Электрические двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором отличаются простотой конструкции, невысокой стоимостью и являются самыми распространенными электрическими машинами. Однако, электродвигатели такого типа имеют недостатки, препятствующие их применению в ряде случаев.
При непосредственном пуске электродвигателя от коммутирующего электроаппарата момент на валу превышает номинальный в 1,5 – 2 раза, потребляемый двигателем ток в 3-8 раза.
Для того чтобы устранить эти недостатки, используют устройства плавного пуска или УПП (устройство плавного пуска). Эти устройства предназначены:
Для обеспечения плавного пуска и остановки.
Для снижения величины пускового тока.
Для синхронизации пускового момента с фактическим моментом нагрузки на валу.
До появления электронных устройств для ограничения пускового момента и тока широко применялись механические тормоза, муфты, реакторы, пусковые резисторы. Использование электронных УПП более эффективно. Уменьшение величины тока и момента при включении двигателя через устройство плавного пуска достигается плавным увеличением напряжения в обмотках электрической машины.
Преимущества и недостатки
Конструктивно синхронные двигатели сложнее асинхронных, но они имеют ряд преимуществ:
Работа синхронных электродвигателей в меньшей степени зависит от колебания напряжения питающей сети.
По сравнению с асинхронными, они имеют больший КПД и лучшие механические характеристики при меньших габаритах.
Скорость вращения не зависит от нагрузки. То есть колебания нагрузки в рабочем диапазоне не влияют на обороты.
Могут работать со значительными перегрузками на валу. Если возникают кратковременные пиковые перегрузки, повышением тока в обмотке возбуждения компенсируют эти перегрузки.
При оптимально подобранном режиме тока возбуждения, электродвигатели не потребляют и не отдают в сеть реактивную энергию, т.е. cosϕ равен единице. Двигатели, работая с перевозбуждением, способны вырабатывать реактивную энергию. Что позволяет их использовать не только в качестве двигателей, но и компенсаторов. Если необходима выработка реактивной энергии, на обмотку возбуждения подается повышенное напряжение.
При всех положительных качествах синхронных электродвигателей у них имеется существенный недостаток – сложность пуска в работу. Они не имеют пускового момента. Для запуска требуется специальное оборудование. Это долгое время ограничивало использование таких двигателей.
Как правильно выбирать УПП
Для эффективного применения устройств плавного пуска очень важно осуществить правильный выбор типономинала устройства. Основными критериями для выбора являются паспортные данные, используемого электродвигателя, тип его нагрузки и частота пусков. Различные задачи применения требуют различных пусковых характеристик, поэтому подбор устройства плавного пуска должен осуществляться с учетом указанных критериев для каждой задачи применения.
Характеристики пуска в зависимости от используемого оборудования или решаемой задачи могут быть разделены на несколько категорий.
Категории режимов работы:
■ Нормальный режим работы требует значения пускового тока не более 3,5 х I ном, при этом время пуска может быть в пределах 10 – 20 секунд.
■ Тяжелый режим работы характеризуется наличием нагрузки, имеющей большее значение момента инерции и требующее значение пускового тока до 4,5 х I ном с временем разгона приблизительно 30 секунд.
■ Очень тяжелый режим работы характеризуется большим значением момента инерции нагрузки, пусковым током до 5, 5 х I ном и длительным временем разгона.
Таблица для подбора оборудования
Нагрузка, режим
Нормальный
Тяжелый
Очень тяжелый
Варианты плавного пуска асинхронных двигателей:
Технология плавного пуска (УПП)
Мягкие пускатели по своим свойствам и возможностям делятся на четыре различных категории:
1. Регуляторы пускового момента
Регуляторы пускового момента контролируют только одну фазу трехфазного двигателя. Управление одной фазой может обеспечить контроль пускового момента двигателя, но пусковой ток снижается при этом незначительно. Ток, текущий по обмоткам двигателя, почти равен току при прямом пуске и не контролируется пускателем. Такой ток протекает по обмоткам двигателя в течение более длительного времени, чем при прямом пуске, поэтому может вызвать перегрев двигателя.
Регуляторы пускового момента не могут использоваться там, где необходимо снижение пусковых токов, обеспечение частых пусков, а также для пуска высокоинерционных нагрузок.
2. Регуляторы напряжения без обратной связи.
Регуляторы напряжения без обратной связи изменяют выходное напряжение в соответствии с заданным пользователем темпом и не имеют сигнала обратной связи от двигателя. Они отвечают стандартным требованиям по электрическим и механическим характеристикам, предъявляемым к мягким пускателям, и могут управлять напряжением как в двух, так и во всех трех фазах двигателя.
