотку электродвигателя. Инженеры постоянно предлагают и реализуют интересные технические решения для преодоления этой проблемы, например, использование схемы включения звезда-треугольник, автотрансформатора и т. д.

В настоящее время подобные способы применяются в различных промышленных установках для бесперебойного функционирования электродвигателей.

Зачем нужны УПП?

Из физики известен принцип работы индукционного электродвигателя, вся суть которого заключается в использовании разницы между частотами вращения магнитных полей статора и ротора. Магнитное поле ротора, пытаясь догнать магнитное поле статора, способствует возбуждению большого пускового тока. Мотор работает на полной скорости, при этом значение крутящего момента вслед за током тоже увеличивается. В результате обмотка агрегата может быть повреждена из-за перегрева.

Таким образом, необходимой становится установка мягкого стартера. УПП для трехфазных асинхронных моторов позволяют защитить агрегаты от первоначального высокого тока и крутящего момента, возникающих вследствие эффекта скольжения при работе индукционного мотора.

Преимущественные особенности применения схемы с устройством плавного пуска (УПП):

1. снижение стартового тока;
2. уменьшение затрат на электроэнергию;
3. повышение эффективности;
4. сравнительно низкая стоимость;
5. достижение максимальной скорости без ущерба для агрегата.

Как плавно запустить двигатель?

Существует пять основных методов плавного пуска.

• Высокий крутящий момент может быть создан путем добавления внешнего сопротивления в цепь ротора, как показано на рисунке.

• С помощью включения в схему автоматического трансформатора можно поддерживать пусковой ток и крутящий момент за счет уменьшения начального напряжения. Смотрите рисунок ниже.

• Прямой запуск – это самый простой и дешевый способ, потому что асинхронный двигатель подключен напрямую к источнику питания.
• Соединения по специальной конфигурации обмоток – способ применим для двигателей, предназначенных для эксплуатации в нормальных условиях.

• Использование УПП – это наиболее передовой способ из всех перечисленных методов. Здесь полупроводниковые приборы, такие как тиристоры или тринисторы, регулирующие скорость асинхронного двигателя, успешно заменяют механические компоненты.

Регулятор оборотов коллекторного двигателя

Большинство схем бытовых аппаратов и электрических инструментов создано на базе коллекторного электродвигателя 220 В. Такая востребованность объясняется универсальностью. Для агрегатов возможно питание от постоянного либо переменного напряжения. Достоинство схемы обусловлены обеспечением эффективного пускового момента.

Чтобы достичь более плавного пуска и обладать возможностью настройки частоты вращения, применяются регуляторы оборотов.

Пуск электродвигателя своими руками можно сделать, к примеру, таким образом.

Заключение

УПП разработаны и созданы, чтобы ограничить увеличение пусковых технических показателей двигателя. В противном случае нежелательные явления могут привести к повреждению агрегата, сжиганию обмоток или перегреву рабочих цепей. Для длительной же службы, важно чтобы трехфазный мотор работал без скачков напряжения, в режиме плавного пуска.

Как только индукционный мотор наберёт нужные обороты, посылается сигнал к размыканию реле цепи. Агрегат становится готов к работе на полной скорости без перегрева и сбоев системы. Представленные способы могут быть полезными в решении промышленных и бытовых задач.

Устройство и схема плавного пуска асинхронного электродвигателя

Плавный пуск асинхронного электродвигателя необходим для продления его срока эксплуатации и минимизации работ, связанных с устранением возможных поломок.

Необходимость плавного запуска

Для того чтобы обеспечить необходимую пусковую мощность, следует увеличить номинальную мощность питающей сети. По этой причине оборудование может значительно подорожать. Причем очевиден и перерасход электроэнергии.

Одним из недостатков асинхронного электродвигателя является большой ток пуска. Он превышает номинальный в 5 — 10 раз. Ток с большими бросками может также возникнуть при торможении двигателя или при его реверсе. Это ведет к нагреву обмоток статора, а также слишком больших электродинамических усилий в частях статора и ротора.

Если вследствие возникшей аварийной ситуации двигатель перегрелся и вышел из строя всегда рассматривается возможность его ремонта. Но после перегрева параметры трансформаторной стали изменяются. Отремонтированный электродвигатель обладает номинальной мощностью на 30% меньшей, чем у него была ранее.

