Софт стартеры для электродвигателей принцип действия

Обновлено: 03.07.2024

Данный раздел посвящен теоретическим основам частотного регулирования и принципам работы устройства плавного пуска.

Принцип работы преобразователя частоты

Частотный преобразователь - устройство, позволяющее осуществлять регулирование скорости вращения электродвигателей посредством изменения частоты электрического тока.

Для понимания процесса частотного регулирования для начала необходимо вспомнить из курса электротехники принцип работы асинхронного электродвигателя.

Вращение вала электродвигателя происходит за счет магнитного поля создаваемого обмотками статора. Синхронная частота вращения магнитного поля зависит от частоты напряжения питающей сети f и выражается следующей зависимостью:

где p – число пар полюсов магнитного поля.

Под действием нагрузки частота вращения ротора электродвигателя несколько отличается от частоты вращения магнитного моля статора вследствие скольжения s:

Следовательно частота вращения ротора электродвигателя представляет собой зависимость от частоты напряжения питающей сети:

Таким образом требуемую частоту вращения вала электродвигателя n p можно получить путем изменения частоты напряжения сети f. Скольжение при изменении частоты вращения не увеличивается, а соответственно потери мощности в процессе регулирования незначительны.

Для эффективной работы электропривода и обеспечения максимальных значений основных характеристик электродвигателя требуется вместе с частотой изменять и питающее напряжение.

Функция изменения напряжения в свою очередь зависит от характера момента нагрузки. При постоянном моменте нагрузки M c = const напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте:

Для случаев вентиляторного режима:

При моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости:

Таким образом, плавное регулирование частоты обеспечивается одновременным регулированием частоты и напряжения на статоре асинхронного двигателя.

Рис 1. Схема частотного преобразователя

На рис. 1. представлена типовая блок-схема низковольтного преобразователя частоты. В нижней части рисунка для каждого блока наглядно изображены графики входных и выходных напряжений и токов.

Сначала напряжение сети (U_BX) поступает на вход выпрямителя (1). Далее для сглаживание выпрямленного напряжения (U_ВЫПР) применяется конденсаторный фильтр (2). Затем уже постоянное напряжение (U_d) подается на вход инвертора (3), где происходит преобразование тока из постоянного обратно в переменный, формируя тем самым выходной сигнал с необходимыми значениями напряжения и частоты. Для получение сигнала синусоидальной формы применяются сглаживающий фильтр (4)

Для более наглядного понимания принципа работы инвертора рассмотрим принципиальную схему частотного преобразователя на рис. 2

Рис. 2 – принципиальная схема низковольтного преобразователя частоты

В основном в инверторах применяется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Принцип данного метода заключается в попеременном включении и выключении ключей генератора, формируя импульсы различной длительности (рис. 3). Синусоидальный сигнал получается за счет индуктивности двигателя или применения дополнительного сглаживающего фильтра.

Рис. 3. Выходной сигнал преобразователя частоты

Таким образом, управляя процессом включения-выключения инверторных ключей, мы можем формировать выходной сигнал нужной частоты, а следовательно управлять технологическими параметрами механизма путем изменения частоты вращения привода.

Теория и принцип работы устройства плавного пуска

В связи с особенностями переходных процессов происходящих во время пуска электродвигателя токи обмоток достигают 6-8 кратной величины номинального тока электродвигателя, а вращающий момент на его валу достигает 150-200% от номинального значения. Как следствие это увеличивает риск поломки механической части двигателя, а также приводит к падению напряжения питающей сети.

Для решение данных проблем на практике применяется устройства плавного пуска электродвигателей, обеспечивающие постепенное увеличение токовой нагрузки.

Помимо снижения токовых нагрузок мягкие пускатели позволяют: .

Снизить нагрев обмоток двигателя;
Снизить просадки напряжения во время пуска;
Обеспечить торможение и последующий запуск двигателя в установленный момент времени;
Снизить гидроудары в напорных трубопроводах при работе в составе привода насоса;
Снизить электромагнитные помехи;
Обеспечить комплексную защиту электродвигателя при пропадании фазы, перенапряжении, заклинивании и пр;
Повысить надежность и долговечность системы в целом.

Принцип работы УПП

Типовая схема устройства плавного пуска представлена на рис. 1

Рис. 1. Типовая схема устройства плавного пуска

Изменением угла открытия тиристоров осуществляется регулирования выходного напряжения УПП. Чем больше угол открытия тиристора - тем больше величина выходного напряжения, питающего электродвигатель.

Рис. 2. Формирование выходного напряжения УПП

Принимая во внимание то что величина крутящего момента асинхронного электродвигателя пропорциональна квадрату напряжения, то снижение напряжения снижает величину вращающего момента вала двигателя. При помощи такого метода пусковые токи электродвигателя снижаются до величины 2. 4 I_НОМ, при этом время разгона несколько увеличивается. Наглядное изменение механической характеристики асинхронного электродвигателя при понижении напряжении показано на рис. 3

Рис 3. Механические характеристика двигателя

Снижение токовой нагрузки в процессе мягкого пуска электродвигателя наглядно показаны на рис. 4.

