Soft Starter Toshiba TMC7 – пример мягкого пускателя
При словах “мягкий пускатель” у человека, далёкого от электроники, возникает ассоциация – что-то мягкое, набитое поролоном или ватой.
Но давайте серьезно рассмотрим это замечательное устройство, выясним, что у него внутри и с какой стороны к нему подходить.
Мягкий пускатель – что это такое?
Понятие “мягкий” относится не к самому пускателю, а к пуску двигателя, который подключается через такой пускатель.
Имеется ввиду, как правило, асинхронный электрический двигатель с короткозамкнутым ротором. Это самый распространенный тип двигателей. По моим наблюдениям, в 95% случаев в промышленном оборудовании применяются именно асинхронные двигатели.
Выбор
При выборе мягкого пускателя вполне логично руководствоваться прежде всего мощностью подключаемого электромотора.
Однако, если мотор имеет тяжелые условия пуска, а также при частом включении/выключении, необходим запас по мощности.
Дело в том, что мягкий пускатель устроен так, что не может долго тянуть двигатель на напряжении ниже номинального. Поскольку для этого применяются тиристоры, а они греются. И им нужно время, чтобы остыть и подготовиться “морально” для очередного пуска или останова. Во время нормальной работы, когда двигатель работает на номинале, тиристоры полностью открыты, напряжение на них стремится к нулю, и они практически не греются.
В мощных софтстартерах, чтобы не напрягать тиристоры после выхода двигателя на номинал, используют шунтирующий контактор (байпас), который может быть как встроенным, так и внешним.
Основные параметры
1. Время разгона (передняя рампа) . Название говорит за себя. Чем меньше время разгона, тем труднее двигателю, и тем меньше смысла использовать мягкий пускатель. Обычное время разгона – 10…20 сек. Чем больше это время, тем труднее мягкому пускателю – тиристоры не могут работать в таком режиме длительное время, греются. Другое название параметра – наклон характеристики разгона.
2. Время торможения (замедления), задняя рампа . То же самое, но напряжение плавно понижается. Другое название – наклон характеристики торможения.
А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру ?
Подписывайся, и читай статью дальше:
3. Начальное напряжение. Если это значение выставить малым, то двигатель будет плавно набирать обороты. Если очень малым – может вообще не тронуться. Оптимально – выставить такой минимальный уровень, при котором мотор гарантированно начнет вращаться при включении.
4. Ограничения тока. Тут принцип такой же, как и у теплового реле, которое . Только реле не может долго терпеть, и отключает цепь пуска, а софт стартер ограничивает ток двигателя на установленном уровне. Например, при разгоне ток некоторое время может составлять 120-140% от номинала, это нормально. Ток будет сохраняться на уровне ограничения, затем напряжение продолжит увеличиваться до номинала.
5. Номинальный ток. Этот параметр используется для защиты двигателя в процессе работы, и аналогичен работе теплового реле – отключает двигатель, если ток превысил уставку.
Схема включения
Схемы включения софт стартеров могут отличаться для разных моделей, но смысл один.
Выделю основные тезисы.
1. Три фазы на входе, три фазы – на выходе.
2. Система управления пуском/стопом – двухпроводная (переключатель) либо трехпроводная (две кнопки, Пуск и Стоп):
3. Внутреннее реле аварии, которое говорит о ошибке (например, перегрев или перегрузка) и размыкает соответствующую .
Схема включения мягкого пускателя
Подробнее про схемы включения и пример реального применения мягких пускателей – .
Настройка параметров
Рассмотрим подробно для примера переднюю панель Софтстартера Toshiba TMC7, внешний вид которого показан в самом начале этой статьи.
Мягкий пускатель (SoftStarter) Toshiba TMC7 – передняя панель
Reset – сброс ошибок.
Trip codes – коды ошибок, которые индицируются в определенном количестве миганий светодиода Ready.
Вот количество миганий и соответствующая ошибка:
- Проблема с силовой частью
- Превышено время старта
- Перегрузка двигателя
- Перегрев двигателя
- Дисбаланс по фазам
- Частота на входе вышла за пределы 40…72 Гц
- Ошибка чередования фаз
- Ошибка связи (в случае применения дополнительного модуля)
Current Ramp – Нарастание тока при запуске, в процентах и в секундах.
Motor FLC – ток двигателя, в процентах от номинала мягкого пускателя. Параметр защиты двигателя.
Current limit – ограничение тока во время старта
Soft Stop – время мягкого останова. 0 – выбег двигателя (отключение питания, вращение по инерции)
Motor Trip Class – Класс термозащиты двигателя. Чем выше значение, тем медленнее сработает тепловая защита двигателя при перегрузке
AUX relay, Phase rotatoin – функция внутреннего реле, защита от смены фаз от неправильного вращения
Excess Start Time – Превышение времени старта. Двигатель за данное время не смог развить номинальную скорость. Требуется увеличить уровень ограничения тока.
По контактам управления.
С1, С2 – клеммы подключения термистора двигателя. Если термистора нет, устанавливается перемычка.
R33…R44 – выходы функциональных реле
02, 01 – подключение кнопок управления
А2, А1, А3 – выходы для питания цепей управления и контрольных цепей схемы софт стартера.
Защита
Поскольку Soft Starter – это электронное силовое устройство, то для его защиты по входу требуются быстродействующие предохранители. На крайний случай – быстродействующие защитные автоматы с характеристикой В. Я об этом много распространяюсь в статье про твердотельные реле, .
С другой стороны (по выходу Мягкого пускателя) надо защитить пускатель и двигатель от длительного перегруза. Это определяется классом срабатывания защиты . Класс срабатывания защиты определяет время пуска при заданном токе двигателя до того, как сработает защита. Существует несколько классов защиты – 10, 20, 30. Чем больше класс, тем большая инерция у системы защиты.
Устройства плавного пуска электродвигателей являются статическими электронными или электромеханическими устройствами, предназначенными для плавного ускорения и плавного замедления, а также для защиты трехфазных индукционных электродвигателей.
Устройства плавного пуска УПП осуществляют действия по снижению величины пускового тока и помогают осуществить согласование крутящего момента двигателя и момента нагрузки.
Принцип работы устройства плавного пуска
Управление напряжением, подаваемым на двигатель, осуществляется посредством изменения угла открытия тиристоров. В устройстве находятся два встречно-включенных тиристора, предназначенных для положительного и отрицательного полупериодов. Сила тока в третьей фазе, оставшейся без управления складывается из токов фаз под управлением.
После осуществления настройки, значение вращающего момента при пуске машины оптимизируется до предельно низкой величины пускового тока. Значение тока электродвигателя уменьшается параллельно значению установленного пускового напряжения на пуске. Величина пускового момента уменьшается в квадратичном отношении к напряжению.
Уровень напряжения осуществляет контроль пускового тока и момента двигателя при запуске и остановке двигателя.
Наличие в устройстве байпасных контактов, которые шунтируют тиристоры, способствует понижению тепловых потерь в тиристорах, а соответственно понижению нагрева всего устройства. Встроенная электронная дугогасительная система защищает контакты в случае появления повреждений в результате непредвиденных сбоев в работе, например, при прерывании подачи напряжения, возникновении вибрации или дефекте контактов.
Баланс полярности
Недостаток 2-фазного управления в устройстве плавного пуска асинхронного двигателя проявляется в появлении постоянного тока, вызванного фазовой отсечкой и наложением фазных токов, при которых возникает сильный акустический шум, выделяемый электродвигателем.
Применение метода «баланс полярности» значительно понижает влияние значений постоянного тока во время разгона двигателя, соответственно снижается акустическая характеристика запуска, достигается это благодаря балансированию полуволн различной полярности в процессе разгона двигателя.
Интерфейс устройства
Интерфейс устройства плавного пуска УПП «человек-машина» разрешает производить настройку параметров, существенно облегчая и упрощая осуществление процесса запуска и эксплуатации двигателя. Встроенная функция управления насосом предотвращает возникновение гидравлического удара.
Рис 4. Устройство плавного пуска электродвигателя — схема фидерной комбинации с AS -интерфейсом
Интерфейс состоит из двух дисплеев с сегментными индикаторами и ЖК-дисплеем, позволяющим обеспечить видимость на значительном расстоянии, включает в свой состав описание параметров и сообщений.
В возможности аппаратуры входит выбор режима программирования и языковые опции. Осуществляет копирование параметров из одного устройства в другое, увеличивая скорость программирования, повышая надежность оборудования и получая возможность корректирования и внесения идентичных параметров на одинаковых машинах.
Плавный пуск для однофазного двигателя
Устройство плавного пуска однофазного электродвигателя, применяемого в быту, активируется при подаче ~Uк выводам L1 и L2.
Происходит увеличение значение линейного напряжения в течение определенного отрезка времени до достижения его предельного значения. Выводы Т-2 и Т-3 постоянно запитаны от питающей сети. Время процесса регулируется регулятором, в диапазоне до 20 сек. С повышением параметров напряжения происходит увеличение вращающего момента. После окончания запуска, через шунтирующий контактор (байпас) происходит подключение двигателя от сети.
Устройство плавного пуска электродвигателя насоса
Устройство плавного пуска для насоса с использованием преобразователя частоты осуществляет следующие операции это:
- Осуществление плавного пуска и торможения насосного агрегата.
- Производство автоматического коммутирования в зависимости от показателей уровня и параметров давления жидкости.
- Защиту агрегата от «сухого хода», то есть без жидкости.
- Защита агрегата при критическом снижении параметров напряжения.
- Осуществление защитных действий от перенапряжения на входе преобразователя.
- Сигнализирует о включении, отключении агрегата, а также при аварии.
- Осуществляет местный обогрев.
Подключение электродвигателя осуществляется от контактов U,V,W преобразующего частотного устройства. Пусковая кнопка SB2 вызывает срабатывание реле К1 через ее контактную группу происходит соединение вводов STF и PS частотного преобразователя, который производит плавный запуск электрического насоса, который осуществляется по заложенному программному обеспечению, включенному в настройку устройства.
Датчик определяющий давление ВР1 запитан от ввода преобразователя, делает возможной наличие обратной связи в цепи стабилизирующей давление. Работа этой системы происходит при обеспечении ПИД-регулятора. Потенциометр К1 или частотный преобразователь выполняют функцию по поддержанию заданных параметров давления. Насосный агрегата, при появлении «сухого» хода, должен отключаться для зашиты, в этом случае, контакты 7-8 в цепи катушки реле К3 замыкаются, отключение происходит при срабатывании датчика «сухого» хода подключенного от реле сопротивления А2 . Реле К2 осуществляет защитную функцию по отключению электродвигателя агрегата при аварии. При аварии происходит включение лампыНL1, лампа НL2 зажигается после срабатывания датчика реагирующего на понижение водяного уровня, на недопустимое значение.
Термореле ВК1 осуществляет включение подогрева шкафа управления контактором КМ1, электронагревателей ЕК1 и ЕК2. Защита устройства от тока короткого замыкания и перегруза производится автоматом QF1.
Высоковольтное устройство плавного пуска его отличительные особенности
К отличительным особенностям относятся:
- Наличие оптоволоконного управления тиристорами.
- Управление на микропроцессорах.
- Способность к работе при повышенной температуре.
- Возможность задания различных алгоритмов и характеристик пуска и торможения для разных видов нагрузки.
- Способность к интеллектуальной защите.
- Возможность осуществления пуска при слабых источниках питания.
- Осуществление степени защиты от IP 00 доIP 65
Важно: при наладке устройства плавного пуска нужно чтобы установленное время разгона было больше физического времени разгона двигателя, иначе присутствует возможность получения повреждения устройства, так внутренние байпасные контакты замыкаются по истечении времени пуска. В том случае если не произошел разгон двигателя, может выйти из строя система байпасных контактов.
Важно: автоматический повторный пуск опасен не только повреждением устройства, но и может привести к смерти людей и тяжелому травматизму.
Команда запуск, обязана сбрасываться до команды сброса, так как при наличии команды запуска после команды сброса, автоматически выполняется повторный перезапуск. Особенно это касается защиты двигателя.
Для безопасности желательно присоединить выход общей ошибки в систему управления.
Рекомендация: нежелательность автоматического пуска, диктует необходимость присоединения дополнительных компонентов, например, устройства выпадения фазы или нагрузки, с цепями управляющего и главного тока.
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.
Мощность
Главным параметром УПП является величина I ном – 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 I ном 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.
Количество фаз
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.
Обратная связь
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.
Функциональность
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.
Способ управления
Бывает аналоговым, посредством вращения потенциометров на панели, и цифровым, с применением цифрового микроконтроллера.
Дополнительные функции
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.
Кому хочется напрягаться, тратить свои деньги и время на переоборудование устройств и механизмов, которые и так прекрасно работают? Как показывает практика – многим. Хоть и не каждый в жизни сталкивается с промышленным оборудованием, оснащённым мощными электродвигателями, но, постоянно встречается пусть с не столь прожорливыми и мощными, электромоторами в быту. Ну а лифтом, наверняка, пользовался каждый.
Электродвигатели и нагрузки - проблема?
Дело в том, что фактически любые электродвигатели, в момент пуска или остановки ротора, испытывают огромные нагрузки. Чем мощнее двигатель и оборудование, приводимое им в движение, тем грандиозней затраты на его запуск.
Наверное, самая значительная нагрузка, приходящаяся на двигатель в момент пуска, это многократное, хоть и кратковременное, превышение номинального рабочего тока агрегата. Уже через несколько секунд работы, когда электромотор выйдет на свои штатные обороты, ток, потребляемый им, тоже вернётся к нормальному уровню. Для обеспечения необходимого электроснабжения приходиться наращивать мощность электрооборудования и токопроводящих магистралей , что приводит к их подорожанию.
При запуске мощного электродвигателя, из-за его большого потребления, происходит «просадка» напряжения питания, которая может привести к сбоям или выходу из строя оборудования, запитанного с ним от одной линии. Ко всему прочему, снижается срок службы аппаратуры электроснабжения.
При возникновении нештатных ситуаций, повлёкших перегорание двигателя или его сильный перегрев, свойства трансформаторной стали могут измениться настолько, что после ремонта двигатель потеряет до тридцати процентов мощности. При таких обстоятельствах, к дальнейшей эксплуатации он уже непригоден и требует замены, что тоже недешево.
Для чего нужен плавный пуск?
Казалось бы, все правильно, да и оборудование на это рассчитано. Вот только всегда есть «но». В нашем случае их несколько:
- в момент запуска электродвигателя, ток питания может превышать номинальный в четыре с половиной-пять раз, что приводит к значительному нагреву обмоток, а это не очень хорошо;
- старт двигателя прямым включением приводит к рывкам, которые в первую очередь влияют на плотность тех же обмоток, увеличивая трение проводников во время работы, ускоряет разрушение их изоляции и, со временем, может привести к межвитковому замыканию;
- вышеупомянутые рывки и вибрация передаются на весь приводимый в движение агрегат. Это уже совсем нездорово, потому что может привести к повреждению его движущихся элементов : систем зубчатых передач, приводных ремней, конвейерных лент или просто представьте себя едущим в дёргающемся лифте. В случае насосов и вентиляторов - это риск деформации и разрушения турбин и лопастей;
- не стоит также забывать об изделиях, возможно находящихся на производственной линии. Они могут упасть, рассыпаться или разбиться из-за такого рывка;
- ну, и наверно, последний из моментов, заслуживающих внимание - стоимость эксплуатации такого оборудования. Речь идёт не только о дорогостоящих ремонтах, связанных с частыми критическими нагрузками, но и об ощутимом количестве не эффективно израсходованной электроэнергии.
Казалось бы, все вышеперечисленные сложности эксплуатации присущи лишь мощному и громоздкому промышленному оборудованию, однако, это не так. Все это может стать головной болью любого среднестатистического обывателя. В первую очередь это касается электроинструмента.
Специфика применения таких агрегатов, как электролобзики, дрели, болгарки и им подобных, предполагают многократные циклы запуска и остановки, в течение относительно небольшого промежутка времени. Такой режим эксплуатации, в той же мере, влияет на их долговечность и энергопотребление, как и у их промышленных собратьев. При всем этом не стоит забывать, что системы плавного запуска не могут регулировать рабочие обороты мотора или реверсировать их направление. Также невозможно увеличить пусковой момент или снизить ток ниже, чем требуется для начала вращения ротора электродвигателя.
Видео: Плавный пуск, регулировка и защита колектор. двигателя
Варианты систем плавного пуска электродвигателей
Система «звезда-треугольник»
Одна из наиболее широко применяемых систем запуска промышленных асинхронных двигателей. Основным её преимуществом является простота. Двигатель запускается при коммутации обмоток системы «звезда», после чего, при наборе штатных оборотов, автоматически переключается на коммутацию «треугольник». Такой вариант старта позволяет добиться тока почти на треть ниже
, чем при прямом запуске электромотора.
Однако, этот способ не подойдёт для механизмов с небольшой инерцией вращения. К таким, к примеру, относятся вентиляторы и небольшие насосы, из-за малых размеров и массы их турбин. В момент перехода с конфигурации «звезда» на «треугольник», они резко снизят обороты или вовсе остановятся. В результате после переключения, электродвигатель по сути, запускается заново. То есть в конечном счёте вы не добьётесь не только экономии ресурса двигателя, но и, вероятнее всего, получите перерасход электроэнергии.
Видео: Подключение трёхфазного асинхронного электродвигателя звездой или треугольником
Электронная система плавного пуска электродвигателя
Плавный пуск двигателя может быть произведён с помощью симисторов, включённых в цепи управления. Существует три схемы такого включения: однофазные, двухфазные и трехфазные. Каждая из них отличается своими функциональными возможностями и конечной стоимостью соответственно.
С помощью таких схем, обычно, удаётся снизить пусковой ток до двух–трёх номинальных. Кроме этого, удаётся снизить существенный нагрев, присущий вышеупомянутой системе «звезда-треугольник», что способствует увеличению срока службы электродвигателей. Благодаря тому, что управление запуска двигателя происходит за счёт снижения напряжения, разгон ротора осуществляется плавно, а не скачкообразно, как у других схем.
В целом, на системы плавного пуска двигателя возлагаются несколько ключевых задач:
- основная – понижение пускового тока до трёх–четырёх номинальных;
- снижение напряжения питания двигателя, при наличии соответствующих мощностей и проводки;
- улучшение параметров пуска и торможения;
- аварийная защита сети от перегрузок по току.
Однофазная схема пуска
Данная схема предназначена для запуска электродвигателей мощностью не более одиннадцати киловатт. Применяют такой вариант в том случае, если требуется смягчить удар при запуске, а торможение, плавный пуск и понижение пускового тока не имеют значения. В первую очередь из-за невозможности организации последних, в такой схеме. Но по причине удешевления производства полупроводников, в том числе и симисторов, они сняты с производства и редко встречаются;
Двухфазная схема пуска
Такая схема предназначена для регулирования и пуска двигателей мощностью до двухсот пятидесяти ватт. Такие системы плавного пуска иногда комплектуют обходным контактором для удешевления прибора, однако, это не решает проблемы несимметричности питания фаз, что может привести к перегреву;
Трехфазная схема пуска
Эта схема является наиболее надёжной и универсальной системой плавного пуска электродвигателей. Максимальная мощность, управляемых таким устройством двигателей, ограничена исключительно максимальной температурной и электрической выносливостью применённых симисторов. Его универсальность позволяет реализовать массу функций , таких как: динамический тормоз, подхват обратного хода или балансировку ограничения магнитного поля и тока.
Важным элементом последней, из упомянутых схем, является обходной контактор, о котором говорилось раньше. Он позволяет обеспечить правильный тепловой режим системы плавного пуска электродвигателя
, после выхода двигателя на штатные рабочие обороты, предотвращая его перегрев.
Существующие на сегодняшний день устройства плавного пуска электродвигателей, помимо приведённых выше свойств, рассчитаны на их совместную работу с различными контроллерами и системами автоматизации. Имеют возможность включения по команде оператора или глобальной системы управления. При таких обстоятельствах, в момент включения нагрузок, возможно появление помех, могущих привести к сбоям в работе автоматики, а следовательно, стоит озаботиться системами защиты. Использование схем плавного пуска, способно значительно уменьшить их влияние.
Плавный пуск своими руками
Большинство перечисленных выше систем фактически неприменимы в бытовых условиях. В первую очередь по той причине, что дома мы крайне редко используем трехфазные асинхронные двигатели. Зато коллекторных однофазных моторов - хоть отбавляй.
Существует немало схем устройства плавного запуска двигателей. Выбор конкретной зависит исключительно от вас, но в принципе, имея определённые знания радиотехники, умелые руки и желание, вполне можно собрать приличный самодельный пускатель , который продлит жизнь вашего электроинструмента и бытовой техники на долгие годы.
Характерным для любого электродвигателя в процессе запуска является многократное превышение тока и механической нагрузки на приводимое в действие оборудование. При этом также возникают перегрузки питающей сети, создающие просадку напряжения и ухудшающие качество электроэнергии. Во многих случаях требуется устройство плавного пуска (УПП).
Необходимость плавного пуска электродвигателей
Статорная обмотка является катушкой индуктивности, состоящей из активного сопротивления и реактивного. Значение последнего зависит от частоты подаваемого напряжения. При запуске двигателя реактивное сопротивление изменяется от нуля, а пусковой ток имеет большую величину, многократно превышающую номинальный. Момент вращения также велик и может разрушить приводимое в движение оборудование. В режиме торможения также появляются броски тока, приводящие к повышению температуры статорных обмоток. При аварийной ситуации, связанной с перегревом двигателя, возможен ремонт, но параметры трансформаторной стали изменяются и номинальная мощность снижается на 30 %. Поэтому необходим плавный пуск.
Запуск электродвигателя переключением обмоток
Обмотки статора могут соединяться "звездой" и "треугольником". Когда у двигателя выведены все концы обмоток, можно снаружи коммутировать схемы "звезда" и "треугольник".
Устройство плавного пуска электродвигателя собирается из 3 контакторов, реле нагрузки и времени.
Электродвигатель запускается по схеме "звезда", когда контакты К1 и К3 замкнуты. Через интервал, заданный реле времени, К3 отключается и производится подключение схемы "треугольник" контактором К2. При этом двигатель выходит на полные обороты. Когда он разгоняется до номинальных оборотов, пусковые токи не такие большие.
Недостатком схемы является возникновение короткого замыкания при одновременном включении двух автоматов. Этого можно избежать, применив вместо них рубильник. Для организации реверса нужен еще один блок управления. Кроме того, по схеме "треугольник" электродвигатель больше нагревается и жестко работает.
Частотное регулирование скорости вращения
Вал электродвигателя вращается магнитным полем статора. Скорость зависит от частоты питающего напряжения. Электропривод будет работать эффективней, если дополнительно менять напряжение.
В состав устройства плавного пуска асинхронных двигателей может входить частотный преобразователь.
Первой ступенью устройства является выпрямитель, на который подается напряжение трехфазной или однофазной сети. Он собирается на диодах или тиристорах и предназначен для формирования пульсирующего напряжения постоянного тока.
В промежуточной цепи пульсации сглаживаются.
В инверторе выходной сигнал преобразуется в переменный заданной частоты и амплитуды. Он работает по принципу изменения амплитуды или ширины импульсов.
Все три элемента получают сигналы от электронной схемы управления.
Принцип действия УПП
Увеличение пускового тока в 6-8 раз и вращающего момента требуют применения УПП для выполнения следующих действий при запуске или торможении двигателя :
- постепенное увеличение нагрузки;
- снижение просадки напряжения;
- управление запуском и торможением в определенные моменты времени;
- снижение помех;
- защита от скачков напряжения, при пропадании фазы и др.;
- повышение надежности электропривода.
Устройство плавного пуска двигателя ограничивает величину напряжения, подаваемого в момент пуска. Оно регулируется путем изменения угла открытия симисторов, подключенных к обмоткам.
Пусковые токи необходимо снижать до величины, не более чем в 2-4 раза превышающей номинал. Наличие байпасного контактора предотвращает перегрев симисторов после его подключения после того, как двигатель раскрутится. Варианты включения бывают одно-, двух- и трехфазные. Каждая схема функционально отличается и имеет разную стоимость. Наиболее совершенным является трехфазное регулирование. Оно наиболее функционально.
Недостатки УПП на симисторах:
- простые схемы применяются только с небольшими нагрузками или при холостом запуске;
- продолжительный запуск приводит к перегреву обмоток и полупроводниковых элементов;
- момент вращения вала снижается и двигатель может не запуститься.
Виды УПП
Наиболее распространены регуляторы без обратной связи по двум или трем фазам. Для этого предварительно устанавливается напряжение и время пуска. Недостатком является отсутствие регулирования момента по нагрузке на двигатель. Эту проблему решает устройство с обратной связью наряду с выполнением дополнительных функций снижения пускового тока, создания защиты от перекоса фаз, перегрузки и пр.
Наиболее современные УПП имеют цепи непрерывного слежения за нагрузкой. Они подходят для тяжело нагруженных приводов.
Выбор УПП
Большинство УПП - это регуляторы напряжения на симисторах, различающиеся функциями, схемами регулирования и алгоритмами изменения напряжения. В современных моделях софтстартеров применяются фазовые методы регулирования электроприводов с любыми режимами пуска. Электрические схемы могут быть с тиристорными модулями на разное количество фаз.
Одно из самых простых - это устройство плавного пуска с однофазным регулированием через один симистор, позволяющее только смягчать механические ударные нагрузки двигателей мощностью до 11 кВт.
Двухфазное регулирование также смягчает механические удары, но не ограничивает токовые нагрузки. Допустимая мощность двигателя составляет 250 кВт. Оба способа применяются из расчета приемлемых цен и особенностей конкретных механизмов.
Многофункциональное устройство плавного пуска с трехфазным регулированием имеет самые лучшие технические характеристики. Здесь обеспечивается возможность динамического торможения и оптимизации его работы. В качестве недостатков можно отметить только большие цены и габариты.
В качестве примера можно взять устройство плавного пуска Altistart. Можно подобрать модели для запуска асинхронных двигателей, мощность которых достигает 400 кВт.
Устройство выбирается по номинальной мощности и режиму работы (нормальный или тяжелый).
Выбор УПП
Основными параметрами, по которым выбираются устройства плавного пуска, являются:
- предельная сила тока УПП и двигателя должны быть правильно подобраны и соответствовать друг другу;
- параметр количества запусков в час задается как характеристика софтстартера и не должен превышаться при эксплуатации двигателя;
- заданное напряжение устройства не должно быть меньше сетевого.
УПП для насосов
Устройство плавного пуска для насоса предназначено преимущественно для снижения гидравлических ударов в трубопроводах. Для работы с приводами насосов подходят УПП Advanced Control. Устройства практически полностью устраняют гидроудары при заполненных трубопроводах, позволяя увеличить ресурс оборудования.
Плавный запуск электроинструментов
Для электроинструмента характерны высокие динамические нагрузки и большие обороты. Его наглядным представителем является угловая шлифовальная машинка (УШМ). На рабочий диск действуют значительные силы инерции в начале вращения редуктора. Большие перегрузки по току возникают не только при запуске, но и при каждой подаче инструмента.
Устройство плавного пуска электроинструмента применяется только для дорогих моделей. Экономичным решением является его установка своими руками. Это может быть готовый блок, который помещается внутри корпуса инструмента. Но многие пользователи собирают простую схему самостоятельно и подключают ее в разрыв питающего кабеля.
При замыкании цепи двигателя, на регулятор фазы КР1182ПМ1 подается напряжение и начинает заряжаться конденсатор С2. За счет этого симистор VS1 включается с задержкой, которая постепенно уменьшается. Ток двигателя плавно нарастает и обороты набираются постепенно. Двигатель разгоняется примерно за 2 сек. Мощность, отдаваемая в нагрузку, достигает 2,2 кВт.
Устройство можно применять для любого электроинструмента.
Заключение
Выбирая устройство плавного пуска, необходимо анализировать требования к механизму и характеристикам электродвигателя. Характеристики производителя находятся в прилагаемой к оборудованию документации. Ошибки при выборе быть не должно, поскольку нарушится функционирование устройства. Важен учет диапазона скоростей, чтобы выбрать лучшее сочетание преобразователя и двигателя.
