Устройство плавного пуска электродвигателя

Пусковые ток и момент асинхронного электродвигателя ничем не ограничены, кроме конструкции самого электромотора. Повышенный момент, пропорциональный квадрату тока машины, при быстром пуске приводит к ускоренному износу механизма, а при длительном запуске и работе на пусковых токах обмотки перегреваются, и двигатель может выйти из строя.

Для того чтобы избежать этих проблем используется устройство плавного запуска. Другое название таких аппаратов - софтстартер (мягкий старт).

Что такое устройство плавного пуска электродвигателя и его принцип действия

Эти приборы обеспечивают медленный и равномерный пуск, а также, при необходимости, плавную остановку аппарата.

Виды УПП

Такие приборы есть разных типов:

• Механические. Ограничивают момент, передаваемый на механизм, и обеспечивают медленный разгон. Это электрические и механические тормоза, противовесы и другие устройства.
• Контакторные схемы. Обеспечивают плавный пуск включением дополнительных сопротивлений в цепь статора в двигателях с короткозамкнутым ротором или в цепь ротора в электромашинах с фазным ротором. При запуске многоскоростного аппарата пуск производится последовательным переключением с пониженной скорости на более высокую.
• Электрические. Эти приборы ограничивают силу тока, причем, чем меньше ток, тем дольше производится запуск.

Электрические УПП

Принцип работы таких устройств основан на непосредственном управлении напряжением на двигателе и потребляемым током. Эти приборы при включении выдают на электродвигатель пониженное напряжение и постепенно поднимают его до номинального. Чем больше запрограммированное время запуска, тем ниже начальное напряжение и ток машины.

Амплитудные и фазовые методы управления напряжением

Управление выходным напряжением электрического УПП осуществляется двумя способами:

• Амплитудный. В момент пуска нагрузка на двигателе отсутствует, например, в приводе вентилятора или насоса и управление осуществляется по величине (амплитуде) тока.
• Фазовый. В перегруженных машинах, а также в период пуска cosφ превышает номинал и устройство с фазовым управлением уменьшает напряжение и ток.

Важно! В обычных условиях электромашины работают с нагрузкой и cosφ ниже номинальных. Аппараты с фазовым управлением понижают напряжение и ток, что повышает КПД и экономит электроэнергию. Применение таких приборов определяется экономическими расчётами.

Управление УПП

Управление УПП осуществляется двумя способами - аналоговым и цифровым. Аналоговое управление менее функционально, отсутствуют дополнительные настройки и табло, отображающее ход запуска и параметры электромашины. Однако эти устройства надёжнее и дешевле, чем цифровые, в основе которых микропроцессор.

Интересно! При прохождении через устройство плавного пуска тока оно греется, поэтому после запуска оно шунтируется встроенным пускателем. Если этого не делать, то необходимо увеличить радиаторы элементов и обеспечить отвод большего количества тепла, что приводит к росту габаритов устройства.

Применение устройства плавного пуска электродвигателя

Главные сферы использования таких устройств - аппараты с большим временем пуска, маховики и механизмы с насосно-вентиляторными характеристиками.

Насосы

При запуске насоса и его остановке происходит гидравлический удар, связанный с резким повышением давления в системе и несжимаемостью жидкости. Эти удары разрушают трубопроводы и запорную арматуру.

Для предотвращения таких ситуаций скорость вращения электромашины, насоса и давление в системе должны повышаться постепенно. Использование систем плавного пуска помогает увеличить межремонтные периоды и уберечь оборудование от аварий.

Вентиляторы

В конструкции большинства мощных вентиляторов есть лопасти большого диаметра или колесо, так называемая беличья клетка. Это устройства, обладающие большим моментом инерции и длительным периодом пуска. Поэтому в период запуска ток достигает недопустимых величин или, при наличии клиноременной передачи, происходит проскальзывание ремней и их повышенный износ. УПП делает период запуска более продолжительным и помогает избежать этих проблем.

Справка! Уменьшить нагрузку при запуске можно закрыв заслонкой отверстие забора воздуха.

Центрифуги и турбокомпрессоры

Процесс запуска и возникающие при этом проблемы центрифуг и турбинных компрессоров аналогичен вентиляторам. Однако, если у вентиляторов стартовый момент близок нулю, то у центрифуги и компрессоры он может достигать значительной величины. Настройки и характеристики УПП должны учитывать этот момент.

Плавный пуск возможен только при сбалансированной нагрузке. Иначе в период запуска возникает сильная вибрация, пропадающая только при достижении номинальных оборотов.

Мешалки, мельницы, дробилки

Момент нагрузки у этих механизмов не зависит от скорости вращения. Устройства плавного пуска исключают ударное воздействие быстрого пуска, но остаётся опасность токовой перегрузки. Полноценный плавный запуск возможен только при отсутствии загрузки аппарата.

Конвейеры и редукторы

В шестерёнчатых редукторах при запуске происходят удары зубьев ведущих шестерён о зубья ведомых. Это приводит к износу зубьев, их обламывания и выходу устройства из строя.

Устройство плавного пуска обеспечивает плавное соприкосновение зубчатых колёс, отсутствие ударных нагрузок и увеличение срока службы редукторов.

В конвейерах кроме зубчатых передач используются ременные, и плавный пуск предохраняет ремни от проскальзывания и повышенного износа.

Число фаз в устройствах плавного пуска электродвигателя

Устройства плавного пуска отличаются по числу фаз.

Однофазные

Такие софтстартеры используются для запуска маломощных однофазных электромашин в бытовой сети 220В.

В конструкции однофазных УПП находится один тиристорный ключ, состоящий из двух, включённых встречно-параллельно тиристоров (или одного симистора). Этот ключ подключается к фазному проводу. Нейтральный провод подключается напрямую.

Трехфазные с двумя тиристорными группами

Такие приборы обеспечивают плавный пуск трёхфазных промышленных электромашин в лёгких и средних условиях запуска.

В трехфазном софтстартере типа находится два тиристорных ключа. Они подключаются к двум фазам, а третья фаза подключается напрямую.

Важно! Из-за того, что регулировка напряжения осуществляется только по двум фазам, такие устройства непригодны для пуска мощных электромашин и в тяжёлых условиях пуска.

Трехфазные с тремя тиристорными группами.

Эти устройства осуществляют регулировку параметров электромашины и используются для пуска механизмов в средних и тяжёлых условиях запуска.

Трехфазные устройства плавного пуска содержит три тиристорных ключа, расположенных во всех трёх фазах. Нейтраль не разрывается и используется только для управления электронной платой.

Все виды устройств плавного пуска обеспечивают плавный пуск и остановку электромашин. Несмотря на наличие встроенных защит, они не отменяют установку защитной аппаратуры типа автоматических выключателей, УЗО и реле напряжения.