Мягкие пускатели (устройства плавного пуска). Типы и функции

Устройства плавного пуска бывают разных модификаций и могут отличаться по принципу действия. Однако все устройства плавного пуска имеют одни и те же основные компоненты.

Двигатели, запускаемые напрямую, имеют характеристики, значительно превышающие номинальные значения. Повышенные пусковые токи и значения крутящего момента при запуске являются источником таких повреждений, как механические рывки, повреждение изоляции обмоток, перегрев, затрудненный запуск и другие проблемы двигателя. Однако все нежелательные неисправности можно предотвратить с помощью устройства плавного пуска, поэтому электродвигатели нуждаются в устройстве плавного пуска (УПП).

Содержание

Основные функции устройства плавного пуска:

  • Плавный разгон и остановка.
  • Уменьшает пусковой ток.
  • Согласование момента нагрузки с моментом двигателя.

В СПП напряжение на обмотке двигателя увеличивается постепенно, обеспечивая ограничение тока. Это обеспечивает поддержание параметров электрической машины в безопасных пределах во время запуска.

Проектирование контроллера

Устройства плавного пуска бывают разных модификаций и могут отличаться по принципу действия. Однако все устройства плавного пуска имеют одни и те же основные компоненты.

Основные компоненты устройства плавного пуска:
  • Тиристоры. Они регулируют напряжение, подаваемое на электродвигатель.
  • Сборка печатных схем. Эта часть устройства плавного пуска управляет тиристорами.
  • Обогреватели, вентиляторы. Они необходимы для рассеивания тепла.
  • Трансформатор тока. С помощью этого компонента измеряется ток.
  • Жилье.

Некоторые софтстарты оснащены клавиатурой и дисплеем. Кроме того, в зависимости от типа устройства плавного пуска, оно может иметь встроенное реле перегрузки, что устраняет необходимость во внешнем реле.

Принцип работы устройства плавного пуска
Пусковая характеристика регулируется в соответствии с двумя принципами:
  1. Механические.
  2. Электрический.
Механический PSC:

Плавного пуска Механические университеты

Простой способ добиться плавного запуска двигателя – это принудительное ускорение с помощью тормозных колодок, жидкостных сцеплений и других компонентов.

Этот метод имеет существенные недостатки:
  • Снижение напряжения уменьшает крутящий момент на валу.
  • Длительный запуск повышает риск перегрева двигателя.
  • Длительный запуск может привести к перегреву полупроводниковых компонентов контроллера, которые могут выйти из строя.

Кроме того, механическое управление запуском используется только при небольших нагрузках или при запуске двигателя на холостом ходу.

Пускатели электродвигателей считаются более совершенными и делятся на два типа в зависимости от их функциональности:

Устойчивость плавного пуска электрических сетей

  1. Амплитуда . Этот тип устройства плавного пуска обеспечивает пуск на холостом ходу или при умеренной нагрузке. Эти устройства постепенно увеличивают напряжение на клеммах двигателя до предельного значения.
  2. Частота (фаза) . Эти частотные регуляторы управляют частотными характеристиками фазного тока без снижения напряжения. Это позволяет двигателю запускаться даже при большой нагрузке.
Фазовые контроллеры обладают следующими преимуществами:
  • Возможность увеличения частоты вращения во время работы.
  • Гарантирует стабильно высокую мощность двигателя даже при изменении скорости вращения вала.
Недостатки фазовращателя:
  • Сложность установки.
  • Сложность в настройке.

Электрические устройства плавного пуска не имеют недостатков, которые могут привести к неисправности самого устройства или двигателя. Они всегда подходят для применения, но значительно дороже контроллеров с механическим управлением.

Типы АТФ
АТФ делятся на следующие типы:
  • РСтабилизаторы напряжения с функцией обратной связи . Это усовершенствованный тип регулятора, который управляет сдвигом фаз между током и напряжением обмотки.
  • Стабилизаторы напряжения без функции обратной связи . Эти устройства широко используются по сравнению с другими стартерами. Они могут управляться двумя или тремя фазами, в зависимости только от ранее указанных параметров.
  • Регуляторы пускового моментаа . Эти устройства могут координировать только одну фазу двигателя. Таким образом, можно управлять пусковым моментом двигателя и лишь немного уменьшить пусковой ток. Можно сказать, что эти контроллеры не управляют током, снижение тока едва заметно, поэтому оно почти такое же, как и при прямом пуске. Если этот ток протекает через обмотки двигателя в течение более длительного периода времени, чем при обычном прямом пуске, это может привести к перегреву двигателя. Поэтому данный тип контроллера не используется в приложениях, где требуется более низкий пусковой ток. Однако их можно использовать для плавного пуска однофазных асинхронных двигателей.
  • Регуляторы тока с обратной связью . Это самые продвинутые софтстартеры. Они обеспечивают прямое управление током, позволяя более точно контролировать запуск. В них преобладают как простые настройки, так и стартовое программирование. Большинство параметров устанавливаются автоматически.

