Устройство плавного пуска электродвигателя принцип работы

Устройства плавного пуска электродвигателей являются статическими электронными или электромеханическими устройствами, предназначенными для плавного ускорения и плавного замедления, а также для защиты трехфазных индукционных электродвигателей.

Устройства плавного пуска УПП осуществляют действия по снижению величины пускового тока и помогают осуществить согласование крутящего момента двигателя и момента нагрузки.

Принцип работы устройства плавного пуска

Управление напряжением, подаваемым на двигатель, осуществляется посредством изменения угла открытия тиристоров. В устройстве находятся два встречно-включенных тиристора, предназначенных для положительного и отрицательного полупериодов. Сила тока в третьей фазе, оставшейся без управления складывается из токов фаз под управлением.

После осуществления настройки, значение вращающего момента при пуске машины оптимизируется до предельно низкой величины пускового тока. Значение тока электродвигателя уменьшается параллельно значению установленного пускового напряжения на пуске. Величина пускового момента уменьшается в квадратичном отношении к напряжению.

Уровень напряжения осуществляет контроль пускового тока и момента двигателя при запуске и остановке двигателя.

Наличие в устройстве байпасных контактов, которые шунтируют тиристоры, способствует понижению тепловых потерь в тиристорах, а соответственно понижению нагрева всего устройства. Встроенная электронная дугогасительная система защищает контакты в случае появления повреждений в результате непредвиденных сбоев в работе, например, при прерывании подачи напряжения, возникновении вибрации или дефекте контактов.

Рис 1. Внешний вид устройства плавного пуска 3RW30

Рис 2. Внутренняя схема устройства управления плавным пуском 3RW30

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.

Применение метода «баланс полярности» значительно понижает влияние значений постоянного тока во время разгона двигателя, соответственно снижается акустическая характеристика запуска, достигается это благодаря балансированию полуволн различной полярности в процессе разгона двигателя.

Интерфейс устройства

Интерфейс устройства плавного пуска УПП «человек-машина» разрешает производить настройку параметров, существенно облегчая и упрощая осуществление процесса запуска и эксплуатации двигателя. Встроенная функция управления насосом предотвращает возникновение гидравлического удара.

Рис3. Интерфейс устройства плавного пуска

Рис. Б. прикладной модуль AS-интерфейса

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

Интерфейс состоит из двух дисплеев с сегментными индикаторами и ЖК-дисплеем, позволяющим обеспечить видимость на значительном расстоянии, включает в свой состав описание параметров и сообщений.

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.

Плавный пуск для однофазного двигателя

Устройство плавного пуска однофазного электродвигателя, применяемого в быту, активируется при подаче

Uк выводам L1 и L2.

Рис 5. Схема лицевой панели устройства TSG предназначенного для однофазного двигателя

Происходит увеличение значение линейного напряжения в течение определенного отрезка времени до достижения его предельного значения. Выводы Т-2 и Т-3 постоянно запитаны от питающей сети. Время процесса регулируется регулятором, в диапазоне до 20 сек. С повышением параметров напряжения происходит увеличение вращающего момента. После окончания запуска, через шунтирующий контактор (байпас) происходит подключение двигателя от сети.

Рис. 6. Схема работы устройства плавного пуска TSG при положении регулятора момента вращения Моn =0, при котором начинается цикл плавного пуска

Устройство плавного пуска электродвигателя насоса

Устройство плавного пуска для насоса с использованием преобразователя частоты осуществляет следующие операции это:

  1. Осуществление плавного пуска и торможения насосного агрегата.
  2. Производство автоматического коммутирования в зависимости от показателей уровня и параметров давления жидкости.
  3. Защиту агрегата от «сухого хода», то есть без жидкости.
  4. Защита агрегата при критическом снижении параметров напряжения.
  5. Осуществление защитных действий от перенапряжения на входе преобразователя.
  6. Сигнализирует о включении, отключении агрегата, а также при аварии.
  7. Осуществляет местный обогрев.