Для того чтобы ток ограничить используют пусковые реакторы, автотрансформаторы, резисторы и устройства плавного пуска двигателей — софт-стартеры.

Прямой запуск

В электросхеме прямого пуска машина непосредственно подключена к сетевому напряжению питания.

На схеме выше показана характеристика пускового тока при прямом старте. При таком подключении повышение температуры в обмотках машины минимальное.

Подключение осуществляется с помощью контактора (пускателя). В схеме применяется реле перегрузки для защиты электродвигателя. Однако такой метод применим, когда нет ограничений по току.

Во время старта машины пусковой момент ограничивают, чтобы сгладить резкий рывок, вследствие которого могут выйти из строя механические части привода и подсоединенные механизмы.

По этой причине производители крупных электродвигателей запрещают их прямой пуск.

Подключение «звезда-треугольник»

Одним из основных способов запуска машины является электросхема «звезда-треугольник». Такой старт возможен, для двигателей, у которых все начала и концы обмоток выведены.

Управление стартом по этой схеме состоит из трех контакторов, реле перегрузки и реле времени, управляющим контакторами.

Первоначально коммутация с сетью происходит по схеме «звезда». Контакторы К1 и К3 замкнуты. Затем, через определенное время, обмотки переключаются автоматически на схему «треугольник». Контакты К3 размыкаются, а контакты К2, наоборот, замыкаются. Реле времени в электросхеме служит для управления их переключением. На нем выставляется время разгона двигателя. При этом пусковые токи существенно снижаются.

Такой способ эффективен, но применяется он не всегда.

Старт через автотрансформатор

Этот способ применяется с использованием в электросхеме автотрансформатора, который соединен с машиной последовательно. Он служит для того, чтобы запуск произошел при пониженном на 50 — 80% от номинального напряжении. Вследствие этого пусковой ток и вращающий пусковой момент уменьшатся. Временной интервал переключения от пониженного напряжения к полному корректируется.

Однако здесь есть и недостаток. В процессе работы машина переключается на сетевое напряжение, что приводит к резкому скачку тока.

Устройства плавного пуска

В условиях плавного старта асинхронной машины с использованием в электросхеме силового блока тиристоров подается ток несинусоидальной формы. Ускорение и торможение происходят за короткий промежуток времени. Многие собирают устройство плавного пуска своими руками. Это намного снижает его цену.

В этой схеме тиристоры подключены в цепи параллельно по встречному принципу. К общему электроду поступает управляющее напряжение. Такое устройство принято называть симистором. В случае трехфазной системы он присутствует в каждом проводе.

Для того чтобы отвести тепло, выделяемое при нагревании полупроводников, применяются радиаторы. Габариты, вес и цена устройств при этом возрастает.

Существует и другой вариант для решения проблемы нагрева. В схему подключают шунтирующий контакт. После старта контакты замыкаются. В этом случае возникает параллельная цепь, сопротивление которой меньше сопротивления полупроводников. А ток, как известно, выбирает путь наименьшего сопротивления. Пока происходит этот процесс, симисторы остывают. Пример такого подключения приведен ниже на рисунке.

Типы устройств плавного старта

Их можно разделить на четыре категории.

• Регулирующие пусковой момент. Принцип действия их таков, что они осуществляют контроль одной фазы. Но при контроле плавного старта не снижают пусковые токи. Поэтому спектр применения их ограничен.
• Регулирующие напряжение с отсутствием сигнала обратной связи. Работают они по заданной программе и являются одними из самых распространенных в использовании.
• Регулирующие напряжение с сигналом обратной связи. Их принцип действия — способность менять напряжение и регулировать величину тока в заданном диапазоне.
• Регулирующие ток с наличием сигнала обратной связи. Являются самыми современными из всех устройств подобного типа. Обеспечивают наибольшую точность управления.

Софт-стартеры

Современные устройства плавного пуска выполнены, на микропроцессорах. И это существенно увеличивает их функциональные возможности по сравнению с аналоговыми. Эти устройства называют софт-стартерами. Они увеличивают срок службы исполнительных механизмов и самих электродвигателей.