Устройства регулирования напряжения без обратной связи являются наиболее распространенным типом регуляторов. Они бывают двухфазными и трехфазными. Эти типы AVR могут контролировать напряжение двух или трех фаз двигателя одновременно. Управление происходит исключительно на основе заранее заданной программы, которая включает в себя начальное пусковое напряжение и точное время, в которое напряжение должно достичь номинального значения. Некоторые модели таких пускателей способны ограничивать пусковой ток, но чаще всего это ограничение заключается в снижении напряжения во время запуска двигателя. Они также могут управлять процессом замедления, медленно снижая напряжение до остановки.

Электрические и механические характеристики этих устройств отвечают всем стандартным требованиям, предъявляемым к контроллерам. Однако более продвинутой разновидностью этих устройств плавного пуска являются контроллеры с обратной связью.

Регуляторы напряжения с обратной связью получают информацию о токе двигателя и используют ее для подавления роста напряжения при запуске. Регулятор начинает снижать темп, когда достигается заранее установленный предел тока. Эти регуляторы позволяют осуществлять запуск при минимальном значении тока и удовлетворительном значении крутящего момента. Полученные ими данные используются для обеспечения защиты от перекоса фаз, перегрузки и т.д.

Применение АТФ

SPF используются во всех областях промышленности и сельского хозяйства. Их можно использовать везде, где есть электродвигатель. Однако устройства плавного пуска следует выбирать с учетом нагрузки двигателя и частоты пусков.

При малых нагрузках и нечастых пусках следует устанавливать контроллеры без обратной связи или контроллеры крутящего момента. Эти контроллеры подходят для кофемолок, некоторых типов вентиляторов, вакуумных насосов и другого оборудования с небольшими нагрузками.

При частых инерционных пусках и больших нагрузках рекомендуется использовать регуляторы обратной связи. Их следует использовать в центрифугах, ленточных пилах, вертикальных конвейерах, распылителях и т.д.

Преимущества и недостатки

Использование устройства плавного пуска снижает риск перегрева двигателя.

Таким образом, можно выделить основные преимущества устройства плавного пуска:

  • Увеличение срока службы двигателей и других исполнительных механизмов, находящихся в контакте с двигателем.
  • Сокращение потребления энергии.
  • Снижение эксплуатационных расходов на машину.
  • Позволяет регулировать время ускорения и замедления электродвигателя.
  • Уменьшает силу электромагнитных помех.
  • Простота установки и эксплуатации.
Недостатки:
  • Не выполняет изменение направления вращения.
  • Не управляет скоростью двигателя в режиме постоянной работы.
  • Снижение пускового тока до более низких значений, необходимых при запуске для вращения ротора.

Устройства плавного пуска для электродвигателей считаются распространенными устройствами для решения проблем прямого пуска.

Включение устройства плавного пуска в привод дает следующие преимущества:

Области применения устройств плавного пуска

Прежде чем рассмотреть параметры выбора устройства плавного пуска, рассмотрим, какие режимы и условия пуска требуют установки этого устройства.

В зависимости от нагрузки и разницы в пусковом и номинальном токах существуют следующие типы устройств плавного пуска для электродвигателей:

  • Легкий старт. Когда привод запускается, ток не превышает номинального значения, умноженного на три, а переходный процесс длится не более 20 секунд. Для этого типа устройств используется простейший контроллер.
  • Запуск под большой нагрузкой. Для производственного оборудования со значительной инерцией или при запуске под нагрузкой токи увеличиваются более чем в 4 раза, а переходный процесс длится более 30 секунд.
  • Особенно тяжелые старты. В этих условиях пусковой ток может в 6, 8 раз превышать номинальный ток. Разгон двигателя также занимает значительное время.

СПП используются в электроприводах различного производственного оборудования и технологических установок с тяжелыми и очень тяжелыми условиями пуска. Более того, их использование оправдано:

  • Когда мощность энергосистемы ограничена. Пусковые токи вызывают перегрузку, при которой падает напряжение, срабатывает защита, генераторы перегреваются и отключаются. В таких случаях решением является установка контроллера. Однако следует отметить, что это устройство снижает пусковой ток в лучшем случае в 2,5 раза. Если мощности сети недостаточно, установите инвертор.
  • Если быстрый старт неприемлем. При прямом пуске крутящий момент на валу двигателя значительно превышает номинальный. Это вызывает ударную нагрузку на механику, что приводит к повреждению оборудования. Контроллер обеспечивает ограничение пускового момента и успешно решает эту проблему.

Если автоматический выключатель срабатывает до того, как вал двигателя достигает номинальной скорости, установка устройства плавного пуска также может помочь.