Рис. 4. Диаграмма плавного пуска асинхронного электродвигателя показана

На рис. 1. продемонстрирована типовая схема устройства плавного пуска однако стоит отметить, что реальная схема мягкого пускателя будет завесить в первую очередь от условий его эксплуатации. Например, для бытового бытовой инструмента и электродвигателя привода промышленной дробилки требуются различные устройства плавного пуска. Важнейшими параметрами, определяющими режимы работы устройств плавного пуска, являются время пуска и максимальное превышение по току.

В зависимости от этих параметров выделяют следующие режимы работы устройств плавного пуска:

Нормальный: пуск 10-20 секунд, ток при пуске не более 3,5 I_ном.
Тяжелый: пуск порядка 30 секунд, тока при пуске не превышает 4,5 I_ном
Сверхтяжелый: время разгона не ограничено, системы с большое инерцией, пусковой ток в диапазоне 5,5…8 I_ном

Устройства плавного пуска можно разделить на следующие основные группы:

1. Регуляторы пускового момента
Данный тип устройств осуществляет контроль только одной фазы трехфазного двигателя. Контроль одной фазой дает возможность снижать пускового момент электродвигателя двигателя, но при этом снижение пускового тока происходит незначительное. Устройства данного типа не могут применяться для уменьшения токовых нагрузок в период пуска, а также для пуска высокоинерционных нагрузок. Однако они нашли применение в системах с однофазными асинхронными электродвигателями.

2. Регуляторы напряжения без обратной связи
Данный тип устройств работает по следующему принципу: пользователь задает величину начального напряжения и время его нарастания до номинальной величины и наоборот. Регуляторы напряжения без обратной связи могут осуществлять контроль как двух так и трех фаз электродвигателя. Такие регуляторы обеспечивают снижение пускового тока снижением напряжения в процессе пуска.

3. Регуляторы напряжения с обратной связью
Данный тип УПП представляет собой более совершенную модель описанного выше устройств. Наличие обратной связи по позволяет управлять процессом увеличения напряжения добиваясь оптимального режима пуска электродвигателя. Данные о токовой нагрузке позволяет также организовать комплексную защиту электродвигателя от перегрузки, перекоса фаз и т.п.

4. Регуляторы тока с обратной связью
Регуляторы тока с обратной связью представляют собой наиболее совершенные устройства плавного пуска. Принцип работы основан на прямом регулировании тока а не напряжения. Это позволяет добиться наиболее точное управление пуском электродвигателя, а также облегчает настройку и программирование УПП.

Выбор софт-стартера делается при проектировании или модернизации электропривода. При этом учитываются требования к оборудованию, характеристики электросети и другие условия. Главными критериями являются:

Ток, напряжение и мощность электрической машины. Необходимо чтобы максимально возможный ток при пуске не превышал предельную величину тока УПП. Напряжение и мощность устройства должны соответствовать характеристикам двигателя.
Количество стартов и остановок. Этот параметр указан в технической документации УПП, он должен отвечать условиям работы электропривода.
Величина пускового момента. Интервал настраиваемых значений должен включать необходимую величину допустимого момента при запуске оборудования.
Электромагнитная совместимость. Все электрооборудование привода должно иметь одинаковый класс ЭМС.
Допустимое время разгона и торможение двигателя.

При выборе также принимаются во внимание наличие функций динамического торможения, защиты от ненормальных режимов работы, поддерживаемые интерфейсы связи.

Откуда ноги растут или проблемы прямого пуска

Простота конструкции, низкая стоимость и высокая надёжность асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором* сделали его самым распространенным преобразователем электрической энергии в механическую.

Наряду с очевидными преимуществами, асинхронные электрические машины имеют ряд недостатков, самым существенным из которых является большой пусковой ток при прямом пуске (непосредственном подключении двигателя к питающей сети при помощи обычного пускателя).

Причины высокого пускового тока кроются в физических принципах работы асинхронного двигателя, но это тема совсем другой статьи, отметим только, что кратность пускового тока может достигать 5…7 от номинального рабочего тока, что интересно, высокий пусковой ток отнюдь не значит высокий пусковой момент двигателя.

*А вы знали, что конструкцию асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором разработал известный русский электротехник польско-русского происхождения Михаи́л О́сипович Доли́во-Доброво́льский и получил патент на нее 1889 году. Конструкция получилась настолько совершенной, что принципиально не изменилась по сей день!

Подключение софт-стартера

Софт-стартер поддерживает протоколы связи PROFIBUS, DeviceNet, Modbus RTU, Profinet, Modbus TCP, Ethernet IP. Возможно подключение панели дистанционного управления. УПП MCD 201 используется с внешними аппаратами защиты электродвигателя.

Клеммная панель содержит следующие входы и выходы:

Подключение цепей управления

Запуск и остановка электродвигателя реализуется двух- или трехпроводными схемами.

Старт привода производится нажатием кнопки. Остановка электрической машины осуществляется повторным нажатием.

При выборе трехпроводной схемы, плавный пуск и торможение двигателя осуществляется нажатием кнопок “старт” и “стоп”.

УПП этой модели позволяет настраивать пусковое напряжение в диапазоне от 30% до 75% от номинального значения электросети. По умолчанию выставлено 50% . Длительность нарастания и снижения напряжения регулируется в интервале от 2-х до 20 секунд. Эта величина определяет время разгона и остановки электрической машины.

Все электрические соединения выполняются кабелями с медными жилами, рекомендованных производителями марок и сечения. Настойки привода и программирование УПП проводятся в соответствии с алгоритмом, указанным производителем. Перед пробным пуском для проверки работоспособности привода необходимо проверить схему подключения и корректность настроек.

Александр Ситников ( Кировская обл.)

Рассматриваемая в статье схема позволяет осуществить безударный пуск и торможение электродвигателя, увеличить срок службы оборудования и снизить нагрузку на электросеть. Плавный пуск достигается путём регулирования напряжения на обмотках двигателя силовыми тиристорами.

Устройства плавного пуска ( УПП) широко применяются в различных электроприводах. Структурная схема разработанного УПП приведена на рисунке 1, а диаграмма работы УПП – на рисунке 2. Основой УПП являются три пары встречно-параллельных тиристоров VS1 – VS6, включенных в разрыв каждой из фаз. Плавный пуск осуществляется за счёт постепенного

Читать также: Регулятор скорости без потери мощности

увеличения прикладываемого к обмоткам электродвигателя сетевого напряжения от некоторого начального значения Uначдо номинального Uном. Это достигается путём постепенного увеличения угла проводимости тиристоров VS1 – VS6 от минимального значения до максимального в течение времени Тпуск, называемого временем пуска.

Обычно значение Uначсоставляет 30…60% от Uном, поэтому пусковой момент электродвигателя существенно меньше, чем в случае подключения электродвигателя на полное напряжение сети. При этом происходит постепенное натяжение приводных ремней и плавное зацепление зубчатых колес редуктора. Это благоприятно сказывается на снижении динамических нагрузок электропривода и, как следствие, способствует продлению срока службы механизмов и увеличению интервала между ремонтами.

Применение УПП также позволяет снизить нагрузку на электросеть, поскольку в этом случае пусковой ток электродвигателя составляет 2 – 4 номинала тока двигателя, а не 5 – 7 номиналов, как при непосредственном пуске. Это важно при питании электроустановок от источников энергии ограниченной мощности, например, дизель-генераторных установок, источников бесперебойного питания и трансформаторных подстанций малой мощности

( особенно в сельской местности). После завершения пуска тиристоры шунтируются байпасом ( обходным контактором) К, благодаря чему в течение времени Траб на тиристорах не рассеивается мощность, а значит, экономится электроэнергия.

При торможении двигателя процессы происходят в обратном порядке: после отключения контактора К угол проводимости тиристоров максимален, напряжение на обмотках электродвигателя равно сетевому за вычетом падения напряжения на тиристорах. Затем угол проводимости тиристоров в течение времени Тторм уменьшается до минимального значения, которому соответствует напряжение отсечки Uотс, после чего угол проводимости тиристоров становится равным нулю и напряжение на обмотки не подается. На рисунке 3 приведены диаграммы тока одной из фаз двигателя при постепенном увеличении угла проводимости тиристоров.

В качестве силовых тиристоров VS1 – VS6 применены недорогие приборы типа 40TPS12 в корпусе ТО-247 с прямым током Iпр= 35 А. Допустимый ток через фазу составляет Iдоп= 2Iпр= 70 А. Будем считать, что максимальный пусковой ток составляет 4Iном, откуда следует, что Iном ( по причине подключения двигателя большей мощности или слишком малого времени пуска), процесс пуска будет остановлен, поскольку сработает автоматический выключатель QF1 со специально подобранной характеристикой.

Параллельно тиристорам подключены демпфирующие RC-цепочки R48, C20, C21, R50, C22, C23, R52, C24, C25, предотвращающие ложное включение тиристоров, а также варисторы R49, R51 и R53, поглощающие импульсы перенапряжения свыше 700 В. Обходные реле К1, К2, К3 типа TR91-12VDC-SC-C с номинальным током 40 А шунтируют силовые тиристоры после завершения пуска.

Питание системы управления осуществляется от трансформаторного блока питания, запитанного от межфазного напряжения Uав. В блок питания входят понижающие трансформаторы TV1, TV2, диодный мост VD1, токоограничивающий резистор R1, сглаживающие конденсаторы С1, С3, С5, помехоподавляющие конденсаторы С2, С4, С6 и линейные стабилизаторы DA1 и DA2, обеспечивающие напряжение 12 и 5 В соответственно.

С помощью потенциометров R2, R3, R4 задаются параметры, соответствующие диаграмме работы УПП, приведённой на рисунке 2; соответственно R2 – Tпуск, R3 – Тторм, R4 – Uначи Uотс. Напряжения уставок с движков R2, R3, R4 поступают на входы RA2, RA1, RA0 микросхемы DD1 и преобразуются с помощью АЦП. Время пуска и торможения регулируется в пределах от 3 до 15 с, а начальное напряжение – от нуля до напряжения, соответствующего углу проводимости тиристора в 60 электрических градусов. Конденсаторы С8 – С10 – помехоподавляющие.

Читать также: Как быстро убрать синяк с глаза

Силовые тиристоры защищены от перегрева термостатом B1009N с нормально-замкнутыми контактами, размещёнными на теплоотводе. При достижении температуры 80°С контакты термостата размыкаются, и на вход RC3 микроконтроллера поступает уровень лог. 1, свидетельствующий о перегреве.

Светодиоды HL1, HL2, HL3 служат индикаторами следующих состояний:

Включение обходных реле К1, К2, К3 производится путём подачи микроконтроллером лог. 1 на базу транзистора VT4.

Программирование микроконтроллера – внутрисхемное, для чего используется разъём XS3, диод VD2 и микропереключатель Дж1. Элементы ZQ1, C11, C12 образуют цепь запуска тактового генератора, R5 и С7 – цепь сброса по питанию, С13 осуществляет фильтрацию помех по шинам питания микроконтроллера.

Практика показала, что про устройства плавного пуска мы всё чаще вспоминаем только тогда, когда видим вышедший из строя редуктор приводного механизма, когда приходится менять преждевременно изношенные и никуда уже не годные приводные ремни, когда завариваем порывы труб, когда просадка питающего напряжения при включении того или иного агрегата выбивает все защиты и приводит не только вас, но и ваших соседей в ярость.

Перечень таких неприятных моментов можно продолжать сколько угодно долго, но и вышеприведенных фактов должно быть достаточно для того, чтобы задуматься: по какой причине все это происходит?

Своевременно приобретенный и подключенный софтстартер позволит избежать лишних затрат и мало когда уместной головной боли.

Устройство плавного пуска – это механическое, электротехническое или электромеханическое оборудование, необходимое для осуществления плавного пуска/останова электродвигателей с небольшим моментом страгивания рабочей машины.

Классификация устройств плавного пуска

Сегодня плавный пуск оборудования осуществляется с помощью трех типов устройств:

УПП с одной управляемой фазой (адаптированы для маломощных двигателей)
УПП с двумя управляемыми фазами (третья фаза подключается к сети напрямую)
УПП со всеми управляемыми фазами

Важно учесть, что временной момент запирания при переходе через нулевое значение тока тиристора, через который происходит питание обмотки разгоняемого привода, всегда запаздывает относительно момента перехода синусоиды фазы напряжения через нулевой показатель по причине индуктивной составляющей. Готовые к использованию плавные пускатели уже предусматривают наличие симисторов, включаемых в одну, две или все три фазы. Когда обмотка соединена по принципу треугольника, имеется возможность включения симисторов не в фазу питания, а в разрыв обмотки. При этом токовое значение через симистор уменьшается в 1,73 раза, что, в конечном итоге, позволяет пользователю выбрать менее мощный и более доступный по цене софтстартер. Но такая ситуация удваивает число используемых кабелей.

Читать также: Режем пенопласт нихромовой проволокой

Сравнительные технические параметры одно-, двух- и трёхфазного регулирования приведены ниже в таблице:

Однофазное регулирование. Нерегулируемые фазы в цикле разгона привода пропускают ток, соответствующий скольжению и моменту в конкретный временной отрезок. Так как по причине плавности пускового цикла время разгона становится больше, тепловой режим нерегулируемой обмотки может оказаться куда хуже, чем в условиях прямого пуска. Кроме того, важно учесть, что однофазные устройства плавного пуска не имеют возможности аварийного останова трёхфазного электродвигатель. Самое большое, что можно ожидать от софтстартера – это подача аварийного сигнала. Другими словами, такая схема будет актуальна только при необходимости смягчения пусковых токов в механической нагрузке в диапазоне до 11кВт и плавное торможение/длительный пуск/ограничение пускового тока не требуются.

Однофазное устройство плавного пуска ориентировано, прежде всего, на электродвигатели компрессоров в бытовых кондиционерах. Но также такое оборудование может быть успешно использовано для выполнения безопасного пуска однофазных нагрузок другого характера, при которых также будет обеспечено уменьшение ударных пусковых нагрузок и минимизация кратковременных перегрузок питающей сети. Но по причине удешевления тиристоров однофазные софтстартеры снимаются с производства. На их место приходят двухфазные.