Процесс пуска определяется пользователем путем задания начального напряжения и времени нарастания напряжения до номинального значения. Многие из таких приборов обеспечивают также ограничение пускового тока, но обычно такое ограничение основано на снижении напряжения в процессе пуска. Обычно такие регуляторы обеспечивают и управление замедлением, плавно снижая напряжение при останове и увеличивая таким образом его продолжительность.
Двухфазные регуляторы напряжения без обратной связи снижают пусковой ток во всех трех фазах, но ток при этом оказывается несбалансированным. Регуляторы, изменяющие напряжение в одной фазе, также имеют ограниченные возможности регулирования времени пуска, однако из-за перегрева двигателя могут использоваться только при легких нагрузках.
3. Регуляторы напряжения с обратной связью
Регуляторы напряжения с обратной связью являются развитием устройств, описанных выше. Они получают информацию о токе двигателя и используют ее для приостановки увеличения напряжения в процессе пуска при достижении током предельного значения, заданного пользователем. Информация о токе используется также для организации различных защит, например, от перегрузки, дисбаланса фаз, электронной шпонки и т.п.
Регуляторы напряжения с обратной связью могут использоваться как комплексные системы пуска двигателя.
4. Регуляторы тока с обратной связью.
Регуляторы тока с обратной связью являются наиболее прогрессивными устройствами плавного пуска. Эти приборы в первую очередь регулируют ток, а не напряжение. Прямое управление током обеспечивает более точное управление пуском, а также более простую настройку и программирование мягкого пускателя. Большинство параметров, требующих установки при программировании регуляторов напряжения, в регуляторах тока устанавливаются автоматически.
Пуск на пониженное напряжения
При пуске на полное напряжение через асинхронный двигатель в первый момент протекает ток, равный току при заклиненном роторе, при этом двигатель развивает пусковой момент. По мере разгона ток падает, а момент сначала увеличивается до критического, а затем падает до значения, характерного для номинальной скорости. Реальная форма кривых тока и момента зависит от конструкции двигателя.
Процесс пуска различных двигателей с одинаковыми характеристиками на номинальной скорости может сильно различаться. Начальный пусковой ток может меняться от 500 до 900 % от номинального тока. Аналогично пусковой момент может изменяться от 70 до 230 % от номинального. Эти характеристики зависят от конструкции двигателя и являются ограничениями при любых применениях мягких пускателей.
Для применений, где необходимо получить максимальный пусковой момент при минимальном пусковом токе, необходимо использовать соответствующие двигатели.
При снижении напряжения пусковой момент, развиваемый двигателем, снижается в квадрате по отношению к снижению тока, как показывает формула ниже:
Mст = Mпуск х (Iст/Iпуск)2,
Mст = Пусковой момент
Iст = Пусковой ток
I пуск = Номинальный пусковой ток
М пуск = Номинальный пусковой момент
При использовании мягких пускателей со снижением напряжения начальный пусковой ток может быть снижен только до такого уровня, при котором пусковой момент еще превышает момент нагрузки. Если момент двигателя окажется меньше момента нагрузки в любой точке графика пуска, разгон двигателя прекратится, и механизм не наберет номинальной скорости.
Пускатели звезда/треугольник
Хотя пускатели звезда / треугольник являются наиболее часто используемым видом пусковых устройств, их применение возможно только при очень небольших нагрузках.
При пуске двигатель сначала подключается в звезду, при этом ток и момент снижаются до 1/3 от номинальных значений при включении в треугольник. После заданного пользователем интервала времени двигатель отключается от сети и вновь подключается к ней по схеме «треугольник».
Чтобы такой пуск был эффективным, двигатель должен быть способен развить момент, необходимый для набора полной скорости при включении в звезду. Переключение со звезды на треугольник при скоростях, существенно меньших номинальной, приводит к значениям тока и момента, сравнимым с процессом прямого пуска.
В дополнение к броскам тока и момента, при переходе со звезды на треугольник происходят и другие тяжелые переходные процессы. Амплитуда переходных процессов зависит от фазы и амплитуды напряжения, генерируемого двигателем в момент переключения. В худшем случае генерируемое напряжение равно напряжению сети и находится в противофазе к нему. В этом случае ток может превосходить номинальное пусковое значение в два раза, а момент – в четыре.
Пускатели с автотрансформатором
Пускатели этого типа используют автотрансформатор для снижения напряжения, подводимого к двигателю во время пуска. В них используется определенное количество отводов, позволяющих путем изменения напряжения скачками менять пусковой ток и момент. Такой процесс увеличения напряжения обеспечивает возможность достижения полной скорости до перехода на номинальное напряжение, минимизируя скачки тока и момента в переходном процессе. Однако поскольку количество отводов ограничено, достигнуть высокой точности управления невозможно.