  • Об электроприводах для насосных агрегатов. Когда насосы запускаются с чрезмерным крутящим моментом и резко останавливаются, в сети возникают гидроудары, повреждающие запорную и регулирующую арматуру, контрольно-измерительные приборы и трубопроводы. Плавный запуск и остановка агрегатов, обеспечиваемые SPP, позволяют избежать этих проблем.
  • На вентиляционном оборудовании. Высокий пусковой момент вызывает поломку ременных передач и увеличивает износ подшипников. Вентиляторы также требуют плавного запуска и остановки приводного двигателя.
  • На компрессорных установках и центрифугах. Для привода такого оборудования крутящий момент на валу должен соответствовать фактической нагрузке. Пульсации, вызванные быстрым запуском и ускорением электродвигателя, оказывают негативное влияние на работу таких промышленных установок.
  • В мельницах, дробилках и другом оборудовании с постоянным моментом нагрузки. Использование привода с SPP исключает механические удары при запуске.
  • Конвейеры и другие промышленные установки, приводимые в движение редукторами. Использование ППП снижает ударные нагрузки на редукторы и продлевает срок службы оборудования.

Способность управлять автомобилем при ускорении и торможении. Наличие дополнительного контактора, который шунтирует цепь ключа и позволяет ему остыть, а также устраняет асимметрию фаз, вызванную неравномерностью синусоиды, которая приводит к перегреву обмоток.

Устройство плавного пуска для электродвигателя. Как это работает.

Устройство плавного пуска для электродвигателей. Как это работает.

Устройство плавного пуска – Электрическое устройство, используемое в асинхронных двигателях, которое позволяет поддерживать параметры двигателя (ток, напряжение и т.д.) в безопасных пределах во время запуска. Его использование снижает пусковые токи, уменьшает вероятность перегрева двигателя, устраняет рывки механических приводов, что в конечном итоге увеличивает срок службы электродвигателя.

Назначение

Он управляет запуском, работой и остановкой электродвигателей. Основными проблемами для асинхронных двигателей являются:

  • Невозможность согласования крутящего момента двигателя с крутящим моментом нагрузки,
  • высокий пусковой ток.

Во время пуска крутящий момент часто достигает 150-200% за доли секунды, что может привести к повреждению кинематической цепи привода. Пусковой ток может в 6-8 раз превышать номинальный ток, вызывая проблемы со стабильностью питания. Устройства плавного пуска позволяют избежать этих проблем, позволяя двигателю разгоняться и тормозить медленнее. Это снижает пусковые токи и позволяет избежать рывков в механическом приводе или гидравлических ударов в трубопроводах и клапанах при запуске и остановке двигателей.

Принцип работы устройства плавного пуска

Основная проблема асинхронных двигателей заключается в том, что крутящий момент двигателя пропорционален квадрату приложенного напряжения, что вызывает резкие рывки ротора при запуске и остановке двигателя, что приводит к высокому индукционному току.

Мягкие пуски могут быть механическими, электрическими или сочетать в себе и то, и другое.

Механические устройства непосредственно противодействуют внезапному увеличению скорости двигателя, ограничивая крутящий момент. Это могут быть тормозные колодки, жидкостные муфты, магнитные замки, дробовые противовесы и другие.

Эти электрические устройства обеспечивают постепенное увеличение тока или напряжения от начального низкого уровня (опорного напряжения) до максимального напряжения для плавного запуска и разгона двигателя до номинальной скорости. Этот тип контроллера обычно использует методы амплитудного регулирования и поэтому может справиться с запуском на холостом ходу или при недостаточной нагрузке. Новое поколение СПД (например, устройства EnergySaver) используют методы фазового управления и поэтому способны запускать приводы с тяжелыми условиями запуска от номинала до номинала. Эти устройства плавного пуска позволяют производить более частые пуски и имеют встроенный режим энергосбережения и коррекцию коэффициента мощности.

Выбор устройства плавного пуска

ustroystvo_plavnogo_puska.jpg

При включении асинхронного двигателя в его роторе на короткое время индуцируется ток короткого замыкания, ток которого снижается до номинального значения, соответствующего мощности, потребляемой электрической машиной после достижения ею номинальной скорости. Это явление усугубляется тем, что во время ускорения крутящий момент на валу также резко возрастает. В результате могут сработать автоматические выключатели или, если они не установлены, выйти из строя другие электроприборы, подключенные к той же линии. И в любом случае, даже если аварии не произошло, потребление электроэнергии при запуске электродвигателей увеличивается. Для компенсации или полного устранения этого явления используются устройства плавного пуска.

Как реализуются устройства плавного пуска

Для плавного запуска двигателя и предотвращения пусковых токов используются два метода:

  1. Ограничение тока в обмотке ротора. Для этого он состоит из трех катушек, соединенных в звезду. Их свободные концы выведены на контактные кольца (коллекторы), закрепленные на штифте вала. К коллектору подключен реостат, сопротивление которого максимально при запуске. Когда он уменьшается, ток ротора увеличивается, и двигатель запускается. Такие машины называются двигателями с фазным ротором. Они используются в подъемном оборудовании и в качестве тяговых двигателей в троллейбусах и трамваях.
  2. Они снижают напряжение и токи, подаваемые на статор. Это, в свою очередь, достигается с помощью:

(a) автотрансформатор или реостат;

(b) ключевые схемы на основе тиристоров или симисторов.