Рис. 7. Устройство плавного пуска схема принципиальная, для автоматизации работы погружного насоса с поддержкой давления в полном автоматическом режиме

Подключение электродвигателя осуществляется от контактов U,V,W преобразующего частотного устройства. Пусковая кнопка SB2 вызывает срабатывание реле К1 через ее контактную группу происходит соединение вводов STF и PS частотного преобразователя, который производит плавный запуск электрического насоса, который осуществляется по заложенному программному обеспечению, включенному в настройку устройства.

Датчик определяющий давление ВР1 запитан от ввода преобразователя, делает возможной наличие обратной связи в цепи стабилизирующей давление. Работа этой системы происходит при обеспечении ПИД-регулятора. Потенциометр К1 или частотный преобразователь выполняют функцию по поддержанию заданных параметров давления. Насосный агрегата, при появлении «сухого» хода, должен отключаться для зашиты, в этом случае, контакты 7-8 в цепи катушки реле К3 замыкаются, отключение происходит при срабатывании датчика «сухого» хода подключенного от реле сопротивления А2 . Реле К2 осуществляет защитную функцию по отключению электродвигателя агрегата при аварии. При аварии происходит включение лампыНL1, лампа НL2 зажигается после срабатывания датчика реагирующего на понижение водяного уровня, на недопустимое значение.

Термореле ВК1 осуществляет включение подогрева шкафа управления контактором КМ1, электронагревателей ЕК1 и ЕК2. Защита устройства от тока короткого замыкания и перегруза производится автоматом QF1.

Высоковольтное устройство плавного пуска его отличительные особенности

Рис 8. Схема высоковольтного устройства плавного пуска

К отличительным особенностям относятся:

  1. Наличие оптоволоконного управления тиристорами.
  2. Управление на микропроцессорах.
  3. Способность к работе при повышенной температуре.
  4. Возможность задания различных алгоритмов и характеристик пуска и торможения для разных видов нагрузки.
  5. Способность к интеллектуальной защите.
  6. Возможность осуществления пуска при слабых источниках питания.
  7. Осуществление степени защиты от IP 00 доIP 65

Важно: при наладке устройства плавного пуска нужно чтобы установленное время разгона было больше физического времени разгона двигателя, иначе присутствует возможность получения повреждения устройства, так внутренние байпасные контакты замыкаются по истечении времени пуска. В том случае если не произошел разгон двигателя, может выйти из строя система байпасных контактов.

Важно: автоматический повторный пуск опасен не только повреждением устройства, но и может привести к смерти людей и тяжелому травматизму.

Команда запуск, обязана сбрасываться до команды сброса, так как при наличии команды запуска после команды сброса, автоматически выполняется повторный перезапуск. Особенно это касается защиты двигателя.

Для безопасности желательно присоединить выход общей ошибки в систему управления.

Рекомендация: нежелательность автоматического пуска, диктует необходимость присоединения дополнительных компонентов, например, устройства выпадения фазы или нагрузки, с цепями управляющего и главного тока.

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

Читайте также:  Где лучше посадить клематисы на участке

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 (UBX) поступает на вход выпрямителя (1). Далее для сглаживание выпрямленного напряжения (UВЫПР) применяется конденсаторный фильтр (2). Затем уже постоянное напряжение (Ud) 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 IНОМ, 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.

Читайте также:  Стойка для жима лежа своими руками

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 Iном.
  • Тяжелый: пуск порядка 30 секунд, тока при пуске не превышает 4,5 Iном
  • Сверхтяжелый: время разгона не ограничено, системы с большое инерцией, пусковой ток в диапазоне 5,5…8 Iном

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.

Во время начала работы мотора, функционирующего при помощи электрической энергии, возникает достаточно большая нагрузка на оборудование со значительным превышением. Также из-за этого может случиться просадка уровня напряжения, что тоже негативно сказывается на работе. В таких случаях требуется устройство плавного пуска электродвигателя, отвечающее за мягкий запуск мотора без побочных эффектов. Это позволяет в полной мере избавиться от негативных последствий для двигателя и техники, а также обеспечить значительное продление срока службы и более эффективное функционирование. Используется подобное оборудование только при взаимодействии с двигателями асинхронного типа.