С ними старт электродвигателя происходит с постепенным увеличением напряжения. Кроме этого, регулируется время разгона и время его торможения. Для того чтобы пониженное начальное напряжение не могло в электросхеме значительно снизить пусковой момент, его устанавливают в диапазоне 30 — 60% от номинального.

Плавная регулировка напряжения дает возможность плавного ускорения двигателя до номинальной скорости.

Необходимо отметить, что с применением софт-стартеров уменьшилось количество реле и контакторов в электрической цепи. Само по себе устройство софт-стартеров не является сложным. Они просты в монтаже и эксплуатации. Электросхема подключения показана на рисунке справа.

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.

Устройства плавного пуска асинхронных двигателей

Известно, что пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в 5-7 раз превышает его номинальный ток. Физически, причина обусловлена низким сопротивлении обмоток электрической машины в предпусковой момент. При приложении номинального напряжения к малому сопротивлению, ток имеет большое значение:

I=U/R (1)

В идеальном случае если R стремится к нулю, то I стремится к бесконечности. В реалии же, ток достигает 5-7 кратного значения. В процессе разгона двигателя, сопротивление обмоток повышается до номинального уровня, а ток соответственно снижается. Передача энергии из сети в момент запуска электродвигателя:

E=P*t=U*I*t (2)

Из выражения (2) можно сделать вывод, что параметры U, I, t могут быть изменены, таким образом, что передаваемая из сети энергия Е останется неизменной. Это выражение справедливо только для приводов с небольшой нагрузкой на валу, например привод вентилятора.

Использование устройств плавного пуска двигателей (УПП). При использовании УПП для ограничения пусковых токов выражение (1) будет действовать на выходе устройства, а выражение (2) на его входе. В основу регулирования напряжения в современных софтстартерах (другое название УПП) лежит свойство тиристоров ограниченно пропускать электрический ток, в зависимости от напряжения, приложенного к управляющему электроду.

Для работы тиристоров в сетях переменного напряжения, их включают встречно в параллельных ветвях, а управляющее напряжение подается на общий электрод. Такое устройство называется симистор, устанавливается он в каждом проводе трехфазной системы.

При протекании пусковых токов через полупроводниковые элементы на них выделяется значительное количество тепла. Для отвода тепла применяют радиаторы, значительно увеличивающие вес, габариты и стоимость устройства.

Другое решение проблемы — это использование схем с подключением шунтирующего контактора. После завершения пускового процесса, его контакты замыкаются, создавая параллельную цепь с меньшим сопротивлением, чем у полупроводников. Ток протекает по пути наименьшего сопротивления, а симисторы в это время остывают.

Современные УПП собраны на микропроцессорной базе, позволяющей существенно расширить функциональность, по сравнению с аналоговыми устройствами плавного пуска. Регулирование напряжения на зажимах электродвигателя осуществляется в функции тока. Это означает, что величина управляющего напряжения симисторов строго дозируется программой, в зависимости от величины тока, протекающей в обмотках.

Регулирование в функции тока позволяет избежать перегруза питающей сети, а значит, появляется возможность экономить на сечении питающего кабеля, мощности трансформатора и габаритах распределительного устройства.

Функциональные возможности УПП во многом совпадают с частотными преобразователями, также используемыми в электроприводе, однако стоимость последних в разы превышает стоимость УПП. Современные устройства могут иметь дополнительные функции, как то: защита от перегруза, от перекоса фаз, неправильного чередования фаз, защита от малых токов (при кавитации в насосах), и пр.

Возможность регулирования напряжения позволяет тормозить двигатель, запускать его при повышенной нагрузке, экономить электроэнергию при установившемся режиме при небольшой нагрузке. Основным достоинством УПП является их невысокая стоимость в сравнении с “частотниками”.

— необходимость согласовывать включение УПП с защитными коммутационными аппаратами — само по себе устройство не защищено от токов коротких замыканий, протекающих через него; — при увеличении пускового времени с помощью УПП есть необходимость применения в цепи специальных автоматов с отстройкой теплового расцепителя по времени; — снижение пускового напряжения неизбежно ведет к снижению пускового момента, УПП применяют только в приводах с небольшой нагрузкой на валу; — влияние наличия полупроводниковых элементов на качество напряжения в сети.