Асинхронные электрические машины с короткозамкнутым ротором имеют достаточно низкую стоимость, оптимальное соотношение “мощность-масса”. Их также отличает простота обслуживания и ремонта, надежность. Один из основных недостатков двигателей этой конструкции – увеличение тока в 5-10 раз при пуске. При этом величина напряжения в сети уменьшается. Для устранения нежелательных явлений применяют различные устройства и схемы подключения электродвигателей.
Необходимость плавного запуска
При плавном запуске асинхронного двигателя возможно снизить недостатки таких электрических машин и обеспечить:
- Снижение затрат на ремонт. Пусковые токи вызывают перегрев обмотки, что существенно снижает эксплуатационный ресурс машин.
- Отсутствие рывков. Резкий старт двигателя приводит к увеличению износа шестеренчатых передаточных механизмов, гидроударам в сети подачи жидкости, другим нежелательным последствиям.
- Снижение потребляемой электроэнергии. Прямой пуск вызывает дополнительные энергозатраты. Кроме того, просадки напряжения в условиях ограниченной мощности сети отрицательно влияют на все подключенные устройства.
- Уменьшение расходов на оборудование коммутации. Электротехнические устройства для асинхронного привода выбирают с большим запасом мощности. Плавный пуск позволяет подключать более дешевые аппараты коммутации и защиты.
Плавный старт и разгон существенно расширяет сферы применения асинхронных электродвигателей.
Способы пуска асинхронных электродвигателей
Для запуска асинхронных двигателей используется разные методы. На практике наибольшее распространение получили следующие способы:
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.
Устройство плавного пуска — электротехническое устройство, используемое в асинхронных электродвигателях, которое позволяет во время запуска удерживать параметры двигателя (тока, напряжения и т.д.) в в безопасных пределах. Его применение уменьшает пусковые токи, снижает вероятность перегрева двигателя, устраняет рывки в механических приводах, что, в конечном итоге, повышает срок службы электродвигателя.
Назначение
Управление процессом запуска, работы и остановки электродвигателей. Основными проблемами асинхронных электродвигателей являются:
- невозможность согласования крутящего момента двигателя с моментом нагрузки,
- высокий пусковой ток.
Во время пуска крутящий момент за доли секунды часто достигает 150-200%, что может привести к выходу из строя кинематической цепи привода. При этом стартовый ток может быть в 6-8 раз больше номинального, порождая проблемы со стабильностью питания. Устройство плавного пуска позволяют избежать этих проблем, делая разгон и торможение двигателя более медленными. Это позволяет снизить пусковые токи и избежать рывков в механической части привода или гидравлических ударов в трубах и задвижках в момент пуска и остановки двигателей.
Принцип действия устройство плавного пуска
Основной проблемой асинхронных электродвигателей является то, что момент силы, развиваемый электродвигателем, пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения, что создаёт резкие рывки ротора при пуске и остановке двигателя, которые, в свою очередь, вызывают большой индукционный ток.
Софтстартеры могут быть как механическими, так и электрическими, либо сочетать то и другое.
Механические устройства непосредственно противодействуют резкому нарастанию оборотов двигателя, ограничивая крутящий момент. Они могут представлять собой тормозные колодки, жидкостные муфты, магнитные блокираторы, противовесы с дробью и прочее.
Данные электрические устройства позволяют постепенно повышать ток или напряжение от начального пониженного уровня (опорного напряжения) до максимального, чтобы плавно запустить и разогнать электродвигатель до его номинальных оборотов. Такие УПП обычно используют амплитудные методы управления и поэтому справляются с запуском оборудования в холостом или слабо нагруженном режиме. Более современное поколение УПП (например, устройства ЭнерджиСейвер) используют фазовые методы управления и потому способны запускать электроприводы, характеризующиеся тяжелыми пусковыми режимами "номинал в номинал". Такие УПП позволяют производить запуски чаще и имеют встроенный режим энергосбережения и коррекции коэффициента мощности.
