Устройство плавного пуска двигателя асинхронного двигателя: Устройство плавного пуска электродвигателя. Как это работает.

Устройство плавного пуска электродвигателя. Как это работает.

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.

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.

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

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.

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.

Есть отличная альтернатива устройству плавного пуска. Стоимость отличается, но и функциональные возможности расширенные.

Преобразователь  частоты – это решение задачи, когда требуется регулирование скорости  электродвигателя и автоматизация работы технологичного оборудования  через обратную связь посредством датчика. При помощи преобразователя Вы  сможете решить более сложные и разносторонние вопросы по автоматизации  электропривода.

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Устройства плавного пуска асинхронных двигателей серии УПП

Виды пуска:

• Пуск с заданным токоограничением
• Пуск электродвигателя плавным увеличением напряжения с заданным темпом
• Пуск с начальным броском тока для получения повышенного пускового момента

Виды торможения:

• Остановка с заданной интенсивностью
• Динамическое торможение

1 — Устройство Плавного Пуска

2 — Номер разработки: 1 — Устройства работают от 3-х фазной сети переменного тока с глухо-заземлённой нейтралью напряжением 380 В, 50 Гц; 2 — Устройства работают от 3-х фазной сети переменного тока с изолированной нейтралью напряжением 380 В, 50 Гц; 3 — Устройства работают от 3-х фазной сети переменного тока с глухо-заземлённой нейтралью напряжением 690 В, 50 Гц; 2 — Устройства работают от 3-х фазной сети переменного тока с изолированной нейтралью напряжением 690 В, 50 Гц;

3 — Наличие реверса: 0 — нереверсивный, 1 — реверсивный

4 — Максимальный пусковой ток длительностью до 120 сек: 1 — 75А, 2 — 190А, 3 — 300А, 4 — 480А, 5 — 750А, 6 — 1200А, 7 — 2400А

5 — Функциональные возможности: 0 — базовое исполнение, 1 — исполнение с расширенными функциями интерфейса

6 — П-принудительное охлаждение в устройствах УПП (используется при тяжелом затяжном пуске или при регулировании напряжения на активно-индуктивных нагрузках)

-при отсутствии принудительного охлаждения (вентиляторов) буква опускается

7 — Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150 и ГОСТ 15543. 1

Пример условного обозначения устройства плавного пуска для асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, для трехфазной сети переменного тока с глухо-заземленной нейтралью с номинальным напряжением 380 В, 50 Гц, нереверсивный, на максимальный пусковой ток 1200 А, базовое исполнение, охлаждение – принудительное, климатическое исполнение и категория размещения – УХЛ4 по ГОСТ 15150:

Устройство плавного пуска УПП1-060П-УХЛ4 ШЕДК.650311.001ТУ

Для чего нужен плавный пуск асинхронного двигателя / en-res.ru

Из всех видов двигателей асинхронные двигатели получили наиболее широкое распространение в промышленности и продолжают вытеснять все больше и больше двигатели постоянного тока.

Асинхронные двигатели получили широкое распространение благодаря следующим своим качествам: дешевизне двигателя, простоте конструкции, надежности, высокому к. п. д. До настоящего времени асинхронные двигатели уступали место двигателям постоянного тока только в тех случаях, где требовалось плавное регулирование частоты вращения (строгальные станки, правильные машины, регулируемые главные приводы прокатных станов и т. п.), в электрическом транспорте и в приводах большой мощности повторно-кратковременного режима (реверсивные станы). Внедрение в промышленность регулируемых преобразователей частоты позволит, еще шире применять асинхронные двигатели.

Недостатками асинхронных двигателей являются:

1. Квадратичная зависимость момента от напряжения, при падении напряжения в сети сильно уменьшаются пусковой и критический моменты,
2. Опасность перегрева статора, особенно при повышениях напряжения сети, и ротора при понижении напряжения,
3. Малый воздушный зазор, несколько понижающий надежность двигателя,
4. Большие пусковые токи асинхронных двигателей. При пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором ток статора больше номинального в 5 — 10 раз. Такие большие токи в статоре недопустимы по условиям динамических усилий в обмотках и нагрева обмоток. В асинхронных двигателях могут возникать переходные режимы с большими бросками тока не только при подключении двигателя к сети но и при его реверсе и торможении.

Итак, для чего нужно ограничивать пусковой ток в обмотках статора асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором?

Необходимость ограничения тока двигателей диктуется причинами электрического и механического характера. Причины электрического характера ограничения тока двигателей могут быть следующие:

1. Уменьшение толчков тока в сети. В некоторых случаях для крупных двигателей требуется ограничить пусковой ток до допускаемого для питающей системы.
2. Уменьшение электродинамических усилий в обмотках двигателя.

Уменьшение толчков тока в сети требуется обычно при пуске крупных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, если они получают питание от сравнительно маломощной питающей системы. Кроме того, для крупных двигателей заводы-изготовители машин не разрешают прямой пуск из-за чрезмерно больших электродинамических усилий в лобовых частях обмоток статора и ротора.

Причины механического характера ограничения момента двигателей могут быть самыми разнообразными, например предотвращение поломки или быстрого изнашивания передач, соскальзывания ремней со шкивов, буксования колес подвижных тележек, больших ускорений или замедлений, недопустимых для оборудования или людей в различных средствах передвижения и т. д. Иногда требуется уменьшить пусковой момент двигателей, даже небольших, для того чтобы смягчить удары в передачах и обеспечить плавное ускорение.

Во всех случаях, где условия работы не требуют форсированных ускорений или замедлений, желательно рассчитывать режимы на минимальные броски тока, а следовательно, и момента, сохраняя этим передачи механизма и двигатель.

Устройство плавного пуска двигателя

Для ограничения тока применяются пусковые реакторы, резисторы и автотрансформаторы, а также современные электронные устройства — софт-стартеры (устройства плавного пуска двигателей).

Популярные товары

Шины медные плетеные

Шины изолированные гибкие и твердые

Шинодержатели

Изоляторы

Индикаторы наличия напряжения

Плавный пуск асинхронного электродвигателя. Устройство и принцип работы

Автор newwebpower На чтение 8 мин. Просмотров 2.3k. Опубликовано 16. 07.2017 Обновлено 30.05.2018

Асинхронные электродвигатели, помимо очевидных преимуществ имеют два существенных недостатка – большой пусковой ток (до семи раз больше номинального) и рывок на старте. Данные недостатки негативно влияют на состояние електросетей, требуют применения автоматических выключателей с соответствующей времятоковой характеристикой, создают критические динамические нагрузки на оборудование.

С эффектом запуска мощного асинхронного двигателя знакомы все: «проседает напряжение и сотрясается все вокруг электродвигателя. Поэтому, для уменьшения негативных воздействий были разработаны способы и схемы, позволяющие смягчить рывок и сделать запуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором более плавным.

Способы плавного пуска асинхронных двигателей

Кроме негативного влияния на цепи питания и окружение, стартовый импульс электродвигателя вреден и для его обмоток статора, ведь момент увеличенной силы при запуске прикладывается к обмоткам. То есть, сила рывка ротора усиленно давит на обмоточные провода, тем самым убыстряя износ их изоляции, пробой которой называют межвитковым замыканием.

Поскольку конструктивно нельзя уменьшить пусковой ток, придуманы способы, схемы и аппараты, обеспечивающие плавный пуск асинхронного двигателя. В большинстве случаев, на производствах с мощными линиями питания и в быту данная опция не является обязательной – так как колебания напряжения и пусковые вибрации не оказывают существенного влияния на производственный процесс.

Но существуют технологии, требующие стабильных, не превышающих норм параметров, как электроснабжения, так и динамических нагрузок. Например – это может быть точное оборудование, работающее в одной сети  с чувствительными к напряжению потребителями электроэнергии. В этом случае, для соблюдения технологических норм для мягкого запуска электродвигателя применяют различные способы:

• Переключение звезда – треугольник;
• Запуск при помощи автотрансформатора;
• устройства плавного пуска асинхронного двигателя (УПП).

В приведенном ниже видео перечислены основные проблемы, возникающие при запуске электродвигателя, а также описаны достоинства и недостатки различных устройств плавного пуска асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Ознакомление с принципом плавного запуска

Для того, чтобы осуществить плавный пуск асинхронного электродвигателя максимально эффективно и с минимальными затратами, приобретая готовые софт стартеры, необходимо прежде ознакомиться с принципом действия подобных устройств и схем. Понимание взаимодействия физических параметров позволит сделать оптимальный выбор УПП.

При помощи устройств плавного пуска можно добиться снижения пускового тока до значения трехкратного превышения номинального (вместо семикратной перегрузки)

Для плавного пуска асинхронного электродвигателя необходимо уменьшить пусковой ток, что позитивно скажется как на нагрузке электросети, так и на динамических перегрузках обмоток двигателя и приводных механизмов. Достигают уменьшения пускового тока, снижая напряжение питания электродвигателя. Заниженное пусковое напряжение используется во всех трех предложенных выше способах. Например, при помощи автотрансформатора пользователь самостоятельно занижает напряжение при запуске, поворачивая ползунок.

При использовании переключения «звезда-треугольник» меняется линейное напряжение на обмотках электродвигателя. Переключение осуществляется при помощи контакторов и реле времени, рассчитанное на время запуска электродвигателя. Подробное описание плавного пуска асинхронного электродвигателя при помощи переключения «звезда-треугольник» имеется на данном ресурсе по указанной ссылке.

Теория осуществления плавного запуска

Для понимания принципа плавного старта необходимо понимание закона сохранения энергии, необходимой для раскрутки вала ротора электромотора. Упрощенно можно считать энергию разгона пропорциональной мощности и времени, E = P*t, где P – мощность, равная умножению силы тока на напряжение (P = U*I). Соответственно, E = U*I *t. Поскольку для уменьшения пускового момента и снижения нагрузок на сеть необходимо уменьшить стартовый ток I, то сохраняя уровень потраченной энергии нужно увеличить время разгона.

Увеличение времени разгона за счет снижения пускового тока возможно только при небольшой нагрузке на валу. Это является основным недостатком всех УПП

Поэтому для оборудования с тяжелыми условиями старта (большой нагрузкой на валу во время запуска), применяются специальные электродвигатели с фазным ротором. Узнать о свойствах данных двигателей можно из соответствующего раздела в статье на данном ресурсе, перейдя по ссылке.

Также необходимо учитывать, что во время мягкого запуска происходит увеличенный нагрев обмоток и электронных силовых ключей пускового устройства. Для охлаждения полупроводниковых ключей необходимо использование массивных радиаторов, которые увеличивают стоимость аппарата. Поэтому уместно использование УПП для кратковременного разгона двигателя с дальнейшим шунтированием ключей прямым напряжением сети. Подобный режим (переключение байпас) делает компактней и дешевле электронное устройство плавного пуска асинхронных двигателей, но ограничивает количество запусков в определенном интервале ввиду требуемого времени для охлаждения ключей.

Основные параметры и характеристики УПП

Ниже в тексте будут приведены схемы аппаратов плавного запуска для изучения и собственноручного изготовления. Для тех, кто не готов осуществить плавный пуск асинхронного электродвигателя своими руками, полагаясь на готовое изделие, будет полезной информация о существующих разновидностях софт стартеров.

Одним из главных параметров при выборе УПП является мощность обслуживаемого электромотора, выраженная в киловаттах. Не менее важным является время разгона и возможность регулировки интервала запуска. Данными характеристиками обладают все существующие софт стартеры. Более совершенные УПП являются универсальными и позволяют настраивать параметры мягкого запуска в широком диапазоне значений относительно характеристик двигателя и требований технологического процесса.

В зависимости от типа софт стартера в них могут присутствовать различные опции, повышающие функциональность аппарата и позволяющие осуществлять контроль работы электродвигателя. Например, при помощи некоторых УПП возможно осуществление не только плавного запуска электромотора, но и его торможение. Более совершенные софт стартеры осуществляют защиту двигателя от перегрузок и позволяют также регулировать вращательный момент ротора при пуске, останове и работе.

Разновидности софт стартеров

По способу подключения УПП подразделяются на три вида:

1. Однофазные. Регулируют пусковое напряжение на одной фазе для уменьшения пускового момента. Обладают ограниченной функциональностью и не снижают пусковой ток. В виду удешевления полупроводниковых силовых ключей, однофазные УПП применяются редко.

   Структурная схема однофазного УПП

2. Двухфазные. Осуществляют регулировку пускового тока по двум фазам, что позволяет улучшить динамические характеристики запуска двигателя, но не решают проблему с несимметричной «просадкой» напряжения. Используется в основном радиолюбителями, осуществляющими плавный пуск асинхронного электродвигателя своими руками, схема устройства приведена ниже.

   Структурная схема двухфазного УПП

3. Трехфазные. Дают максимально возможное уменьшение пускового момента, снижая пусковой ток до минимально возможной трехкратной перегрузки. Позволяют осуществлять большой набор функций помимо плавного разгона – регулировку момента, торможение, слежение за параметрами, дистанционное управление, защиту от тепловых перегрузок, и т. д.

   Структурная схема трехфазного УПП

УПП своими руками

Для самостоятельного изготовления УПП используемая схема плавного пуска асинхронного двигателя своими руками будет зависеть от возможности и навыков мастера. Самостоятельное смягчение пусковых перегрузок при помощи автотрансформатора доступно практически любому пользователю без специальных знаний, но данный способ является неудобным ввиду необходимости ручной регулировки старта электродвигателя. В продаже можно встретить недорогие устройства плавного запуска, которые придется самостоятельно подключить к электроинструменту, не обладая глубокими познаниями в радиотехнике. Пример работы до и после софт стартера, а также его подключение показано на видео ниже:

Современные софт стартеры имеют внутри сложную электронную начинку из множества электронных деталей, работающих под управлением микропроцессора. Поэтому для изготовления аналогичного УПП своими руками по имеющимся в сети интернет схемам необходимо не только мастерство радиолюбителя, но и навыки программирования микроконтроллеров.

Устройства плавного пуска электродвигателя | Софтстартеры

Принцип работы
Классификация
Критерии выбора

Устройство плавного пуска (УПП) обеспечивает плавный разгон и выбег асинхронного электродвигателя.

Принцип работы софтстартера

При прямом пуске электродвигателя происходит резкое падение напряжения в электросети, рост пусковых токов на статорных обмотках до критических значений (в 6-8 раз выше номинала) и существенное увеличение крутящего момента. Устройство плавного пуска используется для управления этими параметрами. В момент разгона электродвигателя софтстартер поднимает питающее напряжение до начального (на 40-60% меньше номинального), затем постепенно увеличивает его до номинала. С ростом напряжения снижается пусковой ток и скорость его нарастания, как следствие, увеличивается время пуска электродвигателя. Для ограничения напряжения применяются силовые ключи — тиристоры.

Схема УПП с внешним байпасным контактором

После того, как напряжение на двигателе достигает номинального значения и процесс разгона завершается, устройство плавного пуска выводится из цепи с помощью байпасного контактора (шунтирование). Через УПП перестает проходить ток, и устройство охлаждается. Некоторые софтстартеры имеют встроенное шунтирование. Это позволяет уменьшить размеры и вес пускателя, поскольку отпадает необходимость в габаритном радиаторе охлаждения.

При торможении двигателя устройство плавного пуска подает постоянный ток на обмотки статора. Эта функция необходима при управлении электроприводом с активной нагрузкой (подъемники, лифты, наклонные конвейеры).

Плавное регулирование входящего напряжения и пускового момента электродвигателя позволяет снизить пусковую нагрузку на привод, уменьшить износ его механических частей, обеспечить защиту оборудования от перегрузок и перегрева.

Классификация УПП

В зависимости от количества регулируемых фаз устройства плавного пуска могут быть двухфазными или трехфазными. В первом случае управление запуском происходит по двум фазам, третья фаза подключается к электродвигателю напрямую. Двухфазные софтстартеры меньше по размеру и дешевле. Подобные УПП рекомендуется использовать только при невысокой частоте пусков.

По способу управления пускатели подразделяются на цифровые и аналоговые. Цифровые устройства построены на базе микропроцессоров. Такие УПП обладают более широкой функциональностью и гибкостью управления электродвигателем, удобством в настройке и работе. Аналоговый плавный пуск имеет ограниченные возможности и сравнительно невысокую точность обработки сигналов, при этом отличается надежностью и быстродействием.

Параметры выбора УПП

При выборе устройства плавного пуска необходимо ориентироваться, прежде всего, на характер нагрузки. Существует 3 типа нагрузки: нормальная, тяжелая и очень тяжелая.

При нормальном режиме работе величина пускового тока может быть до 3 раз выше номинала. Типичные примеры легкого пуска: центробежные насосы, центробежные компрессоры и вентиляторы, элеваторы, прессы, эскалаторы, пилорамы и циркулярные пилы. В этих случаях устройство плавного пуска должно иметь ту же мощность, что и электродвигатель.

При тяжелой нагрузке пусковой ток может превышать номинал до 4,5 раз, при очень тяжелой – более чем в 6 раз. Примеры тяжелого и очень тяжелого пуска: поршневые компрессоры, лебедки, мельничные дробилки, вертикальные конвейеры, центрифуги, ленточные пилы. Подобное оборудование требует установки софтстартера на один типоразмер больше электродвигателя (с запасом по мощности).

Также при выборе плавного пускателя нужно обращать внимание на следующие параметры:

• Частота пусков. Софтстартер ограничивает максимальное количество пусков в час.
• Количество фаз регулирования (двухфазные и трехфазные устройства плавного пуска).
• Величина питающего напряжения.
• Функциональность. Пускатель может выполнять ряд дополнительных функций: защита двигателя от перегрузок, самозащита УПП, возможность динамического торможения, шунтирование. При параллельном подключении нескольких электродвигателей с синхронным пуском обязательно наличие байпасного контактора для шунтирования тиристоров.
• Условия эксплуатации софтстартера (температура окружающей среды, относительная влажность, высота над уровнем моря и проч.).

Другие полезные материалы:
Редуктор от «А» до «Я»
Как выбрать мотор-редуктор
Обзор устройств плавного пуска SIEMENS
Выбор электродвигателя
Схемы подключения устройства плавного пуска

Устройство плавного пуска асинхронного двигателя

Интерес радиолюбителей к разработке устройств плавного пуска асинхронных электродвигателей не ослабевает. Появляются всё новые конструкции. Одна из них предлагается читателям.

Довольно большую популярность получили устройства плавного пуска на микросхеме КР1182ПМ1, например, описанное в [1]. Но этой микросхеме присущи особенности, не позволяющие достичь желаемых результатов без вынужденного усложнения схемы. Первая из них — максимальное напряжение сети не более 276 В. Для трёхфазного электродвигателя этого явно мало. Приходится занулять среднюю точку «звезды» его статора, чтобы ток протекал не между фазами, а между каждой фазой и нейтралью. Но в этом случае требуется регулировать ток всех трёх фаз, иначе через одну из обмоток в течение всего времени пуска будет протекать ток, многократно превышающий номинальный. А при включении обмоток «звездой» с изолированной средней точкой достаточно регулировать ток только в двух фазах.

Вторая особенность — необходимость внешней цепи для принудительной разрядки времязадающего конденсатора, так как ток его разрядки через саму микросхему КР1182ПМ1 весьма мал и устройство будет готово к повторному пуску двигателя только через довольно продолжительное время.
 

Недавно я решил разработать своё устройство плавного пуска. Сразу же решил не использовать в нём микроконтроллер, обойтись без узла определения прохождения тока через ноль (например, такого, как в [2]) и сделать его нечувствительным к порядку чередования фаз.

Рис. 1

Схема предлагаемого устройства показана на рис. 1. Оно состоит из трёх функциональных блоков. Два из них одинаковы и представляют собой симисторные регуляторы действующего значения напряжения на нагрузке, управляемые с помощью оптронов. Применение в них симметричных дини-сторов VS3 и VS4 (точнее, аналогов таких динисторов — микросхем КР1167КП1Б) позволило значительно упростить регуляторы.

Третий блок управляет одновременно обоими регуляторами, формируя в процессе пуска необходимый закон изменения эффективного значения приложенного к двигателю напряжения. Для этого он соответствующим образом изменяет ток, протекающий через излучающие диоды оптронов U1-U4, управляющих регуляторами.

Фотодиоды этих оптронов работают в фотовольтаическом режиме, генерируемое ими напряжение постепенно открывает транзисторы VT1 и VT2. При этом сопротивление транзисторов уменьшается, благодаря чему в каждом полупериоде сетевого напряжения конденсаторы C7 и C8 успевают заряжаться до напряжения открывания динисторов VS3 и VS4 за всё меньшее время. Соответственно симисторы VS1 и VS2 в каждом полупериоде открываются всё раньше и всё большие части полупериодов поступают на обмотки электродвигателя M1.

К сожалению, максимальное напряжение на обмотках электродвигателя при использовании таких регуляторов получается на 20…25 В меньше напряжения в сети. Поэтому предусмотрено реле K1, срабатывающее по окончании процесса пуска и соединяющее своими контактами электроды 1 и 2 симисторов VS1 и VS2. Этим достигается и уменьшение тепловыделения устройства плавного пуска в рабочем режиме двигателя.

Управляющий блок питается от одной из фаз трёхфазной сети через гасящий конденсатор C1 и выпрямитель на диодном мосте VD2-VD5. Учитывая, что напряжение на выходе моста незначительно по сравнению с сетевым напряжением, можно считать выпрямитель источником тока, значение которого около 20 мА задано реактивным сопротивлением конденсатора C1 и практически не зависит от нагрузки.

Резистор R5 ограничивает импульс тока зарядки конденсатора C1 в момент подключения устройства к сети. Рекомендую устанавливать этот резистор на высоте 5.7 мм над поверхностью монтажной платы, чтобы в случае его сгорания (например, в результате пробоя конденсатора Cl) плата не была повреждена. Резистор R6 необходим для разрядки конденсатора C1 после отключения от сети. Конденсатор C5 сглаживает пульсации.
 

Две цепи, состоящие из включённых последовательно излучающих диодов оптронов U1, U2 и U3, U4, соединены с плюсовым выводом этого конденсатора через постоянный резистор R2 и подстроечный R1. Ток через излучающие диоды зависит от сопротивления этих резисторов и значения выпрямленного диодным мостом VD2-VD5 напряжения, которое при неизменном выпрямленном токе зависит от сопротивления нагрузки выпрямителя. Первая часть этой нагрузки — цепь излучающих диодов. Вторая часть образована двумя включёнными последовательно параллельными интегральными стабилизаторами DA1 и DA2. Чем большая часть имеющихся 20 мА протекает через интегральные стабилизаторы, тем меньше остаётся на долю излучающих диодов.

Стабилизатор DA1 включён таким образом, что по мере зарядки конденсатора C4 сопротивление его участка катод-анод плавно увеличивается и ток через него уменьшается. При этом плавно увеличиваются выпрямленное напряжение и ток через излучающие диоды оптронов.

Стабилизатор DA2 задаёт начальное значение этого напряжения (устанавливают подстроечным резистором R9), которое достигается очень быстро после замыкания контактов выключателя SA1. Дальнейшее увеличение напряжения происходит плавно со скоростью, задаваемой сопротивлением подстроечного резистора R7 и ёмкостью конденсатора C4.

Для чего необходимо задавать начальное напряжение? Дело в том, что при слишком маленьком напряжении на обмотках электродвигателя ток через его обмотки уже течёт, а вал всё ещё остаётся неподвижным. При этом двигатель гудит, а обмотки нагреваются. Для предотвращения такого нежелательного режима и предусмотрена установка начального напряжения, обеспечивающего немедленное начало вращения вала. Необходимое значение этого напряжения сильно зависит от механической нагрузки на валу, поэтому его регулировку подстроечным резистором R9 следует производить в реальных условиях эксплуатации двигателя.

По завершении процесса пуска двигателя начинает действовать третья часть нагрузки выпрямителя на диодном мосте VD2-VD5 — соединённые последовательно стабилитрон VD1 и излучающий диод оптрона U5. Когда напряжение на выходе моста достигает напряжения стабилизации стабилитрона (24 В), сопротивление последнего резко уменьшается. Через него и излучающий диод оптрона U5 начинает течь ток. Фотодинистор оптрона открывается, и реле K1 срабатывает, шунтируя своими контактами симисторы VS1 и VS2. С этого момента на электродвигатель M1 поступает полное сетевое напряжение.

Оптроны 3ОД101В применены в качестве оптронов U1-U4 только потому, что они были у меня в наличии. Поскольку напряжение, создаваемое фотодиодом одного оптрона, оказалось недостаточным для открывания транзистора, число оптронов было удвоено. Как излучающие диоды, так и фотодиоды каждой их пары соединены последовательно. С другими диодными оптронами эксперименты не проводились. Вполне возможно, что они тоже подойдут. Существуют сдвоенные диодные оптроны (например, АОД134АС), а также такие, что содержат два фотодиода, освещаемых одним излучающим диодом (например, АОД176А). Возможно, стоит попробовать и их.

При подборе замены транзисторам 2SC4517 следует обратить внимание на максимальное напряжение коллектор- эмиттер. Оно не должно быть меньше 600 В. Это же касается и максимального напряжения в выключенном состоянии симисторов VS1 и VS2.
 

Транзисторы 2SC4517 в рассматриваемом устройстве можно применять без теплоотводов. Нужно ли отводить тепло от симисторов, зависит от мощности электродвигателя и от того, как часто планируется его включать.

Реле K1 — РП-64 [3] с катушкой на 220 В, 50 Гц. Его можно заменить, например, на реле R20-3022-96-5230 [4] c двумя группами нормально разомкнутых контактов и катушкой на 230 В переменного тока. Конденсаторы C2 и C3 — плёночные. Микросхемы КР1167КП1Б можно заменить импортными симметричными динисторами DB3.

Рис. 2

Налаживание устройства плавного пуска следует начать с балансировки двух регуляторов. Для этого нужно, как показано на рис. 2, подать на него однофазное напряжение 220 В, подключив вместо электродвигателя M1 две лампы накаливания на 220 В мощностью 40. 60 Вт. Выводы конденсатора C4 необходимо замкнуть перемычкой.

Подав питающее напряжение, установите подстроечным резистором R9 минимальную яркость свечения ламп, а подстроечным резистором R1 добейтесь одинаковой интенсивности их свечения. Отключив питание, удалите перемычку с конденсатора и снова включите устройство, контролируя напряжение на конденсаторе C5. Когда оно достигнет 25.26 В, должно сработать реле K1. Если с этим всё в порядке, можно проверить напряжение на лампах. Перед срабатыванием реле K1 оно должно быть не менее 190 В. Если напряжение на лампах меньше, можно уменьшить сопротивление резистора R2, но только так, чтобы не был превышен максимально допустимый ток управления оптронов U1-U4.

Теперь к устройству можно подключить электродвигатель и подать трёхфазное напряжение. На мой взгляд, подборку желательной продолжительности разгона лучше начинать с минимальной скорости нарастания напряжения на двигателе (движок подстроечно-го резистора R7 в верхнем по схеме положении) и минимального стартового напряжения (движок подстроечного резистора R9 в нижнем по схеме положении).

Хочу обратить внимание, что технически несложно отказаться от стабилизатора DA2, просто исключив его и относящиеся к нему элементы из схемы и соединив вместе провода, шедшие к аноду и катоду стабилизатора. Для регулировки стартового напряжения в этом случае устанавливают подстроеч-ные резисторы R1′ и R2′, показанные на схеме рис. 1 штриховыми линиями. Ноя бы не советовал так делать. Во-первых, это неудобно, поскольку оперировать придётся двумя подстроечными резисторами по очереди, стремясь не нарушать равенства значений напряжения на обмотках двигателя. Во-вторых, далеко не все подстроечные резисторы способны выдержать приложенное к ним напряжение около 400 В. В-третьих, в рассматриваемом устройстве резисторы R1′ и R2′, в отличие от других подстроечных резисторов, будут находиться под высоким напряжением относительно нейтрали трёхфазной сети, что может представлять опасность при случайном прикосновении к ним.

В заключение хочу сказать, что устройство плавного пуска не может заменить частотный регулятор скорости и продолжительное время поддерживать пониженную частоту вращения вала электродвигателя. С его помощью можно лишь увеличить время разгона до номинальных оборотов и снизить пусковой ток. Пребывание электродвигателя в режиме разгона дольше необходимого приведёт к перегреванию обмоток, потому что текущий через них в этом режиме ток хотя и значительно меньше стандартного пускового тока, но всё-таки превышает номинальный. В таком режиме двигатель очень чувствителен к нагрузке на валу и может остановиться при её незначительном повышении.

Некоторой аналогией устройства плавного пуска электродвигателя можно считать механизм сцепления в автомобиле. Постоянная работа асинхронного электродвигателя в режиме разгона подобна движению автомобиля с не полностью включённым сцеплением.

Литература

1.    Аладышкин Б. Применение микросхемы КР1182ПМ1. Плавный пуск электродвигателя. — http://electrik.info/main/praktika/278-primenenie-mikrosxemy-kr1182pm1-plavnyj-pusk.html.

2.    Плавный пуск трёхфазного асинхронни-ка. — http://kazus.ru/forums/showthread. php?t=12618.

3.    Промежуточное реле РП-64. — http://www.rele.ru/d/d7323c0e96dc68ab5ffed6ea85cd1801.pdf.

4.    R20 промышленные малогабаритные реле. — <www.relpol.pl/ru/Predlagat/My-predlagaem/Rele/promyshlennye-rele/Pele-R20

Автор: П. Галашевский, г. Херсон, Украина

КАК ВЫБРАТЬ УСТРОЙСТВО ПЛАВНОГО ПУСКА ДЛЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ? ОПИСАНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ УПП!

    В данной статье рассмотрим промышленные устройства плавного пуска от разных производителей, принцип работы и назначение УПП для различных сфер промышленности. Устройства плавного пуска (сокращено УПП) представляют собой электронное устройство способное регулировать напряжение и ток при пуске и останове асинхронного двигателя. С помощью промышленного устройства плавного пуска возможно выставлять стартовое напряжение (как правило в диапазоне от 30 до 70% от номинального напряжения), а также регулировать время разгона и останова асинхронного двигателя (как правило регулировка в диапазоне от 0 до 30 сек). Регулировка подающего напряжения на двигатель осуществляется с помощью определенного угла открытия силовых тиристоров. Таким образом, при старте двигателя происходит постепенное увеличение напряжения и тока двигателя до номинальных значений.

    Если асинхронных двигатель запускается с прямого пуска, то в следствии происходит увеличение крутящего момента до 150-200% и номинального тока в 5 и более раз. Последствия от прямого пуска асинхронного двигателя могут быть следующими:

• технологические аварии — гидравлические удары, механические ревки, обрыв цепей и транспортных лент и т.д.
• разрушение изоляции обмоток двигателя при больших токах
• разрушение изоляции кабельных линий от пиковых токов

    Устройства плавного пуска (УПП) также называют Softstarter (Софтстартер) бывают как механические так и электрические. В современной промышленности уже редко встретишь механические устройства плавного пуска и поэтому в данной статье подробно не будет останавливаться на них. Под механическими УПП понимаются различные тормозные колодки, муфты, магнитные блокираторы и т.п. Данный тип устройств блокирует «свободный» разгон двигателя создавая противодействие. Таким образом, двигателю необходимо больше времени для разгона до номинальных значений. Электронный устройства плавного пуска состоят из силовых тиристоров и бывают с фазным или амплитудным управлением. Фазным УПП регулируются частотные характеристики фазного тока (аналог частотному регулированию), а у амплитудного УПП регулируется напряжение на клеммах двигателя.

    Современные устройства плавного пуска имеют встроенный байпас или так называемый шунтирующий контактор. После того как двигатель разгонится до номинальных значений происходит переключение на параллельно подключенный контактор от прямого напряжения сети. Данные байпасные контакторы в устройствах плавного пуска обеспечивают понижению тепловых потерь на тиристорах, тем самым обеспечивая снижение температурных показателей всего устройства и повышает срок службы силовых тиристоров. Также устройство плавного пуска могут обеспечивать:

• дисбаланс фазных токов
• защиту от различных перегрузок
• защиту двигателя от обрывы фаз
• контроль потери напряжения
• контроль чередования питающих фаз

    Устройства плавного пуска (УПП) выпускаются в различных в конфигурациях и для разных применений. Более простые УПП как правило имеют несколько конфигурация: время разгона и торможение, стартовое напряжение, клемму пуска/останова и сухой контакт аварийных событий. Более дорогие модели имеют дополнительные дискретные и аналоговые входа и выхода, а также поддержку различных промышленных протоколов (например, modbus). После того как китайские производители повысили качество своей продукции до высоких показателей, то по сравнению с европейскими УПП стало выгоднее установить частотный преобразователь, так как он более функционален и при этом по стоимость соизмерима европейским УПП. 

    Как видно из таблицы выше, что стоимость бюджетных устройств плавного пуска намного ниже европейских УПП Altistart 22 (Schneider Electric), а в каких-то случаях выгоднее вообще приобрести частотный преобразователь. При этом технические характеристики данных УПП максимально соизмеримы, а именно: имеется регулировка времени пуска и останова, присутствует байпас, промышленный протокол modbus rtu, регулировка напряжения старта двигателя и т.п.

    Благодаря невысокой стоимости и хорошему качеству китайские УПП  набирают обороты в современных системах управления асинхронными двигателями. Устройства плавного пуска которые поддерживают промышленный протокол Modbus RTU позволяют дистанционно управлять (пуск/стоп), анализировать в реальном времени ток, напряжение, мощность, частоту и т.п., что является большим преимуществом в системах АСУТП различных производств. УПП необходимо для продления срока службы асинхронного двигателя, а также способствует уменьшению аварийных событий в технологических процессах.

ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ:

устройства плавного пуска DA40 0.75 — 75кВт

устройства плавного пуска SFB 0.75 — 37кВт ONI (IEK)

устройства плавного пуска DA3 90 — 200кВт

частотные преобразователи M-Driver 380В

Что такое устройство плавного пуска? Его работа, схема и приложения

, принципиальная схема, работа, преимущества и применение

В нашей промышленности используются различные виды машин. Асинхронная машина является одной из наиболее часто используемых трехфазных машин переменного тока, которая составляет почти 70% двигателей, используемых в промышленности. их прочная конструкция и высокая эффективность делают их лучшим выбором для любого промышленного сектора. Но им требуются защитные устройства и оборудование, используемые для их безопасной работы, чтобы они могли безопасно работать и предотвращать любое потенциальное повреждение двигателя, а также увеличивать срок их службы.Наиболее важным оборудованием, используемым для трехфазного асинхронного двигателя, является пускатель двигателя.

Пускатель электродвигателя — это электрическое устройство, которое используется для безопасного пуска и остановки электродвигателя. Он также предлагает защиту от перегрузки по току и защиту от низкого напряжения.

Поскольку асинхронный двигатель широко используется в различных отраслях промышленности, для его безопасного запуска и остановки требуется пускатель двигателя. Асинхронные двигатели потребляют огромное количество тока при запуске.Это связано с низким полным сопротивлением обмоток двигателя в состоянии покоя.

Это очень важно для безопасной работы асинхронного двигателя. Это связано с низким импедансом ротора двигателя в состоянии покоя. Импеданс ротора зависит от скольжения (относительной скорости между ротором и статором) асинхронного двигателя. Скольжение асинхронного двигателя непостоянно и меняется на протяжении всей его работы, поэтому сопротивление ротора также меняется. Оно обратно пропорционально скольжению двигателя.

В состоянии покоя (положение покоя) скольжение асинхронного двигателя максимально, т.е. 1, поэтому полное сопротивление ротора минимально. При подключении двигателя к источнику питания в обмотке статора возникает огромный ток из-за низкого импеданса, называемого пусковым током. Переменный ток в статоре создает вращающееся магнитное поле (RMF), которое индуцирует ток в обмотках ротора.

Ток ротора создает собственное магнитное поле, которое пытается устранить его причину и начинает вращаться в направлении RMF.Таким образом, ротор испытывает крутящий момент, и по мере того, как его скорость начинает увеличиваться, скольжение двигателя уменьшается (т. Е. Скорость RMF ротора приближается к скорости RMF статора). Поскольку скольжение уменьшается, импеданс ротора увеличивается, и двигатель начинает потреблять нормальный номинальный ток.

Высокий пусковой ток в 5-8 раз превышает номинальный ток двигателя при полной нагрузке. Асинхронный двигатель не может выдержать такое количество тока, так как он может быстро повредить или сжечь обмотки, снижая производительность и срок службы двигателя.Такие большие токи также могут вызвать резкое падение напряжения в сети, что опасно для других устройств, подключенных к той же линии.

Чтобы предотвратить такой высокий пусковой ток, мы используем пускатели двигателей, которые на короткое время снижают начальный ток. Как только двигатель набирает определенную скорость, нормальная подача питания возобновляется. Он также предлагает защиту от низкого напряжения и перегрузки по току.

Эти пускатели двигателей обычно используются для двигателей большой мощности. Небольшие двигатели мощностью менее 1 л.с. не требуют пускового устройства из-за их высокого импеданса.Однако им требуется защита от перегрузки по току, которая имеется в пускателе DOL.

Пускатель двигателя использует различные методы для запуска двигателя, такие как

• Техника пуска от полного напряжения или от сети ; он подключает двигатель к полному напряжению питания. используется для небольшого мотора
• Пускатель пониженного напряжения ; он снижает напряжение питания во время запуска двигателя, чтобы уменьшить пусковой ток. Устройство плавного пуска использует этот метод для запуска асинхронного двигателя.
• Многоскоростной стартер ; двигатель рассчитан на несколько предварительно выбранных скоростей, что достигается за счет конфигурации полюсов (обмоток). Постепенное увеличение скорости снижает пусковой ток.

Устройство плавного пуска — это тип пускателя двигателя, в котором используется метод понижения напряжения для снижения напряжения во время пуска двигателя.

Устройство плавного пуска предлагает постепенное увеличение напряжения во время запуска двигателя.Это позволит двигателю медленно разгоняться и плавно набирать скорость. Он предотвращает любые механические разрывы и рывки из-за внезапной подачи полного напряжения.

Крутящий момент асинхронного двигателя прямо пропорционален квадрату силы тока. и ток зависит от напряжения питания. Таким образом, напряжение питания можно использовать для управления пусковым моментом. В обычном пускателе двигателя приложение полного напряжения к двигателю создает максимальный пусковой момент, который представляет механическую опасность для двигателя.

Таким образом, мы можем сказать, что устройство плавного пуска — это устройство, которое снижает пусковой крутящий момент и постепенно увеличивает его безопасным образом, пока он не достигнет номинальной скорости. Как только двигатель достигает номинальной скорости, устройство плавного пуска возобновляет через него подачу полного напряжения.

Во время останова двигателя напряжение питания постепенно снижается для плавного торможения двигателя. Как только скорость достигает нуля, подача входного напряжения на двигатель прекращается.

Основным компонентом, используемым для регулирования напряжения в устройстве плавного пуска, является полупроводниковый переключатель, такой как тиристор (SCR).Регулировка угла открытия тиристора регулирует подаваемое через него напряжение. Также используются другие компоненты, такие как OLR (реле перегрузки), используемые для защиты от перегрузки по току.

В трехфазном асинхронном двигателе два тиристора соединены встречно-параллельно вдоль каждой фазы двигателя, что в сумме дает 6 тиристоров. Эти тиристоры управляются с помощью отдельной логической схемы, которая может быть ПИД-регулятором или микроконтроллером.Логическая схема питается от сети с помощью схемы выпрямителя, как показано на рисунке.

Помимо силовых выключателей и логической схемы используются другие компоненты защиты, такие как автоматический выключатель или предохранитель, магнитный контактор для изоляции и OLR (реле перегрузки) для предотвращения перегрузки по току.

Переключатель байпаса также используется для восстановления полного напряжения на двигателе, когда он достигает полной номинальной скорости.

Основным компонентом, используемым для управления напряжением в устройстве плавного пуска, является тиристор.Это управляемый выпрямитель, который начинает проводить ток только в одном направлении, когда подается импульс затвора, называемый импульсом запуска.

Угол запускающего импульса определяет, какая часть цикла входного напряжения должна проходить через него. Поскольку переменный ток колеблется между максимальным и минимальным пиками, образуя полный цикл на 360°, мы можем использовать угол импульса возбуждения для включения тиристора на определенное время и управления подаваемым напряжением.

Импульсы зажигания могут варьироваться от 0° до 180°.Уменьшение угла возбуждения импульса увеличивает период проводимости тиристора, тем самым пропуская через него высокое напряжение.

Два таких тиристора соединены встречно для каждой фазы. Таким образом, он может контролировать ток в обоих направлениях. Каждый полупериод, угол открытия

Три пары тиристоров, каждая пара для отдельной фазы, используются для управления напряжением для запуска и остановки двигателя. Период проводимости тиристора зависит от угла открытия, контролируемого логической схемой.

Логическая схема содержит ПИД-регулятор или простой микроконтроллер, запрограммированный на генерацию импульсов. Контроллер изолирован от сети с помощью оптоизолятора, а для питания источника постоянного тока используется выпрямитель. Импульсы, генерируемые микроконтроллером, подаются на схему запуска тиристора, которая усиливает его перед срабатыванием тиристора.

Когда двигатель запускается, контроллер генерирует импульсы для каждого отдельного SCR. Импульс генерируется на основе пересечения нуля, которое обнаруживается с помощью детектора пересечения нуля.Угол первого пускового импульса составляет приблизительно около 180° (очень низкий период проводимости), чтобы обеспечить минимальное напряжение.

Постепенно после каждого перехода через нуль угол возбуждения импульсов начинает уменьшаться, увеличивая время проводимости тиристора. Напряжение через тиристор начинает увеличиваться. Поэтому скорость двигателя постепенно увеличивается.

Как только двигатель достигает полной номинальной скорости (при угле открытия 0°), тиристоры полностью шунтируются с помощью шунтирующего контактора при нормальной работе.Это повышает эффективность устройства плавного пуска, поскольку SCR прекращает работу. Во время останова двигателя тиристоры берут на себя управление и запускают последовательное срабатывание для снижения напряжения питания.

Байпасные контакторы могут быть внутренними или внешними. Внутренние обходные контакторы встроены в силовые выключатели. Каждый SCR имеет параллельный переключатель байпаса, который подает ток в нормальных условиях. Такая конфигурация контакторов занимает мало места, а пускатели имеют компактную конструкцию.В то время как внешние шунтирующие контакторы подключаются внешне параллельно устройству плавного пуска. Такие устройства плавного пуска громоздки.

Байпасные контакторы не предназначены для отключения или подачи тока в цепь, поэтому это могут быть контакторы с низким номиналом.

Плавный пуск: В отличие от обычного пускателя двигателя, он обеспечивает очень плавный рост напряжения и скорости, что приводит к очень плавному пуску.Отсутствуют какие-либо механические воздействия или рывки, которые могут повредить мотор.

Управление ускорением и замедлением: Обеспечивает полностью регулируемое ускорение и замедление двигателя. Медленное или быстрое изменение угла зажигания может контролировать ускорение при запуске и замедление при остановке двигателя. Это используется в приложениях, где необходимо настроить ускорение запуска.

Отсутствие скачков напряжения: Поскольку обычный пускатель двигателя обеспечивает полное напряжение на двигателе, в двигатель начинает поступать огромный пусковой ток, вызывающий скачок напряжения в цепи.устройство плавного пуска ограничивает такой ток, предотвращая скачки напряжения.

Множественные пуски: В некоторых приложениях двигатель должен запускаться и останавливаться несколько раз за небольшой промежуток времени. такой двигатель при использовании с обычным стартером будет перегреваться из-за высокого пускового тока. Однако устройства плавного пуска резко увеличивают количество пусков двигателя в течение определенного времени.  

Снижение перегрева: Перегрев двигателя является очень серьезной проблемой.Это происходит из-за большого тока обмотки при ее запуске. Устройство плавного пуска обеспечивает очень малую величину пускового тока, что предотвращает перегрев двигателя.

Увеличенный срок службы: Устройство плавного пуска по сравнению с обычным пускателем увеличивает срок службы двигателя. это связано с плавной работой и отсутствием электрических и механических нагрузок на двигатель.

Меньше техобслуживания: Благодаря плавной работе асинхронный двигатель с меньшей вероятностью будет иметь какие-либо механические неисправности, поэтому он требует меньшего обслуживания по сравнению с обычным пускателем двигателя.

Эффективность: Обычный пускатель двигателя подает полное напряжение (очень высокий пусковой ток) на двигатель, который потребляет слишком много энергии. Устройство плавного пуска значительно снижает его и позволяет постепенно увеличивать потребление энергии. Также силовые выключатели управляются с использованием очень низкого уровня напряжения. Это повышает общую эффективность двигателя.  

Компактный и маленький Размер: Устройство плавного пуска имеет очень компактную конструкцию и занимает очень мало места.В отличие от других пускателей двигателей, он имеет очень малые габариты.

Низкая стоимость: по сравнению с другими пусковыми устройствами, такими как VFD, это действительно дешевле.

Нет Регулировка скорости: Устройство плавного пуска позволяет регулировать только подачу входного напряжения, т. е. от 0 В до напряжения сети с фиксированной частотой сети. Поскольку частота постоянна, скорость двигателя постоянна и регулируется только подключенной к нему нагрузкой.Скорость асинхронного двигателя регулируется путем изменения частоты питания ниже или выше частоты сети в зависимости от потребности. Такая функция доступна только в VFD (преобразователь частоты).

Тепловыделение : Полупроводниковые переключатели внутри устройства плавного пуска рассеивают часть энергии в виде тепла. Следовательно, для охлаждения силовых ключей также требуются радиаторы.

Уменьшенный пусковой крутящий момент: Поскольку он снижает входное напряжение, соответствующее входному току, который прямо пропорционален пусковому крутящему моменту асинхронного двигателя, он значительно снижает пусковой крутящий момент.Вот почему устройства плавного пуска используются для приложений с низким или средним пусковым моментом.

Устройство плавного пуска используется в промышленности и больше подходит для двигателей, работающих на постоянной скорости.

Вентиляторы: Огромные вентиляторы, используемые в промышленности, работают с постоянной скоростью. Однако они требуют защиты при запуске. Для таких вентиляторов лучшим вариантом является устройство плавного пуска.

Конвейерные ленты: Конвейерные ленты в промышленности используются для перемещения объектов и требуют особого ухода.Внезапные рывки при пуске или остановке с помощью обычного стартера могут привести к смещению ремней, повреждению ремня из-за механического воздействия и повреждению размещенных на нем предметов. Требуется плавный пуск и останов, обеспечиваемый устройством плавного пуска

Двигатели с ремнем и шкивами: Двигатель, приводящий в движение груз с помощью ремней и шкивов, не выдерживает внезапных рывков. Он носит ремень, который соединяет его с грузом. Устройство плавного пуска обеспечивает плавный пуск для таких двигателей.

Водяной или жидкостный насос: Любой тип насоса, соединенного с двигателем, требует плавного пуска и остановки из-за внезапного повышения давления внутри труб. Обычный стартер может создать достаточное давление при запуске, чтобы разорвать линию. Устройства плавного пуска предлагают постепенное увеличение давления в таких жидкостных насосах. Однако во время нормальной работы управление скоростью насоса не осуществляется. ЧРП — лучший выбор для переменной скорости насоса.

Похожие сообщения:

Все о устройствах плавного пуска двигателей

Как вы можете защитить и усовершенствовать свои электродвигатели?

Двигатели переменного и постоянного тока — бесценные машины, создающие движение с помощью электричества, но они склонны к поломке при неправильном использовании.Эта частота отказов увеличивается, если двигатель изначально потребляет большой ток, который может повредить как его катушки, так и его проводку. Пускатели двигателей с плавным пуском являются полезным инструментом для предотвращения таких повреждений, а также для повышения эффективности системы двигателя за счет регулирования этого броска тока. Эти устройства необходимы для некоторых основных приложений, поэтому эта статья поможет читателям понять, что такое устройства плавного пуска, как они работают и как используются в реальных системах.

Что такое устройства плавного пуска?

Устройства плавного пуска — это электрические устройства, подключаемые между источником питания и двигателем и регулирующие величину тока, подаваемого на двигатель.Устройства плавного пуска используются с любым двигателем, который изначально потребляет избыточный ток, также известный как имеющий большой «пусковой ток». Название «мягкий пуск» обычно относится к электронным твердотельным накопителям, что просто означает привод, в котором используются полупроводники. Чтобы узнать о других типах стартеров, не стесняйтесь читать нашу статью о стартерах двигателей.

Как объясняется в нашей статье об асинхронных двигателях, типичные двигатели переменного тока изначально потребляют от двух до семи раз больше своего номинального тока, поскольку требуется много энергии, чтобы разогнать эти машины до полной скорости из состояния покоя.Этот всплеск мощности может в лучшем случае добавить в систему нежелательные рывки, а в худшем — повредить катушки двигателя и его проводку. Чтобы этого не произошло, устройство плавного пуска предотвратит такой бросок и заведет двигатель «мягко»; другими словами, они снижают начальный ток, чтобы двигатель разогнался до полной скорости без избыточного тока. Они похожи на частотно-регулируемые приводы (ЧРП), но могут изменять только ток, а не скорость (подробнее о ЧРП читайте в нашей статье о контроллерах двигателей переменного тока). Хотя устройства плавного пуска не могут изменить скорость двигателя, они повышают как эффективность, так и безопасность при использовании.Устройства плавного пуска популярны в системах с высокой инерцией, которые необходимо постепенно доводить до полной скорости.

Как работают устройства плавного пуска?

Достижения в технологиях на основе кремния позволили электрическим полупроводниковым устройствам плавного пуска произвести большой фурор на рынке. Для уменьшения броска тока и выхода на полную скорость в полупроводниковых устройствах плавного пуска обычно используются компоненты, известные как тиристоры или кремниевые выпрямители (см. рис. 1 ниже):

Рис. 1: Типовое обозначение схемы для тиристоров/тиристоров.

Эти компоненты снижают поступающее на двигатель напряжение и позволяют операторам поддерживать постоянное напряжение до тех пор, пока не будет достигнута полная скорость. Они обычно используются в виде трех пар (или TRIACS) для учета каждой фазы двигателя, поскольку трехфазные двигатели обычно требуют плавного пуска (см. рис. 2 ниже):

Рис. 2. Типичное полупроводниковое устройство плавного пуска, в котором используются три пары тиристоров (TRIAC) для снижения напряжения на двигателе. Обратите внимание на контакты над двигателем, которые изначально разъединены.

Изображение предоставлено: https://www.ee.co.za/article/choosing-variable-frequency-drive-soft-starter-needs.html

При запуске каждая фаза проходит через каждый TRIAC, прежде чем попасть на двигатель. Тиристоры уменьшат напряжение (и, следовательно, ток) и позволят ослабленному сигналу пройти к двигателю. Ток контролируется до тех пор, пока двигатель не достигнет полной скорости, после чего тиристоры шунтируются путем прямого подключения двигателя к источнику питания через контакты (также известное как питание двигателя «через линию»).

Кривые крутящий момент-скорость и текущая скорость для линейных двигателей по сравнению с двигателями с плавным пуском можно увидеть ниже на рисунках 3 и 4, и они помогают визуализировать эффект использования этих машин на выходе:

Рис. 3 и 4: Сравнение кривых крутящий момент-скорость/ток-скорость для двигателей с питанием от полного напряжения и устройств плавного пуска. Зеленая часть на кривой текущей скорости показывает, где обе текущие кривые перекрываются.

Из этих графиков видно, что устройства плавного пуска не только выравнивают ток при запуске, но и контролируют крутящий момент двигателя.Устройства плавного пуска обеспечивают надежный и постоянный крутящий момент на номинальных скоростях, и, хотя они не обеспечивают такой хороший пусковой момент, как обычные двигатели, они снижают колебания и обеспечивают стабильную и более безопасную мощность.

Технические характеристики устройства плавного пуска

В этом разделе подробно описаны некоторые общие характеристики, на которые следует обратить внимание при выборе устройства плавного пуска для вашего приложения. Обратите внимание, что в этом списке представлены только наиболее распространенные характеристики для всех устройств плавного пуска, но существуют и другие характеристики, основанные на конкретных моделях и функциях.

Тип нагрузки

чаще всего используются в сочетании с трехфазными двигателями, так как эти двигатели переменного тока имеют высокие пусковые токи и крутящие моменты. Важно знать, какая нагрузка (двигатель и его применение) будет использоваться с точки зрения силы тока (ампер) и мощности (кВт или л.с.), так как выбранное устройство плавного пуска должно иметь совместимую конструкцию.

Номинальное рабочее напряжение

Каков диапазон напряжения для устройства плавного пуска и насколько напряжение может отклоняться от этого диапазона? Например, устройство плавного пуска может иметь рабочий диапазон 230/400 В с допустимым отклонением ±10 %.Знание этих значений не только поможет предотвратить недостаточную или чрезмерную мощность двигателя, но также повлияет на то, как питается сам стартер.

Элементы безопасности

Большинство устройств плавного пуска оснащены механизмами байпаса, которые закорачивают цепь пускателя до полного напряжения на заданных скоростях. При длительном использовании важно иметь функции безопасности, которые предотвратят повреждение цепи при коротком замыкании, такие как реле защиты от тепловой перегрузки для перегрузки по току и перенапряжению. Также знание максимального дисбаланса между фазами поможет сохранить систему в пределах рабочих параметров.Наконец, наличие какого-либо журнала данных для записи записей о неисправностях также может помочь в устранении неполадок во время обслуживания.

Монтаж, корпус и размеры

Способ монтажа устройств плавного пуска важен, так как их способность к охлаждению зависит от их ориентации. Большинство устройств плавного пуска поставляются с рекомендациями относительно того, как и где следует устанавливать устройство пуска (например, вертикально и на плоской поверхности), а также с максимальным вертикальным уклоном для предотвращения накопления тепла. Размеры также важны, так как должно быть достаточно места для устройства плавного пуска, а также достаточно места для его охлаждения.

Применение и критерии выбора

лучше всего использовать в приложениях, требующих медленного запуска, но мощного двигателя. Они обычно используются в таких приложениях, как строительные воздушные фильтры, где двигатель должен приводить в действие большой вентилятор. Если бы в этом случае устройство плавного пуска не использовалось, вентилятор запускался бы на высоких скоростях и снижал бы эффективность фильтрации, а также потенциально мог повредить двигатель из-за работы с высокой инерционной нагрузкой. Точно так же устройства плавного пуска находят применение в системах водоснабжения, где вода должна медленно перекачиваться, чтобы предотвратить повышение давления.Наконец, конвейерные системы выигрывают от устройств плавного пуска, поскольку они должны разгонять предметы из состояния покоя без рывков, иначе есть риск падения предметов с ленты. Устройства плавного пуска также являются популярной модернизацией старых пускателей с пониженным напряжением, поскольку они более управляемы, программируемы и эффективны.

обеспечивают плавное бесступенчатое ускорение потребляющих ток двигателей, которые в противном случае могут вызвать перегрузку их энергосистем. Используйте приведенные выше спецификации и поговорите со своим поставщиком, чтобы получить наилучшие шансы найти подходящее устройство плавного пуска для работы.Эти машины, хотя и более дорогие, чем другие стартеры, значительно улучшат эффективность и безопасность любой системы, в которой они развернуты. Устройства плавного пуска дают операторам больший контроль, снижают риск повреждения и повышают эффективность, поэтому их первоначальная стоимость окупится в течение периода эксплуатации. Любые приложения с высокой инерционной нагрузкой и большим пусковым током должны серьезно рассмотреть возможность использования устройства плавного пуска, иначе они рискуют непреднамеренными движениями, сбоями и ненужными задержками.

Резюме

В этой статье представлено понимание того, что такое устройства плавного пуска и как они работают. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть сведения о конкретных продуктах.

Источники:

1. https://www.motioncontroltips.com/when-do-you-need-a-soft-starter-for-an-ac-motor/
2. http://docs.elmarkholding.eu/LOW%20VOLTAGE%20POWER%20DISTRIBUTION/Motor%20Control%20and%20Protection/Starters/Soft%20Starters/Technical%20specification-%20Soft%20starter%20ELM%202500.пдф
3. https://realpars.com/soft-starter/
4. http://ucc.colorado.edu/siemens
5. https://literature.rockwellautomation.com
6. https://www.ee.co.za/article/choosing-variable-frequency-drive-soft-starter-needs.html

Другие товары для двигателей

Больше из Машины, инструменты и расходные материалы

— принцип работы и работа

Устройства плавного пуска  – это пусковые устройства, используемые для разгона, торможения и защиты трехфазных асинхронных электродвигателей посредством подачи управляющего напряжения на трехфазный двигатель.

Асинхронный двигатель  является наиболее часто используемым двигателем как в промышленности, так и в быту. в основном промышленные двигатели — это однофазный или трехфазный асинхронный двигатель зависит от подаваемого на него питания. Двигатель переменного тока стал наиболее популярным из-за его простой и прочной конструкции, низких эксплуатационных расходов и подходит для любых условий работы.

В этой статье мы собираемся обсудить устройство плавного пуска для трехфазного асинхронного двигателя, схема устройства плавного пуска, работа устройства плавного пуска, применение, преимущества, блок, мощность, схема управления, принцип работы, использование.

Устройство плавного пуска  – это еще одна форма пускателя пониженного напряжения, используемая для запуска трехфазного асинхронного двигателя.Устройство плавного пуска также называют твердотельным контроллером.

Устройство плавного пуска не изменяет частоту, как ЧРП. Вместо этого он увеличивает уровень напряжения, подаваемого на двигатель, от начального значения до полного напряжения.

В этом основное отличие устройства плавного пуска от ЧРП (преобразователь частоты).

Первоначально приложенное напряжение низкое, что необходимо только для преодоления зубчатых колес или растяжения приводных ремней и т. д., чтобы избежать внезапных рывков во время запуска.Постепенно напряжение увеличивается, крутящий момент также увеличивается, и двигатель начинает разгоняться.

Преимущества устройства плавного пуска  методы пуска заключаются в возможности регулировки крутящего момента в соответствии с конкретной потребностью.

Благодаря использованию устройства плавного пуска пусковой ток уменьшен, это помогает защитить двигатель от высокого пускового тока, а также предотвращает сильное падение напряжения в сети. Устройство плавного пуска  также обеспечивает плавный останов в качестве пуска. Следовательно, он может подходить там, где требуется плавная остановка, например, конвейерная лента, водяные насосы .

Основными преимуществами использования устройства плавного пуска являются: снижается пусковой ток, что позволяет избежать падения напряжения в сети. Крутящий момент уменьшается, что снижает механические нагрузки на оборудование и приводит к уменьшению потребности в обслуживании и техническом обслуживании, а также к увеличению срока службы оборудования.

Блок-схема устройства плавного пуска

:

    * Только для иллюстрации