Пристрої плавного пуску асинхронних машин. Плавний пуск асинхронного електродвигуна: пристрій, схема

Пристрій плавного пуску електродвигуна (скорочено УПП) - це механізм, який використовується для стримування зростання пускових характеристик. Він робить м'якими процеси запуску і зупинки мотора, захищаючи його від перегріву і ривків, збільшує термін експлуатації. Застосовується тільки для асинхронних двигунів.

При пуску двигуна в хід безпосередньо в одну мить крутний момент досягає 150-200% від номінального значення. В цей же час утворюються пускові струми, які перевищують номінальний в 5, а то і більше разів. Підвищені під час запуску двигуна характеристики стає причиною проблем:

• Пошкодження ізоляції обмоток і припинення роботи внаслідок перегріву.
• Вихід з ладу кінематичного ланцюга дроти через обрив транспортерних стрічок, механічних ривків або гідравлічних ударів.
• Важкий пуск, що перешкоджає його завершення.

Саме ці проблеми викликають у електричного двигуна необхідність в пристрої плавного пуску. Завдяки йому мотор розганяє плавно, без ривків і ударів. Пускові струми знижуються. Тому задовільний стан ізоляції буде триматися ще довго.

А як зрозуміти, що пуск важкий, і двигун потрібно обладнати УПП? Для цього познайомтеся з описом трьох випадків цього явища:

1. Пуск занадто важкий для використовуваного джерела живлення. Від мережі потрібен струм, який вона може виробити тільки при «роботі на знос» або не може видати таке значення взагалі. При спробі запуску на вході системи вирубуються автомати, лампочки відключаються. Деякі контактори і реле перемикання відключаються, а генератор харчування припиняє роботу. В цьому випадку УПП допоможе, якщо живить мережу зможе забезпечити 250% від номінального значення струму замість 500-800%, які були їй не під силу. Якщо ж мережа не дасть навіть 250%, то сенсу в установці пристрою плавного пуску немає.
2. Двигун не запускається безпосередньо (не починати крутитися або не розганяти до потрібної швидкості, викликаючи спрацьовування захисної системи). УПП не допоможе, але можна спробувати виправити ситуацію за допомогою перетворювача частоти.
3. Запуск відмінний, але на вході відключається автомат ще до того, як встановлюється номінальна частота. УПП може допомогти, але не обов'язково. Чим ближче частота обертання до номінального значення в момент спрацьовування автомата, тим більше шансів на успіх.

Просунуті пристрої плавного пуску для асинхронних двигунів виконують додаткові функції:

• Захист від короткого замикання при пуску в хід;
• Запобігання обриву фази;
• Виняток повторного незапланованого включення;
• Захисту від перевищення номінальних навантажень.

Використовувати такі пристрої можна не тільки для пом'якшення запуску, але і для плавної зупинки мотора. Графік нижче показується залежність швидкості обертання двигуна від часу при прямому пуску і з використанням стартсофтера (друга назва УПП).

Додатковий бонус власникам УПП: можна буде підібрати менш потужне джерело безперебійного живлення, Якщо в ньому є необхідність.

Принцип дії пристрою плавного пуску

Стартсофтери бувають:

• механічні;
• Електричні.

Розглянемо принцип дії кожного з видів УВП.

Механічне регулювання пускових характеристик

Найпростіший спосіб зробити запуск електродвигуна плавним - примусово стримувати наростаючу швидкість обертання. Для цього можна використовувати пристрої, механічно регулюючи обертання валу. Сюди відносять гальмівні колодки, противаги з дробом, блокатори магнітного дії і рідинні муфти.

У кожному разі принцип дії свій. Однак уявити, що відбувається при механічному стримуванні швидкості, можна на прикладі обертового диска: спробуйте торкнутися його предметом. Між ним і диском утворюється сила тертя, яка буде направлена \u200b\u200bв протилежну сторону щодо обертання. Це означає, що диску знадобиться більше часу для розгону до встановленого значення. Швидкість при цьому буде рости плавно.

Електричні пристрої для плавного пуску електродвигунів

Принцип дії електричних УПП полягає в обмеженні подається мотору напруги за допомогою паралельно з'єднаних тиристорів, як показано на малюнку нижче.

Щоб краще зрозуміти, як працює стартсофтер, потрібно докладніше вивчити запуск. Теоретично це процес перетворення енергії з електричної в кінетичну. При цьому опір двигуна від малого значення, характерного для не обертається двигуна, збільшується до великого, коли вже досягнута номінальна швидкість. І за законом Ома (I \u003d U / R) в початковий момент струм максимальний.

Формула ж енергії має вигляд: E \u003d P * t \u003d U * I * t. А оскільки на початку запуску струм максимальний, то енергія повинна передаватися дуже швидко. Якщо ж своїми руками підключити електродвигун до мережі через УПП, то на вході в пристрій буде працювати друга формула. Енергія буде подаватися дуже швидко, але виходити буде повільно. Це досягається шляхом обмеження напруги, контролюючого зростання пускового струму. А оскільки в обох формулах ток має однакову величину, видно, що чим менше сила струму, тим більше часу буде потрібно на розгін. Але розгін при цьому буде плавний.

Важливо! Незважаючи на необхідність в зниженні пускових струмів, встановлювати їх на занадто низьких значеннях можна. Інакше двигун не зможе розігнатися. Зазвичай достатньо знизити струм до 250% від номінального (при прямому пуску він становить 500-800%).

Управління електричними стартсофтерамі

Розрізняють два види електричних пристроїв, Що пом'якшують пусковий процес:

• З амплітудним керуванням;
• З фазовим керуванням.

Робота амплітудного УПП базується на поступовому збільшенні напруги на клемах двигуна до максимальної величини. Такі пристрої допомагають запускати електродвигуни в холостому режимі або з невеликим навантаженням.

Фазові стартсофтери регулюють частотні характеристики фазного струму без зниження напруги. Це дозволяє зберегти високу потужність мотора, запускати який можна навіть з великим навантаженням. Встановити плавне наростання обертальної частоти можна навіть в робочому режимі. Це важлива функція, завдяки якій можна змінювати швидкість вала, не втрачаючи потужність.

Обладнати електродвигун пристроєм плавного пуску чи ні - ваша особиста справа, якщо тільки він не завершує роботу на півдорозі до розгону. Але майте на увазі, що за кордоном заборонено пускати в хід мотори потужністю більше 15000 Ватт без стартсофтера. Спроба заощадити на УПП може привести до передчасного зносу механізму. Якщо вже не хочеться сильно витрачатися, то просто встановіть пристрій своїми руками, але придбайте його обов'язково.

При прямому пуску електроприводів великої потужності виникають значні осідання напруг, що може призводити навіть до аварійних відключень підстанцій. В машинах середньої і малої потужності прямий пуск може призводити до пошкоджень різних механічних пристроїв системи в результаті різкого стрибка моменту двигуна. Більш того, прямий пуск не надто сприятливий і для самого двигуна, що знижує термін його служби.

Для зниження впливу пускового струму на мережу і механічні частини систем застосовують пристрої для обмеження величини пускового струму. Такими засобами для асинхронних машин з КЗ ротором можуть бути або ж більш сучасний пристрій плавного пуску або як його ще називають - тиристорний регулятор напруги.

Пристрій плавного пуску досить просте - схема нижче:

Це всього лише, включені зустрічно-паралельно в кожну фазу асинхронної машини. Принцип роботи пристрою плавного пуску дуже простий - напруга на обмотці двигуна регулюється кутом відкривання тиристорів.

Таким чином, можна отримати плавне нарощування пускового струму і, відповідно, моменту.

Після розгону електродвигуна до потрібної швидкості кут відкривання тиристора переводять максимальний і машина працює в нормальному режимі. Але, при такому режимі роботи відбувається нагрів силових ключів, що вимагає встановлення більш потужних і реалізації примусової системи охолодження. Це робить пристрій плавного пуску УПП більш габаритним і дорогим. Для вирішення цієї проблеми придумали наступне рішення - після пуску шунтируют силові ключі контактором. Це дозволяє виводити силові вентилі з роботи в сталих режимах роботи системи електроприводу, що усуває проблеми з вентиляцією.

Де: КМ - контактор, шунтирующий тиристори.

Для ще більшої простоти схеми керування напругою здійснюють по двох фаз:

Дана система має наступні переваги:

• Знижують струмові кидки в статорі машини в момент пуску;
• Ведуть повний контроль перевантажень електромашини;
• Усунення ривків в електроприводі, що забезпечує більш тривалий термін експлуатації обладнання;
• У трубопроводах і при запусках насосів усувають гідравлічні удари;
• При виникненні аварійних ситуацій такий пристрій цілком може забезпечити граничне швидкодію;

недоліки:

• На відміну від пристрій плавного пуску не може регулювати швидкість асинхронної машини в сталих режимах (застосовується лише для пуску і гальмування);
• Чи не здійснює реверс електродвигуна. Для здійснення реверса необхідно додатково встановлювати реверсори;
• Генерація вищих гармонік, що несприятливо позначається як на електродвигуні, так і на мережі;
• Відносно невеликий пусковий момент;

Характерним для будь-якого електродвигуна в процесі запуску є багаторазове перевищення струму і механічного навантаження на приводиться в дію обладнання. При цьому також виникають перевантаження мережі живлення, що створюють просідання напруги і погіршують якість електроенергії. У багатьох випадках потрібно пристрій плавного пуску (УПП).

Необхідність плавного пуску електродвигунів

Статорна обмотка є котушкою індуктивності, що складається з активного опору і реактивного. Значення останнього залежить від частоти напруги, що подається. При запуску двигуна реактивний опір змінюється від нуля, а пусковий струм має велику величину, багаторазово перевищує номінальний. Момент обертання також великий і може зруйнувати приводиться в рух устаткування. У режимі гальмування також з'являються кидки струму, що призводять до підвищення температури статорних обмоток. При аварійній ситуації, пов'язаної з перегрівом двигуна, можливий ремонт, але параметри трансформаторної сталі змінюються і номінальна потужність знижується на 30%. Тому необхідний плавний пуск.

Запуск електродвигуна перемиканням обмоток

Обмотки статора можуть з'єднуватися "зіркою" і "трикутником". Коли у двигуна виведені всі кінці обмоток, можна зовні коммутировать схеми "зірка" і "трикутник".

Пристрій плавного пуску електродвигуна збирається з 3 контакторів, реле навантаження і часу.

Електродвигун запускається за схемою "зірка", коли контакти К1 і К3 замкнуті. Через інтервал, заданий реле часу, К3 відключається і виробляється підключення схеми "трикутник" контактором К2. При цьому двигун виходить на повні оберти. Коли він розганяється до номінальних обертів, пускові струми не такі великі.

Недоліком схеми є виникнення короткого замикання при одночасному включенні двох автоматів. Цього можна уникнути, застосувавши замість них рубильник. Для організації реверсу потрібен ще один блок управління. Крім того, за схемою "трикутник" електродвигун більше нагрівається і жорстко працює.

Частотне регулювання швидкості обертання

Вал електродвигуна обертається магнітним полем статора. Швидкість залежить від частоти напруги живлення. Електропривод буде працювати ефективніше, якщо додатково змінювати напругу.

До складу пристрою плавного пуску асинхронних двигунів може входити частотний перетворювач.

Першою сходинкою пристрою є випрямляч, на який подається напруга трифазної або однофазної мережі. Він збирається на діодах або тиристорах і призначений для формування пульсуючого напруги постійного струму.

У проміжній ланцюга пульсації згладжуються.

У инверторе вихідний сигнал перетворюється на змінний заданої частоти і амплітуди. Він працює за принципом зміни амплітуди або ширини імпульсів.

Всі три елементи отримують сигнали від електронної схеми управління.

Принцип дії УПП

Збільшення пускового струму в 6-8 разів і крутного моменту вимагають застосування УПП для виконання наступних дій при запуску або гальмуванні двигуна:

• поступове збільшення навантаження;
• зниження просадки напруги;
• управління запуском і гальмуванням в певні моменти часу;
• зниження перешкод;
• захист від стрибків напруги, при пропажі фази та ін .;
• підвищення надійності електроприводу.

Пристрій плавного пуску двигуна обмежує величину напруги, що подається в момент пуску. Воно регулюється шляхом зміни кута відкриття сімісторов, підключених до обмоток.

Пускові струми необхідно знижувати до величини, не більше ніж в 2-4 рази перевищує номінал. Наявність байпасного контактора запобігає перегріванню сімісторов після його підключення після того, як двигун розкрутиться. Варіанти включення бувають одно-, дво- і трифазні. Кожна схема функціонально відрізняється і має різну вартість. Найбільш досконалим є трифазне регулювання. Воно найбільш функціонально.

Недоліки УПП на сімісторов:

• прості схеми застосовуються тільки з невеликими навантаженнями або при холостому запуску;
• тривалий запуск призводить до перегріву обмоток і напівпровідникових елементів;
• момент обертання валу знижується і двигун може не запуститися.

види УПП

Найбільш поширені регулятори без зворотного зв'язку за двома або трьома фазами. Для цього попередньо встановлюється напруга і час пуску. Недоліком є \u200b\u200bвідсутність регулювання моменту по навантаженню на двигун. Цю проблему вирішує пристрій зі зворотним зв'язком поряд з виконанням додаткових функцій зниження пускового струму, створення захисту від перекосу фаз, перевантаження та ін.

Найбільш сучасні УПП мають ланцюга безперервного спостереження за навантаженням. Вони підходять для важко навантажених приводів.

вибір УПП

Більшість УПП - це регулятори напруги на сімісторов, що розрізняються функціями, схемами регулювання і алгоритмами зміни напруги. У сучасних моделях софтстартери застосовуються фазові методи регулювання електроприводів з будь-якими режимами пуску. Електричні схеми можуть бути з тиристорн модулями на різну кількість фаз.

Одне з найпростіших - це пристрій плавного пуску з однофазним регулюванням через один симистор, що дозволяє тільки пом'якшувати механічні ударні навантаження двигунів потужністю до 11 кВт.

Двофазне регулювання також пом'якшує механічні удари, але не обмежує струмові навантаження. Допустима потужність двигуна становить 250 кВт. Обидва способи застосовуються з розрахунку прийнятних цін і особливостей конкретних механізмів.

Багатофункціональний пристрій плавного пуску з трифазним регулюванням має найкращі технічні характеристики. Тут забезпечується можливість динамічного гальмування і оптимізації його роботи. Як недоліки можна відзначити тільки великі ціни і габарити.

Як приклад можна взяти пристрій плавного пуску Altistart. Можна підібрати моделі для запуску асинхронних двигунів, потужність яких досягає 400 кВт.

Пристрій вибирається по номінальній потужності і режиму роботи (нормальний або важкий).

вибір УПП

Основними параметрами, за якими вибираються пристрої плавного пуску, є:

• гранична сила струму УПП і двигуна повинні бути правильно підібрані і відповідати один одному;
• параметр кількості запусків на годину задається як характеристика софтстартери і не повинен перевищуватися при експлуатації двигуна;
• задану напругу пристрою не повинно бути менше мережевого.

УПП для насосів

Пристрій плавного пуску для насоса призначене переважно для зниження гідравлічних ударів в трубопроводах. Для роботи з приводами насосів підходять УПП Advanced Control. Пристрої практично повністю усувають гідроудари при заповнених трубопроводах, дозволяючи збільшити ресурс обладнання.

Плавний запуск електроінструментів

Для електроінструмента характерні високі динамічні навантаження і більших обертів. Його наочним представником є \u200b\u200bкутова шліфувальна машинка (УШМ). На робочий диск діють значні сили інерції на початку обертання редуктора. Великі перевантаження по струму виникають не тільки при запуску, але і при кожній подачі інструменту.

Пристрій плавного пуску електроінструмента застосовується тільки для дорогих моделей. Економічним рішенням є його установка своїми руками. Це може бути готовий блок, який поміщається всередині корпусу інструменту. Але багато користувачів збирають просту схему самостійно і підключають її в розрив кабелю живлення.

При замиканні ланцюга двигуна, на регулятор фази КР1182ПМ1 подається напруга і починає заряджатися конденсатор С2. За рахунок цього симистор VS1 включається із затримкою, яка поступово зменшується. Струм двигуна плавно наростає і обороти набираються поступово. Двигун розганяється приблизно за 2 сек. Потужність, що віддається в навантаження, досягає 2,2 кВт.

Пристрій можна застосовувати для будь-якого електроінструменту.

висновок

Вибираючи пристрій плавного пуску, необхідно аналізувати вимоги до механізму і характеристикам електродвигуна. Характеристики виробника знаходяться в поданій до обладнання документації. Помилки при виборі бути не повинно, оскільки порушиться функціонування пристрою. Важливий облік діапазону швидкостей, щоб вибрати найкраще поєднання перетворювача і двигуна.

Одним з найголовніших недоліків асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором є наявність у них великих пускових струмів. І якщо теоретично методи їх зниження були добре розроблені вже досить давно, то ось практично всі ці розробки (використання пускових резисторів і реакторів, перемикання з зірки на трикутник, використання тиристорних регуляторів напруги і т.д.) застосовувалися дуже в рідкісних випадках.

Все різко змінилося в наш час, тому що завдяки прогресу силової електроніки і мікропроцесорної техніки на ринку з'явилися компактні, зручні та ефективні пристрою плавного пуску електродвигунів (софтстартери).

Пристрої плавного пуску асинхронних двигунів - це пристрої, які значно збільшують термін експлуатації електродвигунів і виконавчих пристроїв, що працюють від валу цього двигуна. При подачі напруги живлення звичайним способом, відбуваються процеси, що руйнують електродвигун.

Пусковий струм і напруга на обмотках двигунів, в момент перехідних процесів, Значно перевищують допустимі значення. Це призводить до зносу і пробою ізоляції обмоток, «підгоряння» контактів, значно скорочує термін служби підшипників, як самого двигуна, так і пристроїв «сидять» на валу електродвигуна.

Для забезпечення необхідної пусковий потужності, доводиться збільшувати номінальну потужність живлять електричних мереж, Що призводить до значного подорожчання обладнання і перевитрати електроенергії.

Крім того «осідання» напруги живлення в момент пуску електродвигуна - може привести до псування обладнання, задіяного від цих же джерел живлення, ця ж «осідання» завдає серйозної шкоди обладнанню електропостачання, зменшує термін його служби.

У момент пуску електродвигун є серйозним джерелом електромагнітних завад, що порушують роботу електронного обладнання, живиться від цих же електричних мереж, або знаходяться в безпосередній близькості від двигуна.

Якщо сталася аварійна ситуація і двигун перегрівся або згорів, то, в результаті нагрівання, параметри трансформаторної сталі зміняться настільки, що номінальна потужність, відремонтованого двигуна, може знизитися на величину до 30%, в результаті, цей електродвигун виявиться непридатним до використання на колишньому місці.

Пристрій плавного пуску електродвигунів об'єднує функції плавного пуску і гальмування, захисту механізмів і електродвигунів, а також зв'язку з системами автоматизації.

плавний пуск за допомогою софтстартери реалізується повільним підйомом напруги для плавного розгону двигуна і зниження пускових струмів. Регульованими параметрами зазвичай є початкова напруга, час розгону і час гальмування електродвигуна. Дуже маленьке значення початкової напруги може дуже сильно зменшити пусковий момент електродвигуна, тому воно зазвичай встановлюється 30-60% від значення номінального напруги.

При запуску напруги стрибком збільшується до устанволенного значення початкової напруги, а потім плавно за заданий час розгону піднімається до номінального значення. Електродвіагетль буде при цьому плавно і швидко розганятися до номінальної швидкості.

Застосування софстартеров дозволяє зменшити пусковий «кидок» струму до мінімальних значень, зменшує кількість застосовуваних реле та, вимикачів. Забезпечує надійний захист електродвигунів від аварійної перевантаження, перегріву, заклинювання, обриву фази, знижує рівень електромагнітних завад.

Пристрої плавного пуску електродвигунів прості в пристрої, монтажі та експлуатації.

Приклад схеми підключення пристрою плавного пуску електродвигуна

При виборі пристрою плавного пуску необхідно враховувати наступне:

1. Струм електродвигуна. Необхідно вибирати пристрій плавного пуску по повному струму навантаження двигуна, який не повинен перевищувати струм граничного навантаження пристрої плавного пуску.

2. Максимальне число запусків на годину. Зазвичай воно обмежене софтстартери. Необхідно, що-б кількість запусків на годину електродвигуна не перевищувало цей параметр.

3. Напруга мережі. Кожен пристрій плавного пуску розраховано на роботу при певній напрузі. Напруга мережі живлення має відповідати паспортному значенню софтстартери.

плавний пуск асинхронного двигуна - це завжди важке завдання, тому що для запуску індукційного мотора потрібен великий струм і крутний момент, які можуть спалити обмотку електродвигуна. Інженери постійно пропонують і реалізують цікаві технічні рішення для подолання цієї проблеми, наприклад, використання схеми включення, автотрансформатора і т. Д.

В даний час подібні способи застосовуються в різних промислових установках для безперебійного функціонування електродвигунів.

З фізики відомий принцип роботи індукційного електродвигуна, вся суть якого полягає в використанні різниці між частотами обертання магнітних полів статора і ротора. Магнітне поле ротора, намагаючись наздогнати магнітне поле статора, сприяє порушенню великого пускового струму. Мотор працює на повній швидкості, при цьому значення крутного моменту слідом за струмом теж збільшується. В результаті обмотка агрегату може бути пошкоджена через перегрів.

Таким чином, необхідною стає установка м'якого стартера. УПП для трифазних асинхронних двигунів дозволяють захистити агрегати від початкового високого струму і крутного моменту, що виникають внаслідок ефекту ковзання при роботі індукційного мотора.

Переважні особливості застосування схеми з пристроєм плавного пуску (УПП):

1. зниження стартового струму;
2. зменшення витрат на електроенергію;
3. підвищення ефективності;
4. порівняно низька вартість;
5. досягнення максимальної швидкості без шкоди для агрегату.

Як плавно запустити двигун?

Існує п'ять основних методів плавного пуску.

• Високий крутний момент може бути створений шляхом додавання зовнішнього опору в ланцюг ротора, як показано на малюнку.

• За допомогою включення в схему автоматичного трансформатора можна підтримувати пусковий струм і крутний момент за рахунок зменшення початкового напруги. Дивіться малюнок нижче.

• Прямий запуск - це найпростіший і дешевий спосіб, тому що асинхронний двигун підключений безпосередньо до джерела живлення.
• З'єднання за спеціальною конфігурації обмоток - метод можна застосовувати для двигунів, призначених для експлуатації в нормальних умовах.

• Використання УПП - це найбільш передовою спосіб з усіх перерахованих методів. Тут напівпровідникові прилади, такі як тиристори або тріністори, що регулюють швидкість асинхронного двигуна, успішно замінюють механічні компоненти.

Регулятор оборотів колекторного двигуна

Більшість схем побутових апаратів і електричних інструментів створено на базі колекторного електродвигуна 220 В. Така затребуваність пояснюється універсальністю. Для агрегатів можливо живлення від постійного або змінної напруги. Гідність схеми обумовлені забезпеченням ефективного пускового моменту.

Щоб досягти більш плавного пуску і мати можливість настройки частоти обертання, застосовуються регулятори обертів.

Пуск електродвигуна своїми руками можна зробити, наприклад, таким чином.

висновок

УПП розроблені і створені, щоб обмежити збільшення пускових технічних показників двигуна. В іншому випадку небажані явища можуть призвести до пошкодження агрегату, спалюванню обмоток та перегрівання робочих ланцюгів. Для тривалої ж служби, важливо щоб трифазний мотор працював без стрибків напруги, в режимі плавного пуску.

Як тільки індукційний мотор набере потрібні обороти, надсилається сигнал до розмикання реле ланцюга. Агрегат стає готовий до роботи на повній швидкості без перегріву і збоїв системи. Представлені способи можуть бути корисними у вирішенні промислових і побутових завдань.