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:
1) Квадратичная зависимость момента от напряжения, при падении напряжения в сети сильно уменьшаются пусковой и критический моменты,
2) Опасность перегрева статора, особенно при повышениях напряжения сети, и ротора при понижении напряжения,
3) Малый воздушный зазор, несколько понижающий надежность двигателя,
4) Большие пусковые токи асинхронных двигателей. При пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором ток статора больше номинального в 5 — 10 раз. Такие большие токи в статоре недопустимы по условиям динамических усилий в обмотках и нагрева обмоток. В асинхронных двигателях могут возникать переходные режимы с большими бросками тока не только при подключении двигателя к сети но и при его реверсе и торможении.
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:
1) Уменьшение толчков тока в сети. В некоторых случаях для крупных двигателей требуется ограничить пусковой ток до допускаемого для питающей системы.
2) Уменьшение электродинамических усилий в обмотках двигателя.
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.
Устройство плавного пуска двигателя
Для ограничения тока применяются пусковые реакторы, резисторы и автотрансформаторы, а также современные электронные устройства — софт-стартеры (устройства плавного пуска двигателей).
Напряжение на электродвигателе
Необходимо обратить внимание на то, что ограничение тока и момента с помощью устройств плавного пуска двигателей получается за счет усложнения схемы управления и удорожания установки, а потому должно применяться только там, где это обосновано.
О проекте О проекте
- Главная
- О проекте
- Карта сайта
- Вопрос-ответ
ПЧ и УПП ПЧ и УПП
Терминология Терминология
Пресс-центр Пресс-центр
Обзор рынка Обзор рынка
Производители Производители
Поставщики Поставщики
Библиотека Библиотека
Контакты Контакты
- Главная
- Статьи
- Особенности плавного пуска электродвигателей
Общепромышленные двигатели, применяемые в составе приводных механизмов конвейеров, насосов, воздуходувок и компрессоров, все имеют одно общее свойство: при пуске двигателя в обмотках возникает повышенный токи, которые могут в шесть раз превышать значение номинального тока двигателя. Повышенные значения тока негативно влияют на компоненты двигателя, снижая его ресурс, а также снижает качество электроэнергии питающей сети, особенно для больших электродвигателей начиная с 1 кВт и более. Именно поэтому для двигателей этого размера часто используют плавного пуска.
Идея плавного пуска заключается в постепенном повышении питающего напряжения, пока двигатель не выйдет на установившийся режим. Это снижает пусковой ток, но также снижает пусковой крутящий момент двигателя. Регулировка питающего напряжения двигателя осуществляется путем использования, расположенных спина к спине тиристоров либо симисторов на каждой питающей линии переменного тока. Тиристоры приводятся в действие на начальном этапе, таким образом, что их последовательные включения происходят с небольшой задержкой для каждого полупериода. Задержка переключения эффективно наращивает среднее переменное напряжение на двигателе, пока двигатель не выйдет на номинальное напряжение сети. После того, как двигатель достигает своей номинальной скорости вращения, он может быть переключен напрямую (схема байпас). Для управления большими двигателями, как правило, применяются устройства плавного пуска или частотные преобразователи.
Устройству плавного пуска можно противопоставить выключатель и разъединитель полного напряжения, который подключает полное напряжение непосредственно на клеммы двигателя при запуске (прямой пуск). Такой способ пуска, ограничивается маленькими мощностями двигателя, где повышенный пусковой ток не проблема.
Некоторые мягкие пускатели могут также обеспечивать функцию плавного останова для применений, где резкая остановка может вызвать привести к каким либо нарушениям и поломкам. Например для насосов, где быстрая остановка может принести к гидроудару в системе или для конвейерных лент, где материал может получить повреждения, если полотно остановить слишком быстро. При плавном останове используется то же принцип переключения силовых полупроводников, что и для плавного пуска.