В отличие от пускателя звезда-треугольник, пускатель с автотрансформатором является прибором с замкнутыми переходными процессами. Поэтому жесткие переходные процессы в кривой тока и момента на протяжении пуска от пониженного до номинального напряжения отсутствуют.
Поскольку имеется падение напряжения на автотрансформаторе, это приводит к снижению момента на всех скоростях двигателя. При работе на высокоинерционную нагрузку время пуска может выйти за безопасный или приемлемый предел, а при работе с переменной нагрузкой оптимальное поведение системы получить не удается.
Обычно автотрансформаторные пускатели используются при нечастых пусках, до 3 пусков в час. Пускатели, рассчитанные на более частые или жесткие условия пуска, оказываются слишком большими и дорогими.
Пускатели с резисторами в цепи статора
Пускатели с резисторами в цепи статора используют металлические или жидкостные резисторы для снижения напряжения, подводимого к статору. Такие пускатели обеспечивают эффективное снижение пускового тока и момента двигателя и работают очень хорошо при правильном выборе резисторов.
Для точного выбора резисторов на этапе проектирования должны быть известны параметры двигателя, нагрузки и режимов работы. Такая информация обычно труднодоступна, поэтому резисторы выбираются приближенно, что приводит к ухудшению процесса пуска и снижению надежности.
Сопротивление резисторов меняется по мере их нагрева в процессе пуска. Чтобы сохранить параметры пуска и повысить надежность системы, обычно устанавливаются реле задержки повторного пуска.
Из-за большого выделения тепла на резисторах пускатели с резисторами в цепи статора не применяются для пуска высокоинерционных нагрузок.
Устройства плавного пуска (УПП)
Электронные устройства плавного пуска представляют собой наиболее совершенные приборы для организации пуска путем снижения напряжения. Современная технология обеспечивает управление пусковым током и моментом. Наиболее совершенные системы обеспечивают также комплексную защиту двигателя и интерфейсные функции.
Плавный пуск обеспечивает следующие основные функции пуска и останова:
Плавное изменение напряжения и тока без скачков и переходных процессов.
Возможность полного управления пусковым током и моментом путем несложного программирования.
Возможность частых пусков без изменения поведения системы.
Оптимальный процесс пуска даже в тех применениях, где нагрузка меняется от пуска к пуску.
Плавный останов в системах, подобных насосам и конвейерам.
Торможение для снижения времени останова.
Типовые требования к пусковому току.
Приведенная таблица предназначена только для предварительного выбора. Реальные требования к пусковым токам зависят от характеристик механизма и двигателя. Подробнее см. Пуск на пониженное напряжение.
Как правильно выбрать УПП (устройство плавного пуска)
Телефон/Факс : , E-mail: info@matrixgroup.su, Время работы: с 9.00 до 18.00 (без обеда).
На рынке представлено множество моделей, различающихся своей функциональностью. Для примера отметим семейство CSX:
CSX – устройство плавного пуска/останова трехфазных АД общепромышленного типа. Подключается к общепромышленной сети (200-440 В или 200-575 В), диапазон мощностей до 110 кВт. Габариты компактные (устройства на токи 60А устанавливаются на DIN-рейку).
CSXi – отличается от собрата функционалом, добавлен комплекс функций защиты двигателя и контроль тока.
Сразу после запуска двигателя крутящий момент за доли секунды может достигать 150–200 %, а ток – 600–800 % от номинального. Из-за этого в местной электросети возникает падение напряжения, которое может создавать проблемы. Если падение слишком велико, есть риск, что не запустится и сам двигатель.
Главная задача УПП – обеспечение бесступенчатого, плавного разгона и остановки электродвигателя за счет регулирования величины напряжения. Плавный пуск положительно влияет на функционирование системы и предотвращает разнообразные негативные проявления: соударения шестеренок внутри редукторов, проскальзывание клиновидных ремней, гидравлические удары в трубопроводах, колебания в конвейерных системах и т. д.
Устройства плавного пуска изготавливаются в строгом соответствии с требованиями стандарта EN60 947-4-2 / IEC.
Устройство плавного пуска DS7
Модели устройств плавного пуска из серии DS7 представляют собой простые и экономичные решения для применения в целом ряде отраслей, а также для замены пусковых сборок по схеме «Звезда–Треугольник». Помимо этого, данное оборудование обеспечивает плавный пуск небольших конвейеров, насосов и вентиляторов.
Устройство плавного пуска S811+
Новые софтстартеры серии S8x1+ обеспечивают плавный пуск насосов, конвейеров и вентиляторов. К числу дополнительных преимуществ использования таких УПП относятся максимально компактные размеры в классе, расширенная функциональность и самый большой на рынке набор встроенных защит как системы, так и двигателя.
Загрузка...