Ключевые цепи являются основой для электрических устройств, которые принято называть устройствами плавного пуска или мягкими пускателями. Обратите внимание, что инверторы также позволяют осуществлять плавный пуск двигателя, но они только компенсируют внезапное увеличение крутящего момента, не ограничивая пусковой ток.

upp_shema.jpg

Принцип работы ключевой схемы основан на том, что тиристоры открываются на определенное время, когда синусоида проходит через ноль. Обычно в той части фазы, где напряжение повышается. Реже встречается, когда напряжение падает. В результате на выходе SPD обнаруживается пульсирующее напряжение, форма волны которого лишь приблизительно напоминает синусоиду. Амплитуда этой кривой увеличивается по мере увеличения интервала времени, в течение которого тиристор открыт.

Критерии выбора устройств плавного пуска

Критерии отбора, в порядке убывания важности, следующие:

  • Мощность.
  • Количество контролируемых фаз.
  • Обратная связь.
  • Функциональные возможности.
  • Технология управления.
  • Дополнительные функции.

Основным параметром регулятора является коэффициент Iном – это сила тока, на которую рассчитаны тиристоры. Это должно быть в несколько раз больше, чем ток, протекающий через обмотку двигателя при номинальной скорости. Кратность зависит от тяжести начала. Если он легкий – станки, вентиляторы, насосы – пусковой ток в три раза превышает номинальный. Тяжелые пуски характерны для приводов, имеющих значительный момент инерции. Это, например, вертикальные конвейеры, лесопилки, прессы. Ток в пять раз превышает номинальный ток. К этому добавляются особенно тяжелые пуски, которые сопровождают поршневые насосы, центрифуги и ленточные пилы. В этих случаяхном мягкого пускателя должно быть в 8-10 раз больше.

Серьезность запуска также влияет на время завершения работ. Она может длиться от десяти до сорока секунд. В это время тиристоры сильно нагреваются, поскольку рассеивают часть электрической энергии. Для повторного включения они должны остыть, а это занимает столько же времени, сколько и рабочий цикл. Поэтому, если ваш процесс требует частых циклов включения и выключения, выбирайте мягкий пускатель, а не тяжелый. Даже если ваше устройство не находится под нагрузкой и легко набирает скорость.

Количество фаз

Вы можете контролировать одну, две или три фазы. В первом случае устройство смягчает увеличение пускового момента в большей степени, чем тока. Чаще всего используются двухфазные пускатели. Трехфазные пускатели используются для тяжелых и очень тяжелых пусковых установок.

Обратная связь

КОНТРОЛЛЕР можно запрограммировать на увеличение номинального напряжения в определенное время. Это самое простое и наиболее распространенное решение. Наличие обратной связи делает процесс управления более гибким. Он используется для сравнения напряжения и момента или сдвига фаз между токами ротора и статора.

Функциональность

Возможность работы в режиме ускорения или замедления. Наличие дополнительного контактора, который шунтирует цепь ключа и позволяет ему остыть, а также устраняет асимметрию фаз, вызванную неравномерностью синусоиды, которая приводит к перегреву обмоток.

Контролировать поведение

Может быть аналоговым, с помощью вращения потенциометров на панели, или цифровым, с использованием цифрового микроконтроллера.

Дополнительные функции

Все виды защиты, режим энергосбережения, функция аварийного запуска, работа на пониженной скорости (псевдочастотное управление).

Правильно подобранный контроллер удваивает срок службы двигателей, экономит до 30%. электрическая энергия.

Почему именно софтстартер?

Устройства плавного пуска все чаще используются для запуска электроприводов насосов, вентиляторов. Что это означает? В этой статье мы постараемся ответить на этот вопрос.

Асинхронные двигатели используются уже более ста лет, и за это время их работа изменилась относительно мало. Запуск этих устройств и связанные с ним проблемы хорошо известны их владельцам. Пусковые токи вызывают падение напряжения и перегрузки в электропроводке, что приводит к

– некоторые электроприборы могут включаться самостоятельно;

– возможны сбои в работе оборудования и т.д.

Заблаговременно приобретенное и подключенное устройство плавного пуска позволяет избежать ненужных расходов и головной боли.

Каков ток стартера

Принцип работы асинхронных двигателей основан на явлении электромагнитной индукции. Возникновение обратной электродвижущей силы (ЭДС), которая возникает в результате приложения переменного магнитного поля во время запуска двигателя, вызывает переходный процесс в электрической системе. Этот переходный процесс может повлиять на энергосистему и другое подключенное к ней оборудование.

При запуске электродвигатель разгоняется до полной скорости. Продолжительность начальных переходных процессов зависит от конструкции оборудования и характеристик нагрузки. Пусковой момент должен быть самым высоким, а пусковые токи – самыми низкими. Последние оказывают пагубное воздействие на сам прибор, систему электропитания и подключенные к ней приборы.

В начальный период пусковой ток может достигать значения, в пять-восемь раз превышающего ток полной нагрузки. Во время запуска двигателя проводники вынуждены проводить больший ток, чем в период установившегося режима. Падение напряжения в системе также будет намного больше во время запуска, чем в установившемся режиме – это становится особенно очевидным при запуске мощной машины или большого количества двигателей одновременно.

Способы защиты электродвигателя

С распространением электродвигателей возникла проблема преодоления проблем с запуском. За прошедшие годы для решения этих проблем было разработано несколько методов, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения.

В последнее время был достигнут значительный прогресс в использовании электроники для регулирования электрической мощности двигателей. Все чаще устройства плавного пуска используются для запуска электроприводов насосов, вентиляторов. Это связано с тем, что устройство имеет ряд специальных функций.

Особенностью устройства плавного пуска является то, что оно плавно подает напряжение на обмотки двигателя от нуля до номинального значения, что позволяет плавно разогнать двигатель до максимальной скорости. Механический момент, развиваемый двигателем, пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения.

При запуске контроллер постепенно увеличивает подаваемое напряжение, и двигатель разгоняется до номинальной скорости без больших крутящих моментов и скачков тока.

Типы устройств плавного пуска

Устройства плавного пуска выпускаются с управлением одной, двумя и всеми фазами.

Первый тип используется для однофазных двигателей для обеспечения надежной защиты от перегрузки, перегрева и снижения влияния электромагнитных помех.

Как правило, второй тип включает в себя обходной контактор в дополнение к твердотельной плате управления. Когда двигатель достигает номинальной скорости, обходной контактор отключается и обеспечивает подачу постоянного напряжения на двигатель.

Трехфазный тип является лучшим и наиболее технически совершенным решением. Он обеспечивает ограничение тока и силы без фазовой асимметрии.

Итак, зачем вам нужен плавный пуск?

Благодаря своей относительно низкой цене устройства плавного пуска становятся все более популярными на современном рынке промышленного и бытового оборудования. Устройство плавного пуска для асинхронного электродвигателя необходимо для продления срока службы двигателя. Большим преимуществом плавного пуска является плавное ускорение без рывков.

Существует прекрасная альтернатива устройству плавного пуска. Стоимость отличается, но функциональность выше.

Преобразователь частоты – это решение для приложений, требующих управления скоростью двигателя и автоматизации процессов с помощью обратной связи с энкодером. С помощью инверторов можно решать более сложные и многогранные задачи по автоматизации электроприводов.

Есть еще вопросы?
Наши специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8 утра-6 вечера, понедельник-четверг)

Двигатель подключается к выходным силовым клеммам U,V,W.

Подключение устройства плавного пуска

Существует две схемы соединения блоков. Первый – это линейное соединение, которое можно считать стандартным, и внутритреугольное соединение. Следует сразу оговориться, что не все устройства плавного пуска могут быть подключены по второй схеме подключения.

Схема подключения устройства плавного пуска

Линейный способ подключения является наиболее распространенным, все устройства в цепи (защитные переключающие устройства, разъединители) в этом случае просто соединяются последовательно с контроллером. Двигатель может быть подключен в звезду или треугольник.

В соединении внутри треугольника фазы мягкого пускателя соединены последовательно с отдельными обмотками двигателя. Когда контроллер находится внутри треугольника, через него протекает только 58 % номинального тока.
от номинального тока. Поэтому в данном случае можно уменьшить размер устройства для экономии средств. Но это потребует 6 проводов для соединения контроллера и двигателя, в отличие от линейной схемы, где требуется 3 провода.

Обратите внимание, что устройства плавного пуска, которые регулируют напряжение только в двух из трех фаз, не могут использоваться с соединением треугольником.

В остальном подключение устройства плавного пуска не сильно отличается от подключения того же частотного преобразователя.

Подключение устройства плавного пуска

Питание на входные клеммы питания R,S,T, которые также могут обозначаться L1,L2,L3, и обходной контактор KM, поступает от автоматического выключателя QF, вместо которого также могут использоваться предохранители.

Двигатель подключается к выходным силовым клеммам U,V,W.

При плавном пуске двигателя устройство плавного пуска отключается, сигнал с клемм 1 и 2 подается на катушку обходного контактора, силовые контакты КМ замыкаются, и двигатель работает напрямую от сети.

Клеммы 7,8,9 и 10 относятся к цепям ручного запуска и остановки контроллера. Кнопка пуска подключается к клемме 9, а кнопка остановки – к клемме 8. Кнопка аварийной остановки (гриб) подключается к клемме 7. При кратковременном нажатии кнопки ПУСК двигатель плавно запускается, а при нажатии кнопки СТОП начинается процесс остановки. Аварийный выключатель обеспечивает немедленную остановку двигателя.

Выход реле неисправности, клеммы 5 и 6, замыкается при возникновении неисправности или срабатывании защиты.

Программируемые релейные выходы 3 и 4 можно использовать для вывода информации о состоянии контроллера (работа, режим ожидания, неисправность, запуск). Временную задержку отключения можно установить в настройках.

Аналоговые выходы 11,12 могут использоваться для измерения эффективного тока двигателя. Его можно подключить к внешнему амперметру.

На странице нормальный ход Пусковой ток может превышать номинальный ток в 3 раза. Типичными примерами устройств плавного пуска являются центробежные насосы, центробежные компрессоры и вентиляторы, лифты, прессы, эскалаторы, лесопилки и циркулярные пилы. В этих случаях устройство плавного пуска должно иметь ту же номинальную мощность, что и электродвигатель.

Классификация устройств плавного пуска

В зависимости от количества управляемых фаз, мягкий пускатель может быть двухфазный или трехфазный. В первом случае пуск контролируется двумя фазами; третья фаза подключается непосредственно к двигателю. Двухфазные софтстартеры меньше и дешевле. Эти устройства плавного пуска следует использовать только при низкой частоте пуска.

Типы устройств плавного пуска

В зависимости от способа управления устройства плавного пуска можно разделить на цифровой и аналог. Цифровые устройства основаны на микропроцессорах. Цифровые устройства основаны на микропроцессоре и обеспечивают большую функциональность и гибкость в управлении двигателем, а также простоту настройки и эксплуатации. Аналоговый софтстартер имеет ограниченные возможности и относительно низкую точность обработки сигнала, но является надежным и быстрым.

Нажимной старт. Используется в машинах с высоким пусковым моментом. Функция заключается в подаче полного напряжения на двигатель на короткое время (доли секунды) в самом начале запуска и срыве механизма, после чего дальнейший разгон происходит в обычном режиме.

Устройства плавного пуска: правильный выбор

Ранее мы рассмотрели характеристики преобразователей частоты, а сегодня настала очередь устройств плавного пуска (soft starters, мягкие пускатели – единый термин еще не устоялся, поэтому в этой статье мы будем использовать термин “мягкие пускатели” – SSR).

Иногда от продавцов можно услышать мнение, что устройство плавного пуска легко выбрать, что это не частотный преобразователь, здесь нужно только организовать пуск. Это неправда. Выбор устройства плавного пуска более сложен. Давайте попробуем выяснить, из чего состоит эта сложность.

Назначение устройства плавного пуска

Как следует из названия, задача устройства – организовать плавный пуск асинхронного двигателя переменного тока. Идея заключается в том, что при прямом пуске (т.е. при подключении двигателя к сети с помощью обычного стартера) двигатель потребляет пусковой ток, превышающий номинальный в 5-7 раз, и развивает пусковой момент, значительно превышающий номинальный. Это приводит к двум группам проблем:

1) Запуск происходит слишком быстро, что приводит к различным проблемам – гидравлическим ударам, рывкам механизма, ударному люфту кирки, разрыву конвейерных лент и т.д.

2) Запуск затруднен и не может быть завершен. На данном этапе, прежде всего, необходимо определить понятие “жесткий старт” и возможность его “смягчения” с помощью контроллера. В основном существует три типа запуска, которые называются “жесткий запуск”:

(a) Запуск, который “тяжел” для сети – сеть требует ток, который она не может обеспечить или вообще не может обеспечить. Типичными признаками являются срабатывание входных автоматических выключателей системы во время запуска, отключение света во время запуска, отключение некоторых реле и контакторов и прекращение подачи энергии от генератора. Вполне вероятно, что контроллер действительно улучшит ситуацию в этой области. Обратите внимание, однако, что в лучшем случае пусковой ток может быть ограничен до 250% от номинального тока двигателя, а если этого недостаточно, есть только одно решение – использовать преобразователь частоты.
b) Двигатель не запускается при прямом пуске – либо он вообще не запускается, либо “замирает” на определенной скорости и остается на этой скорости до срабатывания защиты. К сожалению, SPD не поможет – двигатель не имеет достаточного крутящего момента на своем валу. Возможно, с этой задачей справится преобразователь частоты, но это необходимо выяснить.
c) Двигатель устойчиво разгоняется, но не успевает достичь номинальной частоты – срабатывает автоматический вводной выключатель. Это часто происходит на тяжелых вентиляторах с довольно высокой скоростью вращения. Здесь может помочь устройство плавного пуска, но риск отказа остается. Чем ближе машина к номинальной скорости в момент срабатывания защиты, тем больше шансов на успех.

Организация начинается с мягкого старта

Принцип работы устройства плавного пуска заключается в том, что напряжение, подаваемое на нагрузку контроллером, ограничивается специальными силовыми ключами, известными как симисторы (или параллельно включенные тиристоры) – см. рис. 1. Таким образом, можно регулировать напряжение нагрузки.

Немного теории: процесс запуска – это процесс преобразования электрической энергии источника питания в кинетическую энергию машины, работающей на номинальной скорости. В очень простых терминах этот процесс можно описать следующим образом: сопротивление двигателя R увеличивается от очень малого сопротивления, когда двигатель остановлен, до довольно большого сопротивления при номинальной скорости, поэтому ток, который согласно закону Ома равен

I = U / R (1)

оказывается очень большой, и передача энергии

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

очень быстро. Если контроллер расположен между сеткой и двигателем, то формула (1) применяется к его выходу, а формула (2) – к его входу. Очевидно, что ток в обеих формулах одинаков. Контроллер ограничивает напряжение двигателя, плавно увеличивая напряжение по мере его ускорения вслед за увеличением сопротивления, тем самым ограничивая потребляемый ток. Поэтому, согласно уравнению (2), если требуемая энергия E и напряжение сети U постоянны, то чем меньше ток I, тем больше время запуска t. Отсюда видно, что снижение напряжения решит как проблемы, связанные со слишком быстрым запуском, так и проблемы, связанные со слишком большим током, потребляемым из сети.

Однако в наших расчетах мы не учитывали нагрузку, которая требует дополнительного крутящего момента и, следовательно, дополнительного тока, поэтому слишком сильно уменьшить ток не получится. При высокой нагрузке крутящий момент на валу двигателя может быть недостаточным даже для прямого пуска, не говоря уже о пуске при низком напряжении – это “б” версия тяжелого пуска, описанная выше. Если же при уменьшении тока крутящий момент достаточен для разгона, но время, указанное в формуле (2), увеличивается, автоматический выключатель может сработать – с его точки зрения, время протекания тока, значительно превышающее номинальный ток, слишком велико (вариант тяжелого пуска “c”).

Основными характеристиками блока предохранителей являются. Возможность постоянного мониторинга. По сути, это способность регулятора регулировать напряжение таким образом, чтобы ток изменялся в соответствии с заданной характеристикой. Эта функция обычно называется запуском функции тока. Простейший контроллер, не имеющий такой возможности, регулирует напряжение как функцию времени – т.е. Напряжение двигателя плавно повышается от начального напряжения до номинального за определенное время. Во многих случаях этого достаточно, особенно для проблем группы 1. Однако если ограничение тока является основной причиной установки контроллера, точный контроль тока необходим. Эта функция особенно важна, когда из-за ограниченной мощности сети (маленький трансформатор, слабый генератор, тонкий кабель и т.д.) превышение предельного тока может вызвать неисправность. Кроме того, регуляторы тока способны обеспечить плавное увеличение мощности в начале процесса запуска, что особенно важно для генераторов, которые очень чувствительны к внезапным скачкам нагрузки.

Необходимость обхода.

После завершения процесса запуска и достижения номинального напряжения двигателя рекомендуется отсоединить регулятор от цепи питания. Для этого используется обходной контактор, который соединяет вход и выход контроллера в фазе (см. рис. 2).

По команде контроллера этот контактор замыкается, и ток обтекает устройство, позволяя силовым компонентам полностью охладиться. Однако даже без обходной цепи и при номинальном выходном токе, постоянно протекающем через симистор, нагрев незначителен по сравнению с исходным состоянием, поэтому многие конструкции контроллеров могут работать без обходной цепи. Ценой этой возможности является немного меньший номинальный ток и значительное увеличение веса и размера из-за радиатора, необходимого для отвода тепла от силовых переключателей. Некоторые SPD построены по противоположному принципу – обходной контактор уже встроен в них, и они не предназначены для работы без обхода, поэтому за счет уменьшения радиаторов охлаждения их размеры сведены к минимуму. Это положительно сказывается как на цене, так и на итоговой электрической схеме, но время их запуска короче, чем у других устройств.

Количество регулируемых фаз.

По этому параметру СПД делятся на двухфазные и трехфазные. В двухфазном, как следует из названия, выключатели устанавливаются только на двух фазах, а третья подключается непосредственно к двигателю. Плюсы – уменьшение нагрева, размер и цена.

Недостатком является нелинейное и несимметричное потребление тока, которое, хотя и частично компенсируется специальными алгоритмами управления, оказывает негативное влияние на сеть и двигатель. Однако при нечастых запусках этими недостатками можно пренебречь.

Цифровое управление. Система управления контроллером может быть цифровой или аналоговой. Цифровые системы контроллеров обычно основаны на микропроцессорах и позволяют очень гибко управлять процессом и множеством дополнительных функций и средств безопасности, а также обеспечивают удобную сигнализацию и связь с системами управления более высокого уровня. Аналоговые контроллеры используют операционные блоки и имеют ограниченную функциональность, они регулируются потенциометрами и переключателями, а связь с внешними системами управления обычно осуществляется через вспомогательные устройства.

Дополнительные функции

Защита. Помимо своей основной функции – устройства плавного пуска – контроллер содержит набор защит машины и двигателя. Обычно это включает электронную защиту от перегрузок и неисправностей в цепи питания. Дополнительные функции могут включать защиту от чрезмерного запуска, перекоса фаз, реверса фаз, недостаточного тока (защита от кавитации насоса), перегрева радиаторов контроллера, падения частоты сети и т.д. Многие модели имеют термистор или тепловое реле, встроенное в двигатель. Обратите внимание, однако, что контроллер не может защитить себя или сеть от короткого замыкания в цепи нагрузки. Конечно, сеть будет защищена сетевым выключателем, но контроллер неизбежно выйдет из строя в случае короткого замыкания. Некоторым утешением является то, что короткое замыкание, если оно правильно установлено, происходит не сразу, и в процессе снижения сопротивления нагрузки контроллер отключится, но его не следует перезапускать без предварительного выявления причины неисправности.

Снижение скорости. Некоторые софтстартеры способны реализовать так называемое псевдочастотное управление – перевести двигатель в состояние пониженной скорости. Этих пониженных скоростей может быть несколько, но они всегда строго определены и не могут быть отрегулированы пользователем.

Кроме того, работа на таких скоростях сильно ограничена по времени. Обычно эти режимы используются во время отладки или для настройки механизма на правильное положение до или после работы.

Торможение. Довольно многие модели способны подавать постоянный ток на обмотку двигателя, что вызывает интенсивное торможение привода. Эта функция обычно требуется для систем с активными нагрузками – подъемников, наклонных конвейеров, то есть систем, которые могут двигаться самостоятельно при отсутствии тормоза. Иногда эта функция требуется для первоначальной остановки вентилятора, вращающегося в обратную сторону из-за тяги или работы другого вентилятора.

Нажимной старт. Используется в машинах с высоким пусковым моментом. Функция заключается в том, что при самом запуске на двигатель кратковременно (доли секунды) подается полное сетевое напряжение, машина разблокируется, после чего дальнейший разгон происходит в обычном режиме.

Энергосбережение в нагрузке вентилятора насоса. Поскольку PTC является регулятором напряжения, можно снизить напряжение питания при низкой нагрузке, не влияя на работу механизма.

Это экономит энергию, но помните, что тиристоры в режиме ограничения напряжения являются нелинейной нагрузкой на сеть со всеми вытекающими последствиями.

Есть и другие функции, которые производители встроили в свои продукты, но одной статьи недостаточно, чтобы перечислить их все.

Методология отбора

Давайте вернемся к тому, с чего мы начали – выбору конкретного устройства.

Многие советы, данные при выборе частотного преобразователя, применимы и здесь: сначала выберите серии, отвечающие техническим требованиям по функциональности, затем выберите те, которые охватывают диапазон мощности для конкретного проекта, а из оставшихся серий выберите подходящую по другим критериям – производитель, поставщик, сервис, цена, размеры и т.д.

Если вам нужно выбрать контроллер для насоса или вентилятора, который запускается не чаще двух-трех раз в час, вы можете просто выбрать модель, номинальный ток которой равен или больше номинального тока запускаемого двигателя. Этот случай охватывает около 80% заявлений и не требует консультации специалиста. Однако, если частота запусков в час превышает 10, необходимо учитывать как требуемый предел тока, так и требуемую задержку запуска. В этом случае стоит обратиться к поставщику, у которого обычно есть программа выбора модели или хотя бы алгоритм расчета. Для расчета необходимы следующие данные: номинальный ток двигателя, количество пусков в час, требуемое время пуска, требуемое ограничение тока, требуемое время остановки, температура окружающей среды, ожидаемый байпас.

Если двигатель запускается более 30 раз в час, преобразователь частоты является хорошей альтернативой, поскольку даже выбор более эффективного контроллера может не решить проблему. И его цена уже будет сопоставима с ценой инвертора, при гораздо меньшей функциональности и серьезном влиянии на качество сети.

Подключение

Помимо очевидного подключения к сети и двигателю, необходимо определиться с шунтом.

Хотя обходной контактор коммутирует номинальный ток двигателя, а не пусковой ток, рекомендуется использовать модель с прямым пуском – по крайней мере, для аварийного режима работы. Обратите внимание на фазу – если, например, фаза А неправильно подключена к другой фазе на входе SPD, то при первом включении обходного контактора произойдет короткое замыкание, и устройство выйдет из строя.

Некоторые СПД допускают так называемое шестипроводное соединение, показанное на рис. 3. 3. Это требует больше проводов, но позволяет использовать устройство плавного пуска с двигателем, номинал которого намного выше, чем у самого контроллера.

При установке контроллера важно помнить еще об одной его особенности, которая часто приводит к путанице (см. жесткое начало “c”). При расчете автоматического выключателя для двигателя, подключенного непосредственно к сети, учитывается номинальный ток двигателя, который протекает в течение длительного времени, и пусковой ток, который протекает всего несколько секунд. С другой стороны, для пускателя двигателя пусковой ток гораздо ниже, но длится он гораздо дольше – до минуты и более. Автоматический блок управления газовой горелки не “понимает” этого и считает, что запуск завершен, а ток, протекающий выше номинального, вызван аварийным состоянием, и отключает систему. Чтобы избежать этого, либо установите специальный автоматический выключатель с возможностью установки дополнительного режима для процесса плавного пуска, либо выберите автоматический выключатель с номинальным током, соответствующим пусковому току контроллера. Во втором случае выключатель не сможет защитить двигатель от перегрузки, но эту функцию выполняет сам контроллер, поэтому она не повлияет на защиту двигателя.

Подведем итоги. Если машина, которую необходимо запустить более плавным способом, соответствует всем ограничениям, упомянутым в этой статье, и если вас устраивают функции, предлагаемые доступными моделями SPD, то выбор будет сделан в пользу устройства плавного пуска. Экономия по сравнению с использованием инвертора (замена силового трансформатора, увеличение мощности генератора, замена кабеля на более толстый – выбирайте сами) будет ощутимой. Если же SPD по каким-то причинам не подходит, следует пересмотреть частотные преобразователи, которые, хотя и дороже, но гораздо функциональнее.

Читайте далее:
Сохранить статью?