Выбор устройства плавного пуска
При включении асинхронного двигателя в его роторе на короткое время возникает ток короткого замыкания, сила которого после набора оборотов снижается до номинального значения, соответствующего потребляемой электрической машиной мощности. Это явление усугубляется тем, что в момент разгона скачкообразно растет и крутящий момент на валу. В результате может произойти срабатывание защитных автоматических выключателей, а если они не установлены, то и выход из строя других электротехнических устройств, подключенных к той же линии. И в любом случае, даже если аварии не произошло, при пуске электромоторов отмечается повышенный расход электроэнергии. Для компенсации или полного устранения этого явления используются устройства плавного пуска (УПП).
Как реализуется плавный пуск
Чтобы плавно запустить электродвигатель и не допустить броска тока, используются два способа:
- Ограничивают ток в обмотке ротора. Для этого ее делают состоящей из трех катушек, соединенных по схеме «звезда». Их свободные концы выводят на контактные кольца (коллекторы), закрепленные на хвостовике вала. К коллектору подключают реостат, сопротивление которого в момент пуска максимальное. По мере его снижения ток ротора растет и двигатель раскручивается. Такие машины называются двигателями с фазным ротором. Они используются в крановом оборудовании и в качестве тяговых электромоторов троллейбусов, трамваев.
- Уменьшают напряжение и токи, подаваемые на статор. В свою очередь, это реализуется с помощью:
а) автотрансформатора или реостата;
б) ключевыми схемами на базе тиристоров или симисторов.
Именно ключевые схемы и являются основой построения электротехнических приборов, которые принято назвать устройствами плавного пуска или софтстартерами. Обратите внимание, что частотные преобразователи так же позволяют плавно запустить электродвигатель, но они лишь компенсируют резкое возрастание крутящего момента, не ограничивая при этом пускового тока.
Принцип работы ключевой схемы основывается на том, что тиристоры отпираются на определенное время в момент прохождения синусоидой ноля. Обычно в той части фазы, когда напряжение растет. Реже – при его падении. В результате на выходе УПП регистрируется пульсирующее напряжение, форма которого лишь приблизительно похожа на синусоиду. Амплитуда этой кривой растет по мере того, как увеличивается временной интервал, когда тиристор отперт.
Критерии выбора софтстартера
По степени снижения степени важности критерии выбора устройства располагаются в следующей последовательности:
- Мощность.
- Количество управляемых фаз.
- Обратная связь.
- Функциональность.
- Способ управления.
- Дополнительные возможности.
Главным параметром УПП является величина Iном – сила тока, на которую рассчитаны тиристоры. Она должна быть в несколько раз больше значения силы тока, проходящего через обмотку двигателя, вышедшего на номинальные обороты. Кратность зависит от тяжести пуска. Если он легкий – металлорежущие станки, вентиляторы, насосы, то пусковой ток в три раза выше номинального. Тяжелый пуск характерен для приводов, имеющих значительный момент инерции. Таковы, например, вертикальные конвейеры, пилорамы, прессы. Ток выше номинального в пять раз. Существует и особо тяжелый пуск, который сопровождает работу поршневых насосов, центрифуг, ленточных пил. Тогда Iном софтстартера должен быть в 8-10 раз больше.
Тяжесть пуска влияет и на время его завершения. Он может длиться от десяти до сорока секунд. За это время тиристоры сильно нагреваются, поскольку рассеивают часть электрической мощности. Для повторения им надо остыть, а на это уходит столько же, сколько на рабочий цикл. Поэтому если технологический процесс требует частого включения-выключения, то выбирайте софтстартер как для тяжелого пуска. Даже если ваше устройство не нагружено и легко набирает обороты.
Можно управлять одной, двумя или тремя фазами. В первом случае устройство в большей степени смягчает рост пускового момента, чем тока. Чаще всего используются двухфазные пускатели. А для случаев тяжелого и особо тяжелого пуска – трехфазные.
УПП может работать по заданной программе – увеличить напряжение до номинала за указанное время. Это наиболее простое и распространенное решение. Наличие обратной связи делает процесс управления более гибким. Параметрами для нее служат сравнение напряжения и вращающего момента или фазный сдвиг между токами ротора и статора.
Возможность работать на разгон или торможение. Наличие дополнительного контактора, который шунтирует ключевую схему и позволяет ей остыть, а также ликвидирует несимметричность фаз из-за нарушения формы синусоиды, которое приводит к перегреву обмоток.
Бывает аналоговым, посредством вращения потенциометров на панели, и цифровым, с применением цифрового микроконтроллера.
Все виды защиты, режим экономии электроэнергии, возможность пуска с рывка, работы на пониженной скорости (псевдочастотное регулирование).
Правильно подобранный УПП увеличивает вдвое рабочий ресурс электродвигателей, экономит до 30 процентов электроэнергии.
Зачем нужно устройство плавного пуска (софтстартера)
Все чаще при запуске электроприводов насосов, вентиляторов применяются устройство плавного пуска (софтстартер). С чем это связано? В нашей статье мы постараемся осветить этот вопрос.
Асинхронные двигатели используются уже более ста лет, и за это время относительно мало изменилось их функционирование. Запуск этих устройств и связанные с ним проблемы хорошо известны их владельцам. Пусковые токи приводят к просадкам напряжения и перегрузкам проводки, вследствие чего:
некоторая электротехника может самопроизвольно отключаться;
возможен сбой оборудования и т. д.
Своевременно установленный приобретенный и подключенный софтстартер позволяет избежать лишних трат денег и головной боли.
Что такое пусковой ток
В основе принципа действия асинхронных двигателей лежит явление электромагнитной индукции. Наращивание обратной электродвижущей силы (э. д. с), которая создается путем применения изменяющегося магнитного поля во время запуска двигателя, приводит к переходным процессам в электрической системе. Этот переходной режим может повлиять на систему электропитания и другое оборудование, подключенное к нему.
Во время запуска электродвигатель разгоняется до полной скорости. Продолжительность начальных переходных процессов зависит от конструкции агрегата и характеристик нагрузки. Пусковой момент должен быть наибольшим, а пусковые токи – наименьшими. Последние влекут за собой пагубные последствия для самого агрегата, системы электроснабжения и оборудования, подключенного к нему.
В течение начального периода пусковой ток может достигать пяти-восьмикратного тока полной нагрузки. Во время пуска электродвигателя кабели вынуждены пропускать больше тока, чем во время периода стабильного состояния. Падение напряжения в системе также будет намного больше при пуске, чем во время стабильной работы – это становится особенно очевидным при запуске мощного агрегата или большого числа электродвигателей одновременно.
Способы защиты электродвигателя
Поскольку использование электродвигателей стало широко распространенным, преодоление проблем с их запуском стало проблемой. На протяжении многих лет для решения этих задач были разработано несколько методов, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения.
В последнее время были достигнуты значительные успехи в использовании электроники в регулировании электроэнергии для двигателей. Все чаще при запуске электроприводов насосов, вентиляторов применяются устройство плавного пуска. Всё дело в том, что прибор имеет ряд особенностей.
Особенностью устройства пуска является то, что он плавно подаёт на обмотки двигателя напряжение от нуля до номинального значения, позволяя двигателю плавно разгоняться до максимальной скорости. Развиваемый электродвигателем механический момент пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения.
В процессе пуска УПП постепенно увеличивает подаваемое напряжение, и электромотор разгоняется до номинальной скорости вращения без большого момента и пиковых скачков тока.
Виды устройств плавного пуска
На сегодняшний день для плавного запуска техники используются три типа УПП: с одной, двумя и со всеми управляемыми фазами.
Первый тип применяется для однофазного двигателя для обеспечения надежной защиты от перегрузки, перегрева и снижения влияния электромагнитных помех.
Как правило, схема второго типа помимо полупроводниковой платы управления включает в себя байпасный контактор. После того как двигатель раскрутится до номинальной скорости, байпасный контактор срабатывает и обеспечивает прямую подачу напряжения на электродвигатель.
Трехфазный тип является самым оптимальным и технически совершенным решением. Он обеспечивает ограничение тока и силы магнитного поля без перекосов по фазам.
Зачем же нужно устройство плавного пуска?
Благодаря относительно невысокой цене популярность софтстартеров набирает обороты на современном рынке промышленной и бытовой техники. УПП для асинхронного электродвигателя необходимо для продления его срока службы. Большим преимуществом софтстартера является то, что пуск осуществляется с плавным ускорением, без рывков.
Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)