Зачем нужно УПП?

Устройство плавного пуска электродвигателя обозначается специальной аббревиатурой УПП – именно под таким наименованием его часто можно встретить в различной справочной литературе или каталогах. Зачем оно требуется в системе? Дело в том, что при запуске двигателя крутящий момент дает очень большую нагрузку, которая значительно превышает номинальную, то же касается и пусковых токов. Все это приводит к появлению ряда неприятных проблем.

  1. Может повредиться изоляция на обмотках, и тогда аппарат прекратит свою работу, запустить его не получится.
  2. Кинематическая цепь может полностью выйти из строя из-за различных повреждений и ударов.
  3. Тяжелый пуск, который не дает устройству работать нормально.

Все эти моменты требуют использования такого приспособления, как устройство плавного пуска двигателя. С ним мотор будет работать нормально, постепенно разгоняясь без лишних рывков, а значит, перегрузки не будут влиять на состояние и работоспособность агрегата. Также это способствует сохранению хорошего состояния изоляции.

Как понять, что происходит тяжелый пуск, и требуется устройство плавного пуска двигателя для нормальной работы? Это явление обычно появляется в определенных случаях, когда его можно распознать по некоторым признакам:

  1. Пуск может быть тяжелым, если используемый источник питания не справляется со своими функциями. В этом случае устройство требует от сети такой ток, который она может выдать только под максимальным напряжением, либо не способна работать с такими параметрами в принципе. При совершении запуска будут отключаться автоматы и элементы системы, начнут мигать лампочки с индикаторами и тоже отключатся, генератор прекратит свою деятельность. Однако стоит учесть, что в такой ситуации установка УПП поможет, только если данная сеть способна дать 250 процентов от номинального имеющегося значения тока, тогда при плавном пуске конкретный двигатель сможет работать от нее. Если же источник питания не способен выдавать такие показания, то и смысла в установке дополнительных устройств нет, они все равно не помогут работе, нужно подключаться к другой сети.
  2. Во время тяжелого пуска работающий двигатель может не запускаться напрямую, видно, что он не начинает двигаться или не может разогнаться до нужной при функционировании скорости, в результате чего срабатывает защитная система. Для решения задачи не поможет УПП, но можно дополнительно попробовать использовать другое устройство – преобразователь частоты, который исправит ситуацию.
  3. В некоторых случаях запуск может быть хорошим, но включается защитный автомат. В этом случае может помочь устройство плавного пуска двигателя, причем, чем ближе конкретная получаемая частота вращения находится непосредственно к номинальной в то время, когда срабатывает защита, тем выше шансы на успех и удачное разрешение этой проблемы.
Читайте также:  Доплата одиноко проживающим пенсионерам

Некоторые приборы УПП обладают дополнительными функциями, которые способствуют оптимальной работе асинхронных двигателей:

  1. Могут защитить от случайного возникновения короткого замыкания при пуске в ход и последующих повреждений.
  2. Способны предотвратить внезапный обрыв фазы.
  3. С его помощью можно исключить повторное включение, являющее незапланированным.
  4. Защитит от превышения допустимого уровня нагрузок.

Подобные приспособления помогают не только обеспечить плавный и спокойный запуск двигателя без лишних нагрузок на систему, но и провести такую же плавную остановку, которая способствует увеличению срока службы агрегата и более эффективному функционированию. Также один из плюсов использования этого устройства – возможность подобрать ИПБ с меньшей мощностью, если есть необходимость в использовании подобного источника.

Принцип действия механизма

Стартсофтеры – это еще одно название подобных систем, калька с их английского наименования. Они бывают двух типов, которые отличаются по способу действия и особенностям функционирования. Это электрические и механические УПП.

Механический способ регулирования является более простым, поскольку в его основе лежит несложное действие – он принудительно сдерживает нарастающую скорость вращения при запуске, чтобы не дать образоваться слишком большой нагрузке. Для этого применяются различные детали и механизмы, которые воздействуют механическим путем, помогая регулировать работу и получать нужные параметры. Конечно, каждый из этих вариантов обладает своими особенностями и характерными принципами работы, но выполняют они одну и ту же задачу.

Представить способ механического воздействия достаточно легко. Если вращающегося диска коснуться каким-либо предметом, скорость движения замедлится, поскольку возникнет сила трения, направленная в противоположную сторону. Элементу нужно будет больше времени, чтобы разогнаться, и такой процесс будет происходить более плавно. Вот так действуют механические регуляторы.

У электрических регуляторов принцип действия сложнее, там работа осуществляется за счет специальных элементов в электрической цепи, которые ограничивают подачу напряжения. Чтобы разобраться, как именно и по какому типу работает УПП с таким принципом, нужно внимательно изучить сам процесс. Это момент, когда электроэнергия преобразуется в кинетическую, из-за чего и происходит начало работы мотора. Также в это время сопротивление увеличивается – от малых показателей к максимальным. И уровень тока по своей силе действия максимален, о чем говорит закон Ома. Это значит, что поступающая энергия в такой момент, согласно закону, должна передаваться с большой скоростью. А если подключить двигатель с использованием специального стартсофтера, то в действие вступает вторая формула этого закона, в итоге энергия передается по-прежнему с таким же уровнем, быстро, но выходит уже иначе, медленно, поскольку напряжение ограничивается. Чем меньше будет имеющаяся сила тока, тем больший промежуток времени потребуется агрегату на разгон, и при этом он будет плавным.

Существует несколько параметров, от которых следует отталкиваться при необходимости выбора подобного элемента:

  1. Нужно правильно подобрать агрегат таким образом, чтобы его предельная сила тока соответствовала мотору, с которым он будет использоваться – в этом заключается залог нормальной работы.
  2. Существует параметр запусков в час, которых может быть определенное количество, обычно он указывается в эксплуатационных характеристиках УПП, и при работе нельзя превышать это значение.
  3. Напряжение этого устройства не должно быть меньше, чем уровень, который имеется в сети.

Стоит отдельно отметить специализированные УПП для насосов, которые предназначены для снижения гидравлических ударов, негативно влияющих на трубопровод. При полностью заполненных трубах использование такого механизма позволяет практически полностью устранить эти удары, тем самым, продлевая срок службы всей системы коммуникаций. Вот почему приобретение устройства для насоса будет хорошим решением, использовать его можно не только на моторах различных машин.

Есть и устройства плавного запуска, предназначенные для электроинструментов, у них тоже имеется своеобразная специфика, поскольку при работе таких агрегатов получается сочетание динамических нагрузок и больших оборотов, например, можно увидеть это при работе шлифовальной машинки. Характерная особенность состоит в том, что нагрузка возникает не только во время пуска, но и при каждой подаче, поэтому инструменту нужно обеспечить надлежащую защиту.

Управление системами электрического типа

Говоря об электрических стартсофтерах, стоит отметить, что у них бывает два вида управления, которые также отличаются своими характеристиками. Система может быть амплитудной или фазовой.

  1. Первый вариант основывается на постепенном и неспешном увеличении подающегося напряжения, поступающего непосредственно на клеммы, которое мягко и плавно возрастает до максимального показателя. В этом случае можно при использовании техники запускать моторы без проблем с небольшой нагрузкой по минимуму или даже вхолостую.
  2. Фазовые установки не снижают мощность мотора, а регулируют состояние тока по фазам, поэтому можно запустить двигатель даже с большим уровнем нагрузки. Плавное увеличение мощности можно установить и в рабочем режиме.

Устанавливать стартсофтер на двигатель или нет – решает каждый владелец агрегата лично для себя. Однако стоит отметить, что за границей запрещено использовать устройства с мощностью более 15 тысяч Вт без УПП. Использование прибора без стартсофтера – не очень хорошая идея, поскольку она значительно сокращает срок службы и ведет к поломкам, а это означает лишние затраты, которые будут гораздо более глобальными, чем расходы на покупку УПП.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *