Плавный пуск электродвигателей

Плавный пуск электродвигателей.

1. DOL — Прямое включение. При пуске этим методом, контактор (магнитный пускатель) подключается к сети напрямую. Самый простой и дешевый способ. Последствия от прямого пуска сильно зависят от мощности на валу насоса. Для электродвигателей до 1,1 кВт, «прямой» пуск является наиболее рентабельным методом пуска. Недостатки: при нулевой скорости вращения в обмотке статора возникает ток короткого замыкания, в 5-7 раз превышающий номинальный ток двигателя; наличие гидроударов в напорной магистрали (даже если смонтирован гидробак, гидроудары в насосной части — неизбежны).
2. SD — Включение методом «звезда-треугольник». Суть в том, что трехфазные односкоростные моторы могут работать на двух напряжениях (220В или 380В). Три обмотки статора соединяются «звездой» (Υ) или «треугольником» (Δ). Во время пуска электродвигатель включен на «звезду», а после окончания пуска переключается на «треугольник». Такое переключение производится автоматически. При пуске в положении «Υ» ток на треть ниже, чем при пуске путем прямого включения и лежит в пределах 1,8–2,5 от номинального. Недостатки: для насосов с небольшим моментом инерции, например, погружных, пуск по этому методу не эффективен. Дело в том, что диаметр погружных насосов и их приводных электродвигателей невелик. Поэтому масса рабочего колеса мала, вследствие чего мал и момент инерции. Поэтому, погружным насосам для разгона от 0 до 2900 об/мин требуется всего 0,2 с. Это означает также, что насос при переключении тока сразу же остановится. для электродвигателя требуется два соединительных кабеля (вместо одного). Электродвигатели, рассчитанные на напряжение 220/380В, должны подключаться при соединении обмоток в «Υ» на линейное (междуфазное) напряжение 380В, а при соединении обмоток в «Δ» на линейное напряжение 220В. долгая эксплуатация электродвигателя в режиме «звезда-треугольник» приводит к его перегреву и, следовательно, сокращает срок его службы.
3. SS — Плавный пуск. Устройство для плавного пуска электродвигателя представляет собой электронный прибор, снижающий напряжение, и, соответственно, пусковой ток, путем фазового сдвига (управление 2-мя или 3-мя фазами в 3-хфазном электродвигателе). Плавный пускатель включает электродвигатель при пониженном напряжении, которое затем увеличивается до полной величины. Данный способ пуска не вызывает образования скачков тока. Пусковой период и пусковой ток можно задать. Плавные пускатели не так дороги, как преобразователи частоты. Но, в отличии от преобразователей частоты, плавные пускатели не управляют оборотами электродвигателя.
4. FC — Пуск посредством преобразователя частоты (ПЧ). Для частотного регулирования применяют в основном полупроводниковые преобразователи. Их принцип действия основан на особенности работы асинхронного двигателя, где частота вращения магнитного поля статора зависит от частоты напряжения питающей сети. Пуск электродвигателя посредством ПЧ представляет собой идеальный вариант с точки зрения уменьшения пускового тока, а также импульса давления (воды). Преимущество этого метода в том, что пусковой ток все время удерживают на уровне номинального тока электродвигателя. Это означает, что число требуемых в течение часа включений и отключений может быть установлено любым. Достоинства: Это устройство (в зависимости от модели) позволяет также осуществлять защиту и контроль электродвигателя по таким параметрам, как повышенное и пониженное напряжение, перегрузка и недогрузка по току, температура двигателя, перекос фаз, пропадание фазы, энергопотребление, число пусков и наработка моточасов. Недостатки: Из всех описанных способов пуск электродвигателя посредством преобразователя частоты является наиболее дорогим.

Когда не нужен плавный пуск

Основная задача устройств плавного пуска – решение проблемы чрезмерных пусковых токов, уменьшение электрических и механических перегрузок привода. Но всегда ли нужны подобные устройства?

Мы расскажем о некоторых проблемах, которые могут возникать при использовании УПП (софтстартеров) для запуска асинхронных двигателей. Начнем с очевидного — экономической целесообразности.

В настоящее время для плавного пуска применяют два вида электронных устройств – УПП и преобразователи частоты. Они имеют много преимуществ перед пуском через контактор, но есть и существенный недостаток – цена. Исходя из ограничения стоимости системы, выбор того или иного способа запуска двигателя должен быть оправдан не только технически, но и экономически.

Применение устройств плавного пуска целесообразно в системах с высокой инерционностью механической части привода (вентиляторы, центрифуги). Однако в некоторых случаях в целях экономии можно применять прямой пуск через контактор либо использовать схему «Звезда-Треугольник». Вместе с тем электроника с каждым годом становится дешевле и функциональнее, что позволяет широко применять софтстартеры и частотные преобразователи там, где раньше это было экономически невыгодно.

Снижение момента при пуске

Как известно, момент на валу пропорционален квадрату напряжения питания электродвигателя. Именно пониженным механическим моментом на валу объясняется то, что он раскручивается плавно. Но всегда ли это является преимуществом?

Дело в том, что в некоторых технологических процессах время пуска должно быть минимальным. Например, это касается мельниц и дробилок, где запуск должен происходить рывком, особенно, когда невозможно начать работу на холостом ходу.

При применении устройств плавного пуска в насосных станциях также могут возникнуть неприятные моменты, прежде всего при запуске незаполненной гидросистемы, когда возможно крайне медленное и неполное ее заполнение. Это может привести к образованию воздушных карманов и заиливанию системы.

Однако даже в этих случаях применение УПП целесообразно, если провести правильную его настройку, создать правильную электрическую схему с нужными блокировками и защитами, проинструктировать технологический персонал.

Например, в случае с дробилкой можно получить все преимущества использования устройства плавного пуска, если предусмотреть в технологическом процессе полное опорожнение дробилки перед её выключением. Кроме того, нужно задать минимально допустимое время разгона, а начальное напряжение установить максимально возможным (до 50%). Пуск в обход УПП (через контактор) можно оставить, но использовать только как аварийный режим.

Перегрев

Применение плавного запуска также может быть ограничено из-за возможного перегрева УПП и двигателя. Асинхронный электродвигатель крайне чувствителен к изменению значения питающего напряжения. Производители ограничивают работу двигателя по времени при отклонении напряжения более чем на 5%. Если софтстартер настроен на значительное время запуска, то при каждом плавном пуске электрические части привода нагреваются. В случае если двигатель часто запускается и выключается, возможна ситуация, когда нагрев УПП и/или двигателя будет критичным. Перегрев можно рассматривать как резкое понижение КПД системы и потери электроэнергии.

В этом смысле предпочтительно использование преобразователей частоты – в их принцип работы заложено не только изменение напряжения, но и управление частотой питающего напряжения при пуске.

Если частые пуски и длительное время разгона обусловлены технологическим процессом, данный недостаток УПП можно легко обойти на этапе проектирования. Для этого нужно заложить более мощное устройство плавного пуска и двигатель, а также предусмотреть дополнительное охлаждение.

Помеха и реактивная составляющая

При использовании любого электронного силового устройства создается помеха той или иной интенсивности, которая «уходит» в электросеть и в электромагнитное поле. В результате увеличивается реактивная составляющая и гармоническая нагрузка на питающую сеть.

Поскольку в устройстве плавного пуска происходит обрезание исходной синусоиды с частотой 50 Гц, помеха оказывается более мощной, чем в частотном преобразователе, где частота помехи обусловлена несущей частотой ШИМ.

При пуске мощных двигателей через полупроводниковые устройства создаваемые помехи могут негативно влиять на слаботочные системы (контроллеры, сети передачи данных). Это нужно учитывать при проектировании оборудования в целом.

Для уменьшения помех, выделяемых в сеть, необходимо устанавливать сетевые дроссели и фильтры радиопомех. Кроме того, современные контроллеры успешно работают в сложной помеховой обстановке. Уровень помех уменьшается схемотехнически, производится коррекция ошибок аппаратными и программными методами.

Также для максимальной защиты от помех производители рекомендуют устанавливать на выходе софстартеров и преобразователей частоты моторные дроссели, а питающий кабель экранировать и заземлять.

Работа механики на резонансных частотах

При плавном разгоне механической части привода возможны ситуации, когда система некоторое время работает на резонансных частотах. Это может привести к разрушению подшипников, редуктора и прочих механизмов. Чтобы уменьшить негативное влияние резонансных частот, необходимо прежде всего тщательно центрировать вращающиеся механизмы.

Отметим также, что ударные нагрузки при прямом пуске оказывают гораздо более серьезное влияние, чем кратковременная работа механизмов на резонансных частотах.

Вывод

Недостатки применения устройств плавного пуска проявляются прежде всего там, где произведена их неправильная настройка. В большинстве случаев плюсов применения функции плавного пуска гораздо больше, чем минусов.

Зачем нужен плавный пуск насоса?

Есть множество причин для включения бытовых насосов через устройство плавного пуска.

Обычно погружной или поверхностный насос подключают через электромеханическое или электронное реле, блок автоматики или магнитный пускатель. Во всех перечисленных случаях сетевое напряжение подаётся на насос путем замыкания контактов, то есть через прямое подключение. Это означает, что на обмотки статора электродвигателя мы подаём полное сетевое напряжение, а ротор в это время ещё не вращается. Это приводит к появлению мгновенного мощного вращательного момента на роторе электродвигателя насоса.

Такая схема подключения характеризуется следующими явлениями при запуске насоса:

Скачки тока через статор (соответственно, и через подводящие провода), так как ротор короткозамкнутый.
В упрощённом понимании мы имеем короткое замыкание на вторичной обмотке трансформатора. По нашему опыту, в зависимости от насоса, производителя и нагрузки на валу, импульсный пусковой ток может превышать рабочий ток от 4 до 8, а на отдельных экземплярах и до 12 раз.

Резкое появление вращающего момента на валу.
Это оказывает негативное воздействие на пусковую и рабочую обмотки статора, подшипники, керамические и резиновые уплотнители, существенно увеличивая их износ и уменьшая ресурс службы.

Появление резкого вращающего момента на валу приводит к резкому повороту корпуса скважинного насоса относительно трубопроводной системы.
Мы неоднократно бывали свидетелями того, как из-за этого скважинный насос отсоединялся от трубопроводов и падал в скважину. В случае насосной станции на базе поверхностного насоса, установленного на платформу гидроаккумулятора, это приводит к разбалтыванию крепёжных гаек и разрушению сварных точек и швов гидроаккумулятора. Также при прямом включении насоса сокращается срок службы водопроводной и запорной арматуры, особенно в местах их соединения.

Принято считать, что гидроаккумулятор убирает гидроудары в системе водоснабжения.
Это действительно так, но гидроудары исчезают в трубопроводах только начиная от места подключения гидроаккумулятора. В промежутке между насосом и гидроаккумулятором при прямом подключении насоса гидроудар остаётся. В итоге на промежутке от насоса до гидроаккумулятора мы имеем все последствия гидроудара на все части насоса и на трубопроводную систему.

В системах фильтрации воды гидроудары, возникающие при прямом подключении насоса, значительно сокращают срок службы фильтрующих элементов.

Если локальная электросеть слабая, то о запуске насоса мощностью более 1кВт при прямом подключении узнают и Ваши соседи по резкому спаду напряжения в сети в момент включения насоса.
Если локальная сеть КРАЙНЕ СЛАБА, и Ваш сосед тоже получает удовольствие от жизни, подключив к сети все доступные электрические приборы, то скважинный насос, погружённый на большую глубину, может и не запуститься. Такой скачок напряжения может вывести из строя электронные приборы, подключённые в сеть. Известны случаи, когда при запуске насоса выходил из строя напичканный электроникой дорогостоящий холодильник.

Чем чаще включается насос, тем меньше его ресурс службы.
Частые запуски через прямое подключение приводят к выходу из строя пластмассовых муфт скважинных насосов, соединяющих электродвигатель с насосной частью.

Мы с Вами прошлись по проблемам, которые возникают при запуске насоса без устройства плавного пуска (УПП).

Необходимо отметить, что и при выключении насоса без УПП с прямой схемой подключенияесть негативные моменты:

При выключении насоса также происходит гидроудар в системе, но теперь уже по причине резкого снижения вращающего момента на валу насоса, что равносильно созданию мгновенного разряжения.

Резкое снижение вращающего момента на валу насоса также приводит к повороту корпуса насоса, но в противоположную сторону.
Вспомним о трубопроводах и резьбовых соединениях насоса.

В обычных бытовых насосах электродвигатели являются асинхронными и имеют явно выраженный индуктивный характер.
Если мы резко прерываем подачу тока через индуктивную нагрузку, то происходит резкий скачок напряжения на этой нагрузке по причине непрерывности тока. Да, мы размыкаем контакт, и всё высокое напряжение должно остаться на стороне насоса. Но при любом механическом размыкании контакта присутствует так называемый «дребезг контактов», и импульсы высокого напряжения попадают в сеть, а значит попадают и в приборы, подключенные в это время к сети.

Таким образом, при прямом подключении насоса происходит повышенный износ механических и электрических частей насоса (как при запуске, так и при отключении). Также страдают приборы, включенную в эту же сеть, и уменьшается ресурс работы систем фильтрации и водопроводной арматуры.

• PDF. Инструкция на устройство плавного пуска насоса «EXTRA Акваконтроль УПП-2,2С»
• JPG. Схема подключения УПП-2,2С после механического реле типа РДМ
• JPG. Схема управления УПП-2,2С с помощью сигнального кабеля
• ВИДЕО: УПП-2,2С. Устройство плавного пуска. Выпуск #1: тестирование (26 мин)
• ВИДЕО: УПП-2,2С. Устройство плавного пуска. Выпуск #2: защита по напряжению (19 мин)

Использование устройства плавного пуска («Акваконтроль УПП-2,2С») позволяет сгладить большинство описанных выше недостатков. В устройстве УПП-2,2С реализована специально рассчитанная кривая нарастания напряжения на насосе, позволяющая с одной стороны гарантированно запустить насос в самых неблагоприятных условиях эксплуатации, а с другой стороны плавно увеличить частоту вращения вала. Также в этот прибор встроена защита от низкого и высокого напряжения сети, чтобы оградить насос от экстремальных режимов работы и включения.

В УПП-2,2С используется фазное симисторное управление. В момент пуска на насос подается часть сетевого напряжения, которое создает вращающий момент, достаточный для гарантированного запуска насоса. По мере раскрутки ротора плавно увеличивается напряжение на насосе до момента полной подачи напряжения. После этого включается реле и отключается симистор. В итоге, при использовании УПП-2,2С насос подключён к сети через контакты реле, то есть так же, как и при прямом подключении. Но в течение 3,2 секунд (это время плавного пуска) напряжение на насос подаётся через симистор, что обеспечивает «мягкий пуск», без искр на контактах реле.

При таком запуске максимальный пусковой ток превышает рабочий не более чем в 2,0-2,5 раза вместо 5-8 раз. Используя УПП-2,2С, мы в 2,5-3 раза уменьшаем пусковые нагрузки на насос и во столько же раз продлеваем жизнь насосу, обеспечиваем более комфортную работу приборов, подключённых к электрической сети. УПП-2,2С можно назвать устройством с ресурсосберегающей технологией.

Устройство плавного пуска асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель получил большое применение благодаря своей простоте, надежности и дешевизне. Именно поэтому он широко используется в промышленности. Чтобы улучшить его характеристики и продлить время службы, существуют различные устройства, которые позволяют регулировать, запускать или защищать двигатель. Одним из них является устройство для плавного пуска (УПП) или софт-стартер. Хотя термин “софт-стартер” применим и к различным электромагнитным муфтам, частотным преобразователям и вообще любым устройствам, позволяющим осуществить плавный пуск двигателя.

Современное устройство плавного пуска асинхронного двигателя заменяет более примитивные способы, типа пуска переключением со звезды на треугольник или реостатного пуска. Следует понимать, что УПП стоит недешево и применение его должно быть оправданным. Цена, конечно же, зависит от мощности, функций пуска и защиты и лежит в пределах от 2000 до 100 000 рублей и выше.

Зачем нужен плавный пуск двигателя?

При запуске двигателя, возникает большой пусковой момент, это связано с тем, что двигателю необходимо преодолеть момент нагрузки на валу. Для того чтобы создать такой момент, двигателю нужно много энергии из сети, с этим связана первая проблема при запуске – просадки напряжения. Это может неблагоприятно сказаться на других потребителях этой сети. Кроме того, резкий рывок в момент пуска, связанный с большим моментом, может повредить механические части привода.

Еще одной проблемой возникающей при запуске являются большие пусковые токи. Эти токи, протекая по обмотке двигателя, выделяют большое количество тепла, при этом изоляция обмотки может прийти в негодность, что вызовет межвитковое замыкание и выход двигателя из строя.

Чтобы избавится от всех перечисленных выше негативных явлениях, при пуске, используют устройство плавного пуска, которое позволяет снизить пусковые токи, а следовательно снизить просадки напряжения и нагрев обмотки. Снижение пускового тока, приводит к снижению пускового момента, следовательно, смягчаются удары в момент пуска, что сохраняет механические детали привода. Большим преимуществом устройств плавного пуска является то, что пуск осуществляется с плавным ускорением, без рывков.

Оснащение

Внешне УПП представляет собой устройство прямоугольной формы и средних размеров. В нем имеются выводы для подключения двигателя и управляющей цепи. Некоторые устройства дополняются жидкокристаллическими экранами, индикаторами и кнопками, с помощью которых можно устанавливать различные режимы пуска, снимать показания, ограничивать величину тока и т.д. Также на корпусе присутствуют сетевые разъемы для обмена данными и программирования.

Функции

Устройство плавного пуска позволяет не только обеспечить запуск, но и останов двигателя. Кроме того, в нем присутствуют различные функции защиты двигателя, например от короткого замыкания, перегрева, обрыва фаз, превышения пусковых токов, от понижения или повышения напряжения питания.

УПП имеет функцию запоминания ошибок, которые могли возникнуть в процессе работы, с помощью разъема для обмена данными можно их считать и расшифровать.