Двухфазное регулирование. Двухфазные устройства плавного пуска адаптированы для электродвигателей мощностью не выше 250кВт. Они используются только тогда, когда узким местом при запуске является не ограничение тока до уровня гарантированной величины, а смягчение механической ударной нагрузки. Большинство моделей предусматривают наличие внутренних байпасных контакторов, что существенно снижает затраты на запуск одного или нескольких параллельно подключенных электродвигателей.

Трёхфазное регулирование. Этот тип регулирования рассматривается как наиболее оптимальное и технически совершенное решение. Трехфазные УПП позволяют получить симметричное по фазам ограничение тока и силы магнитного поля. Именно поэтому, относительно двухфазных плавных пускателей, в условиях того же крутящего момента силы в момент разгона электродвигателя, токовый режим предельно благоприятен и для привода, и для сети. Применение таких устройств плавного пуска универсально.

Общие сведения

Статор электродвигателя представляет собой катушку индуктивности, следовательно, существуют сопротивления с активной и реактивной составляющей.

При протекании электрического тока через радиоэлементы, имеющие сопротивление с активной составляющей, происходят потери, связанные с преобразованием части мощности в тепловой вид энергии. Например, резистор и обмотки статора электродвигателя обладают сопротивлением с активной составляющей. Вычислить активное сопротивление не составляет труда, так как происходит совпадение фаз тока (I) и напряжения (U). Используя закон Ома для участка цепи, можно рассчитать активное сопротивление: R = U/I. Оно зависит от материала, площади поперечного сечения, длины и его температуры.

Если ток проходит через реактивный тип элементов (с емкостными и индуктивными характеристиками), то, в этом случае, появляется реактивное R. Катушка индуктивности, не имеющая практически активного сопротивления (при расчетах не учитывается R ее обмоток). Этот вид R создается благодаря Электродвижущей силе (ЭДС) самоиндукции, которая прямо пропорционально зависит от индуктивности и частоты I, проходящего через ее витки: Xl = wL, где w — угловая частота переменного тока (w = 2*Пи*f, причем f — частота тока сети) и L — индуктивность (L = n * n / Rm, n — число витков и Rm — магнитное сопротивление).

При включении электродвигателя пусковой ток в 7 раз больше номинального (ток, потребляемый при работе инструмента) и происходит нагрев обмоток статора. Если статорная катушка является старой, то может произойти межвитковое КЗ, которое повлечет выход электроинструмента из строя. Для этого нужно применить устройство плавного пуска электроинструмента.

Читать также: Марки шуруповертов аккумуляторных список

Одним из методов снижения пускового тока (Iп) является переключение обмоток. Для его осуществления необходимы 2 типа реле (времени и нагрузки) и наличие трех контакторов.

Еще одним способом снижения пускового тока является частотное регулирование запуска электродвигателя. Принципом такого подхода является частотное изменение питающего U. Основной элемент этого вида устройств плавного пуска является частотный преобразователь, состоящий из следующих элементов:

Выпрямитель.
Промежуточная цепь.
Инвертор.
Электронная схема управления.

Выпрямитель изготавливается из мощных диодов или тиристоров, выполняющий роль преобразователя U питания сети в постоянный пульсирующий ток. Промежуточная цепь сглаживает пульсирующий постоянный ток на выходе выпрямителя, которая собирается на конденсаторах большой емкости. Инвертор необходим для непосредственного преобразования сигнала на выходе промежуточной цепи в сигнал амплитуды и частоты переменной составляющей. Электронная схема управления нужна для генерации сигналов, необходимых для управления выпрямителем, инвертором.

Принцип действия устройства плавного пуска

Принцип действия устройства плавного пуска базируется на том, что развиваемый двигателем механический момент находится в пропорции к квадрату приложенного к нему напряжения. Повышая опорное напряжение (начальный пониженный уровень) до максимального значения, появляется возможность выполнить плавный запуск и разгон электрического двигателя до номинальных оборотов.

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.

Интерфейс устройства

Рис3. Интерфейс устройства плавного пуска

Рис. Б. прикладной модуль AS-интерфейса

Рис 4. Устройство плавного пуска электродвигателя — схема фидерной комбинации с AS-интерфейсом

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.

Подключение устройства плавного пуска

Более подробно о том, как подключить устройство плавного пуска, расскажут менеджеры нашей компании.

Асинхронный электродвигатель отличается большими значениями пусковых токов. Скачок тока двигателя сопровождается скачком крутящего момента, вызывая неблагоприятные механические условия, которые могут привести к повреждению как самого двигателя, так и приводимого устройства (например, гидроудар в насосном оборудовании). Пусковые токи также приводят к просадкам напряжения в электросети и перегрузкам проводки. Применение устройства плавного пуска (УПП, софтстартера) дает возможность снизить скачки тока и крутящего момента. Это делается путем плавного увеличения напряжения во время запуска двигателя. Таким образом, он продлевает срок службы устройств, сводит к минимуму простои и повышает стабильность сети. УПП регулирует сетевое напряжение от пониженного уровня до максимального, что позволяет асинхронным двигателям запускаться плавно, поскольку их пусковой ток ограничен.

Выбор софтстартера

Выберите УПП в соответствии с номинальным током двигателя и пусковой мощностью. Номинальный ток софтстартера должен быть равен или превышать номинальный ток двигателя. Для стандартного применения можно выбрать УПП в соответствии с номинальной мощностью двигателя. Для приводов с высоким пусковым моментом или высокой инерцией требуется более тщательный выбор. Для машин с тяжелым запуском следует выбирать устройство в соответствии с его перегрузочной способностью.

Параллельное подключение нескольких двигателей к одному софтстартеру

Выберите устройство плавного пуска в соответствии с суммой номинальных токов всех двигателей.

Провода, контакторы, сетевые фильтры

Используемые кабели должны соответствовать действующим нормам на месте установки. Для частых запусков и высоких пусковых токов используемые кабели и контакторы должны быть соответствующего размера. Предел нагрузки контакторов должен быть указан в документации.

Момент инерции двигателя и нагрузки

Такие устройства, как центрифуги, некоторые типы (осевых) вентиляторов имеют большой момент инерции. Двигатель, приводящий в движение такой агрегат, будет медленно разгоняться. При этом запуск может сопровождаться значительным пусковым током. Это следует учитывать при выборе устройства плавного пуска.

Время пуска и пусковой ток

Для запуска машины требуются крутящий момент и время. Крутящий момент привода связан с током, который должен подаваться на двигатель при запуске устройства. Разным устройствам для запуска требуется разный ток и разное время.

При пуске двигателю привода насоса потребуется в 3 раза больший номинальный ток. Двигатель той же мощности, приводящий в движение дробилку, потребует в 4–5 раз больше номинального тока. Время загрузки для обоих устройств будет разным. Насос завершит запуск до 10 секунд, а дробилка - только через полминуты. Несмотря на одинаковую мощность двигателя, для каждой машины придется использовать разные устройства плавного пуска.

Цикл нагрузки

Каждому устройству плавного пуска дается номинальный рабочий цикл, который включает: допустимое количество пусков в час, допустимый пусковой ток и его продолжительность. Эти параметры нельзя превышать во время работы

Рабочие условия

Каждое устройство может работать в определенных условиях окружающей среды. При выборе устройства плавного пуска следует обратить внимание на все: от рабочей температуры, влажности, запыленности и т.д. Если поблизости установлены другие электрические устройства, выделяющие тепло, условия охлаждения устройства плавного пуска могут ухудшиться. В этом случае, например, увеличьте расстояние и / или обеспечьте дополнительную вентиляцию. Чрезмерная запыленность приведет к затруднениям отвода тепла и перегреву устройства.

Внедрение модуля плавного пуска в электродвигатели переменного тока является экономически эффективной процедурой. Благодаря снижению энергопотребления и технического обслуживания вложения быстро окупаются. Это позволяет пользователям пользоваться преимуществами этих устройств с момента их покупки.

Есть отличная альтернатива устройству плавного пуска это преобразователь частоты. Его стоимость отличается в бОльшую сторону, но и функциональные возможности намного шире.

Благодаря надежности, неприхотливости, возможности использования в тяжелых условиях эксплуатации, невысокой цене трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АД КЗР) получили широкое распространение в промышленном электроприводе. При этом прежде, чем их использовать в работе, необходимо решить проблемы, возникающие в процессе их пуска: уменьшить до приемлемых уровней механический удар в машине и скачок нагрузки на питающую электросеть.

Традиционные способы пуска АД КЗР

Рис. 1. Изменение действующего значения напряжения на обмотках АД КЗР с течением времени при различных способах пуска

Рис. 2. Скоростные характеристики АД КЗР
при различных способах его пуска

Рис. 3. Механические характеристики АД КЗР при различных способах пуска

Уменьшение электрических и механических нагрузок на питающую сеть и электропривод с помощью устройства плавного пуска

На рисунке 1 показано, как изменяется во времени эффективная величина напряжения, подаваемого на статор АД КЗР, при различных способах пуска:

В последнем случае обеспечивается значительное снижение перегрузок механической части электропривода в процессе пуска.

Рис. 4. Принцип регулирования действующего значения напряжения, подаваемого на обмотки АД КЗР, с помощью тиристорного регулятора в составе устройства плавного пуска

На рисунке 4 показана упрощенная электрическая схема силовой цепи электропривода на основе АД КЗР и устройства плавного пуска (вариант регулирования по всем трем фазам). Рисунок 5 схематично показывает, как происходит импульсно-фазовое регулирование действующего значения переменного напряжения, подаваемого на обмотки электродвигателя. По мере уменьшения угла включения тиристора α происходит увеличение напряжения на статоре АД КЗР.

Рис. 5. Регулирование действующего значения напряжения, подаваемого на АД КЗР, посредством импульсно-фазового управления тиристорами устройства плавного пуска Sirius

Устройства плавного пуска АД КЗР Sirius

Подразделение Siemens Industry Automation Control Products выпускает серию устройств плавного пуска Sirius, реализующих рассмотренные выше принципы работы. Они обеспечивают:

В конечном итоге, все вышеперечисленные факторы значительно улучшают надежность и срок службы промышленного оборудования, повышают качество выполнения его целевых функций, уменьшают эксплуатационные расходы на обслуживание и простои оборудования в ремонте.

Серия устройств плавного пуска Sirius предназначена для использования в составе электроприводов с АД КЗР в диапазоне мощностей 0,5…1200 кВт. Механические силовые контакты, интегрированные в устройства плавного пуска Sirius, предотвращают рассеивание мощности в тиристорах после завершения процесса пуска. В замкнутом состоянии во время шунтирования силовых вентилей эти контакты защищаются интегрированной электронной системой подавления появления дуги. Она гарантирует, что эти шунтирующие контакты не будут повреждены в случае неисправностей в работе оборудования, вызванных, например, кратковременными прерываниями подачи питающего напряжения системы управления, механическими ударами и вибрацией, или вследствие дефектов контактов из-за износа, например, катушек электромагнитов или нажимных пружин контактов.

Рис. 6. Стандартная схема включения АД КЗР и устройства плавного пуска с регулированием по трем активным фазам

Интеграция в модульную систему Sirius

В стандартных областях применения устройства плавного пуска Sirius являются одним из компонентов модульной системы электрооборудования Sirius. Устройство необходимо установить в шкаф управления и подключить к другому электрооборудованию в составе фидера АД КЗР. Соответственно, критерии экономии места для размещения электрооборудования, а также компактности выполнения электромонтажа между аппаратами, наряду с невысокой трудоемкостью работ при их установке, являются весьма важными факторами выбора оптимального варианта построения системы электропитания двигателя. Следует иметь в виду, что пространства для размещения в шкафу управления устройств плавного пуска Sirius требуется существенно меньше, чем при других вариантах реализации пускателей АД КЗР или при комплектовании фидеров из разнородных неунифицированных электроаппаратов. Кроме того, применение устройств плавного пуска Sirius значительно уменьшает трудоемкость электромонтажных работ и сроки ввода оборудования в эксплуатацию. Это особенно существенно при мощностях свыше 75 кВт и напряжении питания 400 В, для которых редко можно найти решения с высокой степенью заводской готовности.

Широкие функциональные возможности устройства плавного пуска Sirius семейства 3RW44

Устройства плавного пуска Sirius семейства 3RW44 имеют исключительно широкий функционал. Помимо простейших возможностей задания параметров пуска (значения начального напряжения при пуске и времени его подьема до номинала), что доступно даже для семейства 3RW30, а также интегрированных защит по току двигателя, по перегреву силовых вентилей и электромотора, функций токоограничения в силовой цепи с возможностями регулирования уставки, плавного регулируемого останова и дистанционного сброса защит, которые добавляются в семействе 3RW40, в устройствах плавного пуска 3RW44 реализованы:

Рис. 8. Механические характеристики электропривода с АД КЗР при различных алгоритмах плавного пуска

Регулирование крутящего момента электродвигателя в процессе пуска позволяет реализовать равномерную нагрузку мотора и механической части электропривода. Как видно из рисунка 8, механическую характеристику электропривода на основе АД КЗР и устройства плавного пуска можно адаптировать к требованиям машины и к механической характеристике полезной нагрузки, максимально снизив перегрузки и обеспечив желаемый темп разгона. Помимо относительно простых законов управления пуском, вроде линейного нарастания напряжения, подаваемого на статор АД КЗР, усовершенствованные модификации устройств плавного пуска способны реализовывать тонкое регулирование крутящего момента, тем самым обеспечивается максимально щадящий режим работы оборудования и значительно уменьшается частота проведения ремонтов и стоимость его обслуживания.

Благодаря функции плавного останова электропривод не выключается резко, но замедляется в темпе, определяемом заданной программой плавного торможения. Таким образом, изменения нагрузок механической части привода в процессе останова происходят плавно, что уменьшает различного рода удары и износ машины. Это открывает значительные преимущества во многих областях применения. Например, в насосах при резкой остановке двигателя может возникать гидроудар, но при корректно настроенной функции плавного торможения он снижается практически до нуля.

Рассматривая функционал, общий для аппаратов семейств 3RW40 и 3RW44, следует особо выделить защиту электродвигателя от перегрузки. С помощью вращающегося переключателя на четыре положения можно задавать различные токо-временные характеристики обнаружения и отключения АД КЗР при его перегрузке (Class times). Указанные устройства плавного пуска позволяют задать величину номинального тока защищаемого электродвигателя, разновидность защитной характеристики, а также выбрать тот или иной режим возврата к нормальной работе после срабатывания защиты:

ручной сброс фиксатора перегрузки;
дистанционный сброс отключением питания цепей управления;
автоматический возврат после отработки заданной выдержки времени.

По комплексу защитных свойств устройства плавного пуска 3RW40 и 3RW44 полностью аналогичны дискретным реле защиты от перегрузки электродвигателя из комплекта Sirius. Они соответствуют требованиям стандарта IEC 60 947-4-2 и позволяют обойтись без применения дискретных реле защиты. Это дополнительно экономит место в шкафу управления и уменьшает затраты на комплектацию и электромонтаж фидеров. Кроме того, собственная защита устройств плавного пуска Sirius семейств 3RW40 и 3RW44 предотвращает недопустимый перегрев силовых тиристоров, повышая надежность их работы. Опционально тиристоры могут быть дополнительно защищены от коротких замыканий силовых цепей посредством быстродействующих плавких предохранителей Sitor, выпускаемых компанией Siemens специально для защиты силовых полупроводниковых приборов.

Опционально устройства плавного пуска семейства 3RW44 могут быть модернизированы добавлением к ним коммуникационного модуля Profibus DP для работы на шине Profibus. Благодаря этой коммуникационной способности, равно как и наличию входов управления и программируемых релейных выходов, устройства плавного пуска этого семейства могут быть просто и быстро интегрированы в систему управления.

Выгода в цене

Одновременно при переходе от пускателей с переключением обмоток к стандартным устройстам плавного пуска Sirius количество линий между шкафом управления и электродвигателем уменьшается с шести до трех. Малогабаритный дизайн корпуса устройств плавного пуска (плотное размещение рядом с другими электроаппаратами из модульной системы Sirius), малое время на подключение, простота электромонтажных работ и быстрота ввода оборудования в эксплуатацию обеспечивают явное преимущество по цене и наводят на мысль о целесообразности использования компактных устройств плавного пуска Sirius различных модификаций для большинства стандартных задач.

Во многих применениях промышленных электроприводов в установившемся режиме они работают на фиксированной частоте вращения. В этом случае использование достаточно дорогих трехфазных преобразователей частоты для питания АД КЗР не вполне соответствует решаемым задачам и не позволяет достичь хороших технико-экономических показателей. Устройства плавного пуска семейства 3RW44, благодаря наличию всех необходимых функций для оптимальной организации переходных процессов в электроприводе и его защиты, позволяют достичь требуемых характеристик значительно дешевле, компактнее и с более высоким коэффициентом полезного действия.

Заказ устройств плавного пуска Sirius

Для наилучшего удовлетворения функциональных требований и критериев оптимальности самых разных проектов электроприводов компания Siemens предлагает широкий ряд моделей устройств плавного пуска Sirius. Они перекрывают диапазон мощностей от сотен ватт до 1200 кВт. Для наиболее простых задач предназначено семейство аппаратов 3RW30, имеющих только минимально необходимую функциональность и реализующих двухфазное регулирование, но максимально компактных и недорогих. Характеристики этих устройства плавного пуска, необходимые для их предварительного выбора, представлены в таблице 1. Основной выбор производится по соответствию допустимого тока устройства плавного пуска номинальному току АД КЗР. При этом величины допустимой мощности электропривода для различных вариантов значений номинального напряжения питающей сети указаны ориентировочно.

Таблица 1. Коды для заказа устройств плавного пуска 3RW30

Для задач умеренной сложности предлагаются устройства плавного пуска семейства 3RW40, основные характеристики которых представлены в таблицах 2 и 3. Они отличаются между собой применением тиристоров разных классов по допустимому напряжению. Допустимые токи и, ориентировочно, возможные мощности электроприводов, указанные в таблицах 2…3, соответствуют легким условиям пуска (Class 10). В случае тяжелых условий пуска (Class 20), необходимо применять модели устройств плавного пуска на больший допустимый ток (соответствующие скорректированные таблицы имеются в каталогах Siemens).

Таблица 2. Коды для заказа устройств плавного пуска 3RW40 стандартного напряжения при легких условиях пусков

Таблица 3. Коды для заказа устройств плавного пуска 3RW40 повышенного напряжения при легких условиях пусков

Для наиболее сложных и ответственных электроприводов, требующих максимально расширенной функциональности устройств плавного пуска, предназначено семейство 3RW44. Характеристики его моделей для подбора по току и мощности при условиях пуска, соответствующих Class 10, представлены в таблицах 4…6. Соответствующий выбор устройств плавного пуска семейства 3RW44 для применения при тяжелых (Class 20) и особо тяжелых условиях пуска (Class 30) подробно указан в каталоге Siemens.

Таблица 4. Коды для заказа устройств плавного пуска 3RW44 стандартного напряжения при легких условиях пусков

Таблица 5. Коды для заказа устройств плавного пуска 3RW44 повышенного напряжения при легких условиях пусков

Таблица 6. Коды для заказа устройств плавного пуска 3RW44 высокого напряжения при легких условиях пусков

На рисунке 9 показана структура заказного номера устройств плавного пуска Sirius.

Рис. 9. Структура заказного номера устройств плавного пуска Sirius

Заключение

Читайте также: