Устройства плавного пуска электродвигателя: функции, виды и стоимость решений
Недостатки электродвигателя, такие как высокий пусковой ток и большая нагрузка на механические узлы приводимого в действие оборудования, часто возникают при запуске. Решением этих проблем является применение устройств плавного пуска (УПП). В данной статье мы расскажем о том, как выбрать УПП и какие задачи оно может решить.
В современном мире скорости, производительности и эффективности, электродвигатели имеют множество различных типов — от внутреннего сгорания до ядерных и пневматических. Но, выбор промышленности пал на асинхронные двигатели переменного тока, благодаря их простоте в конструкции, стабильности работы, высокой эффективности и бесшумности. Однако, традиционные асинхронные двигатели имеют недостатки в момент запуска. Высокий пусковый ток создает сильную нагрузку на питающую сеть, что может привести к снижению качества энергии и возникновению проблем в работе оборудования, подключенного к сети. Кроме того, резкий рывок при запуске сокращает срок службы механических узлов приводимого в действие оборудования.
Решением проблем являются устройства плавного пуска, которые позволяют избежать высокого пускового тока и снижения нагрузки на механические узлы оборудования. Устройства плавного пуска подходят для всех видов электродвигателей асинхронного типа. Выбор конкретного устройства плавного пуска зависит от ряда факторов, включая мощность и тип двигателя, требования к производительности и экологической безопасности. Устройства плавного пуска могут сократить расходы на энергию и увеличить срок службы механических узлов оборудования, что делает их необходимыми для бесперебойной работы промышленности.
Устройство плавного пуска (УПП) – это специальное устройство, которое предназначено для решения проблем, связанных с пуском электродвигателей. Как правило, основным недостатком пуска напрямую от сети является скачкообразная подача напряжения питания на двигатель. Обмотка статора двигателя имеет малое омическое сопротивление, а рабочее индуктивное сопротивление устанавливается только в момент выхода двигателя в «режим». В промежуток времени с момента включения в сеть до выхода двигателя в «режим» сопротивление очень мало и сила тока сильно возрастает. В результате получаем высокий пусковой ток, который достигает 6-8 или даже 10-12 кратного увеличения номинального тока потребления.
Для решения проблемы необходимо ограничить пусковые токи и осуществить плавный разгон двигателя до номинальных режимов. Использование УПП позволяет снизить нагрузки на механические узлы и значительно увеличить срок службы оборудования. Кроме того, УПП способен устранять рывки в механической части электропривода в момент запуска электродвигателей, а также гидравлические удары в трубопроводах и задвижках в момент пуска и остановки насосов.
Поэтому использование УПП является рациональным решением для предотвращения поломок и повышения надежности работы оборудования.
Устройство плавного пуска асинхронного электродвигателя работает по принципу использования тиристоров - полупроводниковых устройств, которые способны проводить ток после получения управляющего напряжения и "закрываться" при прохождении значения тока через ноль. Тиристоры сгруппированы по симисторной схеме для каждой фазы трехфазной системы. Управляющее напряжение, которое "открывает" тиристоры, подается на их электроды точно в нужный момент времени. Таким образом, напряжение на силовых клеммах электродвигателя можно регулировать, а крутящий момент зависит от квадрата приложенного напряжения. Это позволяет регулировать механические нагрузки и плавно останавливать электродвигатели, приводящие в действие низкоинерционные нагрузки. Однако, устройства плавного пуска имеют несколько недостатков. Они могут работать только с невысокими нагрузками или для запуска двигателя в холостую. Кроме того, при увеличении времени запуска может возникнуть опасность перегрева двигателя и полупроводниковых элементов устройства плавного пуска. Кроме того, снижение напряжения приведет к снижению крутящего момента на валу электродвигателя. Более совершенные устройства плавного пуска не имеют указанных недостатков. Они подразделяются на амплитудные и частотные, причем последние более дорогие и сложные в установке и наладке. Однако их использование оправдывает себя в условиях, когда необходимо изменить скорость вращения электродвигателя для решения задачи.Варианты УПП
Существует два основных типа устройств плавного пуска:
- Регуляторы напряжения без функции обратной связи
- Регуляторы напряжения с функцией обратной связи
Регуляторы напряжения без обратной связи
Это наиболее распространенный тип устройств плавного пуска. Регулировка напряжения может осуществляться по двум или трем фазам, однако это происходит по заданным пользователем параметрам. Эти параметры включают время и начальное напряжение запуска. Благодаря этому устройства могут уменьшить пусковой ток и момент, а также обеспечить плавную остановку. Тем не менее, момент не регулируется в зависимости от нагрузки на двигатель.
Регуляторы напряжения с обратной связью
Они являются усовершенствованной версией предыдущей группы. Они контролируют фазовый сдвиг между напряжением и током в обмотках статора и используют полученные данные для регулировки напряжения на клеммах двигателя. Это гарантирует запуск наименьшим значением пускового тока и достаточным значением механического крутящего момента. Кроме того, полученные данные используются для защиты от перегрузки, дисбаланса фаз и других параметров.
Прогрессивные УПП
Прогрессивные УПП имеют следящие цепи, которые контролируют нагрузку в каждый конкретный момент времени. Эти устройства подходят для приводов, характеризующихся тяжелыми и очень тяжелыми пусковыми режимами, для которых обычно используют преобразователи частоты. Более того, данные устройства позволяют снизить энергопотребление.
Применение устройств плавного пуска
В настоящее время устройства плавного пуска (УПП) широко используются во всех областях, где работают электродвигатели. Однако, при выборе конкретного устройства необходимо учитывать нагрузку на двигатель и частоту его запусков.
Если нагрузка на двигатель невелика, а запуск происходит редко (например, в шлифовальных станках, некоторых вентиляторах, роторных дробилках, вакуумных насосах), то для этих целей подойдут регуляторы без обратной связи или регуляторы пускового момента.
В случае, когда требуется работа с высокой нагрузкой, с частым и инерционным запуском (как, например, в ленточной пиле, центрифуге, сепараторе, распылителе, лебедке, вертикальном конвейере), целесообразно выбирать регуляторы напряжения с обратной связью и, возможно, с запасом по номиналу.
Однако следует помнить, что в Европе законодательно запрещено запускать электродвигатели мощностью 15 кВт и выше, если они не оснащены устройствами плавного пуска.
Цены на софтстартеры и их нестабильность в последние годы являются неотъемлемыми компонентами рынка. По словам экспертов, подобное явление вызвано высокой стоимостью импортных товаров, в том числе и продукции многих отечественных компаний, производящихся за рубежом или изоляционных материалов, выпускаемых в России на основе импортных комплектующих. Из-за нестабильности валют наблюдаются колебания цен на софтстартеры.
Уровень стоимости софтстартеров напрямую зависит от их характеристик. Некоторые модели, начиная от 7 тысяч рублей, могут иметь заданный номинальный ток. Но более мощные модели, стоимость которых может достигать 700 тысяч рублей, позволяют равномерно распределить ток до 1200 А.
Фото: freepik.com