Тиристоры в УПП пропускают часть напряжения в начале переходного процесса и постепенно увеличивают его в соответствии с установленным временем разгона. Тиристоры могут также осуществлять мягкую остановку, уменьшая напряжение двигателя в соответствии с установленным временем замедления.
Отдельный вид мягкого пуска, часто применяемый на трехфазных двигателях получил название «звезда-треугольник». Принцип заключается в переключении обмоток двигателя соединенных звездой в соединение треугольником когда двигатель выходит на установившейся режим и достигает номинальной частоты вращения. В данном случае устройство обычно состоит из контакторов на каждого из трех фаз, реле перегрузки и таймера, который задает продолжительность времени. Пусковой ток при таком методе составляет около 30% от значений при прямом пуске, а крутящий момент составляет около 25% от пускового момента при подключении напрямую. Данный способ пуска работает только тогда, когда есть на двигателе, в момент пуска, есть нагрузка. Однако также стоит учесть, что слишком нагруженные двигатели не будут иметь достаточный крутящий момент для разгона до номинальной скорости скорости.
Устройства плавного пуска, как правило, используется с асинхронными моторов. Но они также могут обеспечить определенные преимущества при питании синхронных двигателей. Причина в том, что многие синхронные двигатели в момент разгона ведут себя как асинхронные. То есть, существует задержка между вращающимся электрическим полем и положения ротора.
Скольжение наблюдаемое в переходных процессах пуска синхронного двигателя, как и в случае с асинхронными двигателями, синхронных двигателей может вызвать повышенные токи статора (в пять-восемь раз превышающий номинальный ток).
Как для синхронных так и для асинхронных двигателей, высокие значения пусковых токов статора и ротора приводит к снижению коэффициента мощности. Коэффициент мощности и, следовательно, эффективность повышается, когда электродвигатель ускоряется до его номинальной скорости вращения. В связи с этим, следует также отметить, что некоторые УПП могут служить в качестве регулятора напряжения двигателя, в зависимости от нагрузки, при наличии соответствующего котнтроллера. Контроллер отслеживает коэффициент мощности двигателя, который зависит от нагрузки двигателя. На малых нагрузках, коэффициент мощности является достаточно низким, соответственно контроллер уменьшает напряжение двигателя и, таким образом, ток электродвигателя.
Выбор устройства плавного пуска
Большинство применений, к которым относятся устройства плавного пуска можно разделить на основные категории использования: насосы, компрессоры и конвейеры. Есть несколько правил правильного выбора для каждой из этих категорий.
Время разгона для плавного пуска является настраиваемой величиной. Типичный время запуска для большинства применений составляет от 5 до 10 сек. Длительные периоды времени, как правило, можно найти в насосных и компрессорных системах, где есть высокая вероятность возникновения гидроударов.
Типичное УПП уменьшает крутящий момент двигателя и ток во время пуска. Устройства переключения «звезда-треугольник» выполняет то же самое, но с помощью переключения обмоток двигателя из звезды на треугольник в соответствующее время.
В большинстве случаев напряжение пуска составляет 30% от номинального напряжения сети. Винтовые компрессоры и конвейеры иногда начинают на более высоких уровнях (возможно 40%).
Устройства плавного пуска, как правило, выбираются той же мощности, что и двигатели. Для тяжелых режимов работы, распространенной практикой является выбор устройства плавного пуска по мощности на один типоразмер больше мощности электродвигателя.
Soft-Starter (дословно мягкий пускатель) – устройство, призванное обеспечить плавный пуск асинхронного двигателя переменного тока с целью снижения пиковых нагрузок на двигатель и питающую сеть, в отечественной технической терминологии получившее название устройство плавного пуска (сокр. УПП).
Таким образом: УПП, устройство мягкого пуска, плавный пускатель, мягкий пускатель, реле плавного пуска, софт-стартер одного поля ягоды.
Откуда ноги растут или проблемы прямого пуска
Простота конструкции, низкая стоимость и высокая надёжность асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором* сделали его самым распространенным преобразователем электрической энергии в механическую.
Наряду с очевидными преимуществами, асинхронные электрические машины имеют ряд недостатков, самым существенным из которых является большой пусковой ток при прямом пуске (непосредственном подключении двигателя к питающей сети при помощи обычного пускателя).
Проявляется этот недостаток “проседанием” сети, когда при пуске электродвигателя отключаются автоматы, мерцают лампочки, и отключаются некоторые реле и контакторы, останавливается питающий генератор, иными словами, от сети требуется ток, который она обеспечить не может.
Причины высокого пускового тока кроются в физических принципах работы асинхронного двигателя, но это тема совсем другой статьи, отметим только, что кратность пускового тока может достигать 5…7 от номинального рабочего тока, что интересно, высокий пусковой ток отнюдь не значит высокий пусковой момент двигателя.
Еще одна характерная проблема прямого пуска двигателя – это пуск “рывком”, приводит на первый взгляд к незаметным последствиям – гидравлическим ударам, рывкам в механизме, проскальзыванию ремней, быстрому износу подшипников, буксованию колес подвижных тележек, большому износу и трению в редукторах.
* А вы знали, что конструкцию асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором разработал известный русский электротехник польско-русского происхождения Михаи́л О́сипович Доли́во-Доброво́льский и получил патент на нее 1889 году. Конструкция получилась настолько совершенной, что принципиально не изменилась по сей день!
Устройство плавного пуска или преобразователь частоты
Иногда путают два класса разных устройств, имеющих в своем активе схожий функционал.
- Устройства плавного пуска призваны снижать пусковые токи электродвигателей и пиковые потребляемые мощности в электрических сетях, преобразуют напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя при помощи специальных силовых ключей – симисторов (или встречно – параллельно включенных тиристоров).
- В то время как преобразователи частоты (ПЧ) преобразуют частоту и напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя, конечная цель этого преобразования плавная регулировка скорости вращения выходного вала двигателя.
Да, частотный преобразователь имеет опцию плавного пуска электродвигателя, но значительно более сложное устройство. В общих чертах преобразователь частоты состоит из диодного силового выпрямителя, LC-фильтра, инвертора на дорогостоящих IGBT модулях, системы управления ШИМ, системы автоматического регулирования, и имеет значительный математический вычислительный аппарат.
Так почему не стоит путать УПП и ПЧ? Хотя бы потому, что стоимость последнего минимум в 2-3 раза больше, а с ростом мощности устройства разница в стоимости возрастает. Например, преобразователь частоты INSTART мощностью 37кВт в 4 раза дороже устройства плавного пуска аналогичной мощности, ответ напрашивается сам: если цели регулирования скорости выходного вала двигателя не стоит, а обеспечить мягкий пуск и сохранность механизмов требуется, то зачем переплачивать.
Сводная таблица характеристик УПП, поставляемых компанией ООО «РусАвтоматизация»
| Диапазон мощностей | Пусковое напряжение от Uн (ограничение пускового тока от Iн) |
Время пуска / Время останова |
Режим пуска | Режимы останова | |
| INSTART SSI | 5,5…600 кВт | 30…70% (50…500%) |
2…60 с / 0…60 с |
Ограничение I; Рампа по U; Запуск рывком в режиме ограничения I; Запуск рывком в режиме рампы по U; Рампа по I; Режим двойного контура регулирования с ограничением I/U |
Свободный выбег; Плавный останов |
| AuCom CSX | 7,5…110 кВт | 30…70% (нет) |
2…20 с / 2…20 с |
Рампа по U | Свободный выбег; Плавный останов |
| AuCom CSX-i | 7,5…110 кВт | нет (250…450%) |
2…20 с / 2…20 с |
Ограничение I; Рампа по I | Свободный выбег; Плавный останов |
| AuCom EMX3 | 20…615А | нет (100…600%) |
1…180 с / 0…240 с |
Ограничение I; Рампа по I; Адаптивный пуск; Запуск рывком |
Свободный выбег; Плавный останов; Адаптивное торможение; Торможение постоянным током |
| AuCom EMX4 | 20…579А | нет (100…600%) |
1…180 с / 0…240 с |
Ограничение I; Рампа по I; Адаптивный пуск |
Свободный выбег; Плавный останов; Адаптивное торможение |
| ONI SFA | 5,5…45кВт | 40…70% (нет) |
1…20 с / 1…20 с |
Рампа напряжения | Плавный останов |
Выбрать УПП наугад или не переплачивать?
Для эффективного применения устройства плавного пуска важно осуществить правильный выбор устройства по номиналу мощности, не забыв про характеристику нагрузки , различные задачи требуют различных пусковых характеристик и в общих чертах могут быть разделены на три категории:
- Нормальный режим работы требует значения пускового тока не более 3,5хIн, при этом время пуска может быть в диапазоне 10…20 с;
- Тяжелый режим работы характеризуется наличием момента сопротивления на валу двигателя и требует значения пускового тока до 4,5хIн и время разгона до 30 с;
- Очень тяжелый режим работы характеризуется пусковым током до 5,5хIн и длительным временем разгона.
Из вышесказанного вытекают рекомендации по отраслевому применению некоторых моделей УПП:
Устройства плавного пуска серии SSI INSTART – по настоящему универсальная рабочая лошадка, имеет 6 режимов пуска двигателя, позволяет ограничить пусковой ток до 500% от номинального и временем плавного пуска до 60 секунд. INSTART SSI отлично подойдет для категории механизмов с тяжелым пуском дробилки (компрессоры, нагруженные конвейеры).
Кроме того, полноценная трехфазная схема регулирования, встроенные функции защиты нагрузки и коммуникационный интерфейс MODBUS RTU.
Устройства плавного пуска CSX, CSX-i предназначены для регулирования процессов пуска, разгона, торможения трехфазных асинхронных двигателей мощностью до 110 кВт. Модели отличаются функционалом. Первая оснащена функциями контроля напряжения по заданному времени (рампа напряжения), вторая дополнительно имеет встроенные функции защиты нагрузки и контролирует токовые нагрузки (рампа тока, ограничение тока). Коммуникационные интерфейсы доступны опционально.
CSX, CSX-i подходят для категорий механизмов с легким и нормальным режимом пуска (ненагруженный ленточный конвейер, центробежные насосы и вентиляторы).
Из плюсов, серии УПП CSX, CSX-i не требуют применения внешнего контактора, обе модели имеют встроенный шунтирующий контактор.
Устройства плавного пуска EMX3, EMX4 как два брата близнеца мало чем отличаются друг от друга, можно лишь сказать, что EMX4 новая модель, разработанная на основе EMX3, имеет еще более компактный корпус, обладает новыми функциями управления и защиты, а также дополнена новой конструктивной особенностью – использованием встраиваемых плат расширения.
Оба устройства имеют фантастические показатели ограничения пускового тока до 600% от номинального и время разгона до 180 секунд. Устройства с такими характеристиками целесообразно применять для категорий механизмов с очень тяжелым режимом пуска, таким как молотковая или шаровая мельница.
ONI SFA компактное и лаконичное УПП включает модельный ряд до 45кВт. Панель управления поражает своей простотой, всего 3 регулятора не заставят вас долго разбираться в настройках. ONI SFA идеально подойдет для легких нагрузок, таких как центробежные насосы, различные миксеры, сверлильные и токарные станки. Имеет встроенный шунтирующий контактор.
Применение устройства плавного пуска позволяет устранить проблему “проседания” в питающей электрической сети, уменьшить механические ударные воздействия на двигатель и приводной механизм, исключить гидравлические удары, повысив надежность производственных циклов и продлив срок службы основного производственного фонда предприятия.
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер. Обратитесь к специалистам компании ООО «РусАвтоматизация» для подбора устройства плавного пуска применительно к вашей категории производственного оборудования.
