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:

1. Проблема с силовой частью
2. Превышено время старта
3. Перегрузка двигателя
4. Перегрев двигателя
5. Дисбаланс по фазам
6. Частота на входе вышла за пределы 40…72 Гц
7. Ошибка чередования фаз
8. 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.

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:

1. 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.
2. 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.

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:

1. Осуществление плавного пуска и торможения насосного агрегата.
2. Производство автоматического коммутирования в зависимости от показателей уровня и параметров давления жидкости.
3. Защиту агрегата от «сухого хода», то есть без жидкости.
4. Защита агрегата при критическом снижении параметров напряжения.
5. Осуществление защитных действий от перенапряжения на входе преобразователя.
6. Сигнализирует о включении, отключении агрегата, а также при аварии.
7. 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:

1. Наличие оптоволоконного управления тиристорами.
2. Управление на микропроцессорах.
3. Способность к работе при повышенной температуре.
4. Возможность задания различных алгоритмов и характеристик пуска и торможения для разных видов нагрузки.
5. Способность к интеллектуальной защите.
6. Возможность осуществления пуска при слабых источниках питания.
7. 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.

Устройства плавного пуска (УПП)(Софтстартеры) представляет механизм, обеспечивающий плавный рост пусковых характеристик электродвигателей. Он смягчает процесс запуска и остановки работы .

Функции и возможности устройства плавного пуска

У двигателей, запустившихся в работу напрямую, характеристики значительно превышают номинальные значения. Повышенные значения пусковых токов и крутящего момента при пуске, являются источниками повреждений, это механические рывки, повреждения изоляции обмотки, перегрев, тяжелый старт и прочих проблем с электродвигателем. Но с помощью плавного пуска все нежелательные неисправности можно предупредить, поэтому электрические двигатели нуждаются в устройстве плавного пуска (УПП).

Главные функции УПП:

• Плавный разгон и остановка.
• Уменьшение пускового тока.
• Согласование момента нагрузки с крутящим моментом двигателя.

В УПП напряжение на обмотках электродвигателя постепенно нарастает, обеспечивая ограничение тока. Благодаря этому, параметры электромашины при запуске сохраняются в неопасных пределах.

Устройство УПП

УПП выпускаются разных модификаций и могут отличаться принципом работы. Но все софтстартеры имеют одинаковые главные составляющие части.

Основные компоненты УПП:

• Тиристоры . Эти элементы регулируют напряжение, которое подаётся на электродвигатель.
• Блок печатных плат . Эта часть софтстартеров управляет тиристорами.
• Радиаторы, вентиляторы . Эти приборы необходимы для рассеивания тепла.
• Трансформатор тока . Благодаря этому компоненту, осуществляется измерение тока.
• Корпус .

Некоторые устройства плавного пуска оснащены клавиатурой и дисплеем. Также в зависимости от типа софтстартера, прибор может быть оборудован встроенным реле перегрузки, из-за чего отпадает потребность во внешнем реле.

Принцип действия УПП

Регулировка пусковых характеристик осуществляется по двум принципам:

1. Механическому.
2. Электрическому.

Механические УПП:

Простой способ осуществить плавный запуск двигателя заключается в принудительном удерживании усиливающейся скорости вращения с помощью тормозных колодок, жидкостных муфт и других элементов.

Этот способ имеет существенные минусы:

• Уменьшение напряжения снижает крутящий момент на валу.
• Продолжительный старт мотора повышает риск перегрева двигателя.
• Длительный запуск может привести к перегреву полупроводниковых компонентов УПП, после чего они могут выйти из строя.

Также механическое управление пуском осуществляется исключительно при небольших нагрузках либо запуске двигателя вхолостую.

Электрические УПП считаются более совершенными, их разделяют на два вида по специфике работы:

1. Амплитудные . Софтстартеры этого типа обеспечивают старт мотора в холостом режиме либо с умеренной нагрузкой. Эти устройства постепенно повышают напряжение на клеммах электродвигателя до предельных показателей.
2. Частотные (фазовые) . Эти УПП управляют частотными характеристиками фазного тока, не снижая напряжение. Благодаря этому, запустить мотор удается даже при большой нагрузке.

Фазовые УПП предоставляют следующие преимущества:

• Возможность осуществлять размеренное прибавление вращательной частоты в рабочем режиме.
• Гарантируют стабильность высокой мощности мотора даже при смене скорости вала.

Минусы фазовых УПП:

• Сложность монтажа.
• Сложная наладка.

Электрические приборы для плавного пускового процесса не имеют таких недостатков, которые могли бы привести к неполадке самого устройства или двигателя. Они всегда оправдывают себя при эксплуатации, но стоят гораздо дороже УПП с механическим управлением.

Виды УПП

УПП разделяют на следующие типы:

• Регуляторы напряжения, в которых присутствует функция обратной связи . Это усовершенствованные модели УПП, контролирующие фазовый сдвиг между током в обмотках и напряжением.
• Регуляторы напряжение, в которых отсутствует функция обратной связи . Приборы широко используются по сравнению с другими пускателями. Управление в них можно осуществлять по двум либо трем фазам исключительно по указанным ранее параметрам.
• Регуляторы пускового момент а . Эти приборы могут координировать исключительно одну фазу электродвигателя. А это позволяет контролировать пусковой момент двигателя и совсем незначительно снижать пусковой ток. Можно сказать, эти регуляторы не контролируют ток, его уменьшение малозаметно, поэтому он практически такой, как при прямом запуске. Если такой ток будет протекать по обмоткам двигателя дольше, чем обычно при прямом пуске, то может возникнуть, перегрев электродвигателя. Поэтому этот тип УПП не используется для устройств, требующих снижение пусковых токов. Но их можно использовать для плавного запуска однофазных асинхронных электродвигателей.
• Регуляторы тока с обратной связью . Это наиболее прогрессивные устройства для плавного пуска. Они осуществляют прямой контроль над током, что позволяет более точно управлять пуском. Преобладают простой настройкой, а также программированием пускателя. Большая часть параметров устанавливается автоматически.

Приборы, управляющие напряжением и не имеющие обратной связи, являются наиболее распространённым видом УПП. Они бывают двух- и трехфазными. Эти УПП могут контролировать напряжение в двух и сразу в трех фазах двигателя. Регулирование выполняется исключительно по ранее заданной программе, которая включает показатели исходного напряжения пуска и точное время, за которое напряжение должно дорасти до номинального значения. Некоторые модели этих пускателей способны ограничивать пусковой ток, но чаще всего это ограничение связано с уменьшением напряжения при пуске двигателя. Также они могут управлять процессом замедления, медленно снижая напряжение для остановки.

Электрические и механические характеристики этих устройств отвечают всем стандартным требованиям, предъявляемым к УПП. Но более совершенным вариантом этих софтстартеров являются регуляторы, имеющие обратную связь.

Регуляторы напряжения с обратной связью получают данные о токе двигателя и, пользуясь этой информацией, приостанавливают рост напряжения во время запуска. Снижать нарастание напряжения регуляторы начинают тогда, когда током будут достигнуты предельные значения, которые указываются заранее. Такие УПП позволяют осуществлять запуск с минимальным значением тока и удовлетворительным значением крутящего момента. А данные, которые они получают, применяются для организации защит от дисбаланса фаз, перегрузки и пр.

Применение УПП

УПП эксплуатируются во всех областях промышленности и сельского хозяйства. Их можно применять везде, где присутствует электродвигатель. Но выбирают устройства плавного пуска исходя из нагрузки двигателя, а также частоты запусков.

При небольших нагрузках и не частых запусках следует устанавливать регуляторы без обратной связи или регуляторы пускового момента. Эти УПП подходят для шлифовальных станков, некоторых типов вентиляторов, вакуумных насосов и пр. оборудования с низкими нагрузками.

При частых инерционных запусках и высокой нагрузке рекомендованы регуляторы с обратной связью. Их целесообразно применять в центрифуге, ленточной пиле, вертикальном конвейере, распылителе и т.п.

Достоинства и наличие недостатков

Применение устройства плавного пуска снижает вероятность перегрева двигателя. Таким образом, можно выделить главные плюсы использования УПП:

• Повышают срок службы электродвигателей и других исполнительных устройств, контактирующих с электродвигателем.
• Понижают расход энергии.
• Снижают затраты на эксплуатацию машин.
• Регулирует длительность разгона и торможения электрического двигателя.
• Снижает силу электромагнитных помех.
• Монтируется и эксплуатируется без особых трудностей.

Недостатки:

• Не выполняют возврат направления вращения.
• Не контролируют в установившемся режиме частоту вращений двигателя.
• Уменьшить пусковой ток до меньших значений, требующихся в момент старта для вращения ротора.

Устройства плавного пуска электродвигателя, считаются распространёнными приборами, решающими проблемы прямого пуска.

Распечатать

Электропривод

Устройства плавного пуска: правильный выбор

Ранее мы обсуждали характеристики преобразователей частоты , а сегодня настал черед устройств плавного пуска (мягких пускателей, плавных пускателей – единый термин пока не устоялся, и в этой статье мы будем использовать термин "устройство плавного пуска" – УПП).

Иногда из уст продавцов приходится слышать мнение о том, что УПП выбрать просто, это, мол, не преобразователь частоты, здесь надо только пуск организовать. Это не так. Устройство плавного пуска выбирать сложнее. Попробуем разобраться, в чем эта сложность состоит.

Назначение УПП

Как следует из названия, задача прибора – организовать плавный пуск асинхронного двигателя переменного тока. Дело в том, что при прямом пуске (то есть при подключении двигателя к питающей сети при помощи обычного пускателя) двигатель потребляет пусковой ток, превышающий номинальный в 5-7 раз, и развивает пусковой момент, существенно превышающий номинальный. Все это приводит к двум группам проблем:

1) Пуск слишком быстрый, и это приводит к различным неприятностям – гидравлическим ударам, рывкам в механизме, ударному выбору люфтов, обрыву транспортерных лент и т.д.

2) Пуск тяжелый, и завершить его не удается. Здесь сначала нужно определиться с термином "тяжелый пуск" и возможностями его "облегчения" при помощи УПП. К "тяжелому пуску" обычно относят три разновидности пуска:

а) пуск, "тяжелый" для питающей сети – от сети требуется ток, который она может обеспечить с трудом или не может вообще. Характерные признаки: при пуске отключаются автоматы на входе системы, в процессе пуска гаснут лампочки и отключаются некоторые реле и контакторы, останавливается питающий генератор. Скорее всего, УПП тут действительно поправит дело. Однако следует помнить, что в лучшем случае пусковой ток удастся снизить до 250% от номинального тока двигателя, и если этого недостаточно, то решение одно – необходимо использовать преобразователь частоты .
б) Двигатель не может запустить механизм при прямом пуске – не крутится вообще или "зависает" на определенной скорости и остается на ней до срабатывания защиты. Увы, УПП ему не поможет – двигателю не хватает момента на валу. Возможно, с задачей справится преобразователь частоты, но этот случай требует исследования.
в) Двигатель уверенно разгоняет механизм, но не успевает дойти до номинальной частоты – срабатывает автомат на входе. Такое часто бывает на тяжелых вентиляторах с достаточно высокой частотой вращения. Устройство плавного пуска здесь, скорее всего, поможет, но риск неудачи сохраняется. Чем ближе механизм к номинальной скорости в момент срабатывания защиты, тем больше вероятность успеха.

Организация пуска при помощи УПП

Принцип работы устройства плавного пуска заключается в том, что напряжение, подаваемое от сети через УПП на нагрузку, ограничивается при помощи специальных силовых ключей – симисторов (или встречно – параллельно включенных тиристоров) – см. рис. 1. В результате напряжение на нагрузке можно регулировать.

Немного теории: процесс пуска – это процесс преобразования электрической энергии источника питания в кинетическую энергию работающего на номинальной скорости механизма. Очень упрощенно этот процесс можно описать так: сопротивление двигателя R в процессе разгона увеличивается от очень маленького при остановленном двигателе до достаточно большого на номинальной скорости, поэтому ток, который по закону Ома равен:

I = U / R (1)

оказывается очень большим, а передача энергии

Е = P х t = I х U х t (2)

очень быстрой. Если между сетью и двигателем установить УПП, то формула (1) действует на его выходе, а формула (2) – на входе. Понятно, что ток в обеих формулах одинаковый. УПП ограничивает напряжение на двигателе, плавно повышая его по мере разгона вслед за ростом сопротивления, ограничивая, таким образом, потребляемый ток. Поэтому по формуле (2) при постоянстве необходимой энергии Е и напряжении сети U чем меньше ток I, тем больше время пуска t. Отсюда видно, что при снижении напряжения будут решаться как проблемы, связанные со слишком быстрым пуском, так и проблемы, связанные со слишком большим током, потребляемым от сети.

Однако в наших выкладках не учитывалась нагрузка, для разгона которой нужен дополнительный момент, и соответственно дополнительный ток, поэтому уменьшать ток слишком сильно нельзя. Если нагрузка велика, то момента на валу двигателя может не хватить даже при прямом пуске, не говоря уже о пуске при пониженном напряжении – это вариант тяжелого пуска "б", описанный выше. Если же при снижении тока момент оказывается достаточным для разгона, но время в формуле (2) растет, то может сработать автомат – с его точки зрения время протекания тока, существенно превышающего номинальный, недопустимо велико (вариант тяжелого пуска "в").

Основные характеристики УПП. Возможность контроля тока . По существу это способность УПП регулировать напряжение так, чтобы ток изменялся по заданной характеристике. Эта функция обычно называется пуском в функции тока. Простейшие УПП, не имеющие такой возможности, просто регулируют напряжение в функции времени – т.е. напряжение на двигателе плавно возрастает от начального до номинального за заданное время. Во многих случаях этого достаточно, особенно при решении проблем группы 1. Но если основная причина установки УПП – ограничение тока, то без его точного регулирования не обойтись. Эта функция особенно важна тогда, когда из-за ограниченной мощности сети (маленький трансформатор, слабый генератор, тонкий кабель и т.п.) превышение предельно допустимого тока чревато аварией. Кроме того, УПП с контролем тока способны реализовать его плавное нарастание в начале процесса пуска, что особенно важно при работе от генераторов, которые очень чувствительны к резким броскам нагрузки.

Необходимость шунтирования.

По окончании процесса пуска и достижении номинального напряжения на двигателе УПП желательно вывести из силовой цепи. Для этого применяется шунтирующий контактор, соединяющий вход и выход УПП пофазно (см. рис. 2).

По команде от УПП этот контактор замыкается, и ток течет в обход прибора, что позволяет его силовым элементам полностью остыть. Однако, даже при отсутствии шунтирующей цепи, когда во все время работы двигателя через симисторы течет номинальный силовой ток, их нагрев по сравнению с режимом пуска оказывается небольшим, поэтому многие УПП допускают работу без шунтирования. Платой за такую возможность оказывается немного меньший номинальный ток и существенное увеличение веса и габаритов за счет радиатора, необходимого для отвода тепла от силовых ключей. Некоторые УПП строятся по обратному принципу – в них шунтирующий контактор уже встроен, и на работу без шунтирования они не рассчитаны, поэтому из-за уменьшения охлаждающих радиаторов их размеры оказываются минимальными. Это положительно сказывается и на цене, и на получающейся схеме подключения, но их время работы в пусковом режиме оказывается меньше по сравнению с другими приборами.

Количество регулируемых фаз.

По этому параметру УПП делятся на двухфазные и трехфазные. В двухфазных, как это следует из названия, ключи установлены только в двух фазах, третья же подключается к двигателю напрямую. Плюсы – снижение нагрева, уменьшение габаритов и цены.

Минусы – нелинейное и несимметричное по фазам потребление тока, которое хотя и частично компенсируется специальными алгоритмами управления, все же отрицательно влияет на сеть и двигатель. Впрочем, при нечастых пусках этими недостатками можно пренебречь.

Цифровое управление. Система управления УПП может быть цифровой и аналоговой. Цифровые УПП обычно реализуются на микропроцессоре и позволяют очень гибко управлять процессом работы прибора и реализовывать множество дополнительных функций и защит, а также обеспечивать удобную индикацию и связь с управляющими системами верхнего уровня. В управлении аналоговых УПП используются операционные элементы, поэтому их функциональная насыщенность ограничена, настройка выполняется потенциометрами и переключателями, а связь с внешними системами управления обычно осуществляется при помощи дополнительных устройств.

Дополнительные функции

Защита. Кроме своей основной функции – организации плавного пуска – УПП содержат в себе комплекс защит механизма и двигателя. Как правило, в этот комплекс входит электронная защита от перегрузки и неисправностей силовой цепи. В дополнительный набор могут входить защиты от превышения времени пуска, от перекоса фаз, изменения чередования фаз, слишком маленького тока (защита от кавитации в насосах), от перегрева радиаторов УПП, от снижения частоты сети и т.д. Ко многим моделям возможно подключение термистора или термореле, встроенного в двигатель. Однако следует помнить, что УПП не может защитить ни себя, ни сеть от короткого замыкания в цепи нагрузки. Конечно, сеть будет защищена вводным автоматом, но УПП при коротком замыкании неизбежно выйдет из строя. Некоторым утешением может служить только то, что короткое замыкание при правильном монтаже не возникает мгновенно, и в процессе снижения сопротивления нагрузки УПП обязательно отключится, только не стоит вновь включать его, не установив причину отключения.

Пониженная скорость. Некоторые устройства плавного пуска способны реализовать так называемое псевдочастотное регулирование –перевод двигателя на пониженную скорость. Этих пониженных скоростей может быть несколько, но они всегда строго определены и не поддаются коррекции пользователем.

Кроме того, работа на этих скоростях сильно ограничена по времени. Как правило, эти режимы используются в процессе отладки или при необходимости точной установки механизма в нужное положение перед началом работы или по ее окончании.

Торможение . Довольно много моделей способны подать на обмотку двигателя постоянный ток, что приводит к интенсивному торможению привода. Эта функция обычно нужна в системах с активной нагрузкой – подъемники, наклонные транспортеры, т.е. системы, которые могуг двигаться сами собой при отсутствии тормоза. Иногда эта функция нужна для предпусковой остановки вентилятора, вращающегося в обратную сторону из-за тяги или действия другого вентилятора.

Толчковый пуск. Используется в механизмах, имеющих высокий момент трогания. Заключается функция в том, что в самом начале пуска на двигатель кратковременно (доли секунды) подается полное напряжение сети, и происходит срыв механизма с места, после чего дальнейший разгон происходит в обычном режиме.

Экономия энергии в насосно-вентиляторной нагрузке. Поскольку УПП представляет собой регулятор напряжения, то при малой нагрузке можно снизить напряжение питания без ущерба для работы механизма.

Экономию энергии это дает, но не следует забывать, что тиристоры в режиме ограничения напряжения являются нелинейной нагрузкой для сети со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Есть и другие возможности, которые производители закладывают в свои изделия, но для их перечисления объема одной статьи недостаточно.

Методика выбора

Теперь вернемся к тому, с чего мы начинали – к выбору конкретного прибора.

Многие советы, данные для выбора преобразователя частоты, действуют и здесь: сначала следует отобрать серии, отвечающие техническим требованиям по функциональности, затем выбрать из них те, которые охватывают диапазон мощностей для конкретного проекта, и из оставшихся выбрать нужную серию в соответствии с другими критериями – производитель, поставщик, сервис, цена, габариты, и т.д.

Если нужно выбрать УПП для насоса или вентилятора, запуск которых происходит не чаще двух-трех раз в час, то можно просто выбрать модель, номинальный ток которой равен или больше номинального тока запускаемого двигателя. Этот случай охватывает около 80% применений, и не требует консультаций со специалистом. Если же частота пусков в час превышает 10, то нужно учесть и необходимое ограничение тока, и требуемое затягивание пуска по времени. В этом случае очень желательна помощь поставщика, у которого, как правило, имеется программа выбора нужной модели или хотя бы расчетный алгоритм. Данные, которые понадобятся для расчета: номинальный ток двигателя, количество пусков в час, необходимая длительность пуска, необходимое ограничение тока, необходимая длительность останова, окружающая температура, предполагаемое шунтирование.

Если же двигатель запускается свыше 30 раз в час, то стоит рассмотреть в качестве альтернативы вариант использования преобразователя частоты, поскольку даже выбор более мощной модели УПП может не решить проблему. А цена его уже будет сравнима с ценой преобразователя при существенно меньшей функциональности и серьезному влиянию на качество сети.

Подключение

Кроме очевидного подключения прибора к сети и двигателю, необходимо определиться с шунтированием.

Несмотря на то, что шунтирующий контактор будет коммутировать номинальный, а не пусковой ток двигателя, желательно все-таки использовать модель, рассчитанную на прямой пуск – хотя бы для реализации аварийных режимов работы. При подключении следует обратить особое внимание на фазировку – если ошибочно соединить, например, фазу А на входе УПП с другой фазой на выходе, то при первом же включении шунтирующего контактора произойдет короткое замыкание, и прибор будет выведен из строя.

Некоторые УПП допускают так называемое шестипроводное подключение, схема которого показана на рис. 3. Такое подключение требует большего количества кабелей, но позволяет использовать устройство плавного пуска с двигателем, мощность которого намного превышает мощность самого УПП.

При установке УПП следует иметь в виду еще одно его свойство, часто приводящее к недоразумениям (см. тяжелый пуск "в"). При расчете вводного автомата для двигателя, подключающегося к сети напрямую, учитывается номинальный ток двигателя, протекающи й длительное время, и пусковой, протекающий лишь несколько секунд. При использовании же УПП пусковой ток существенно меньше, но протекает он намного дольше – до минуты и более. Автомат не может этого “понять” и считает, что запуск давно завершен, а протекающий ток, превышающий номинальный в разы, является следствием аварийной ситуации, и отключает систему. Во избежание этого следует либо установить специальный автомат с возможностью установки дополнительного режима для процесса плавного пуска, либо выбрать автомат с номинальным током, соответствующим пусковому току при использовании УПП. Во втором случае этот автомат не сможет защитить двигатель от перегрузок, но эту функцию выполняет сам УПП, так что защита двигателя не пострадает.

Подведем итоги. Если механизм, пуск которого нужно сделать более плавным, вписывается во все перечисленные в этой статье ограничения, а возможности, обеспечиваемые доступными моделями УПП, вас устраивают, то ваш выбор – устройство плавного пуска. Экономия средств по сравнению с применением преобразователя частоты (заменой питающего трансформатора, увеличением мощности генератора, заменой кабеля на более толстый – выберите ваш случай) будет ощутимой. Если же УПП по каким-то причинам не подходит – еще раз обратите внимание на преобразователи частоты , которые хотя и дороже, но намного функциональнее.

Руслан Хусаинов, к.т.н., технический директор ЗАО "Сантерно" (Москва)

Предыдущая статья: Отзывы о металлоискателе квазар арм Следующая статья: Простой импульсный блок питания из энергосберегающей лампы