Устройства плавного пуска электродвигателя: функции, виды и стоимость решений

Недостатки электродвигателя, такие как высокий пусковой ток и большая нагрузка на механические узлы приводимого в действие оборудования, часто возникают при запуске. Решением этих проблем является применение устройств плавного пуска (УПП). В данной статье мы расскажем о том, как выбрать УПП и какие задачи оно может решить.

В современном мире скорости, производительности и эффективности, электродвигатели имеют множество различных типов — от внутреннего сгорания до ядерных и пневматических. Но, выбор промышленности пал на асинхронные двигатели переменного тока, благодаря их простоте в конструкции, стабильности работы, высокой эффективности и бесшумности. Однако, традиционные асинхронные двигатели имеют недостатки в момент запуска. Высокий пусковый ток создает сильную нагрузку на питающую сеть, что может привести к снижению качества энергии и возникновению проблем в работе оборудования, подключенного к сети. Кроме того, резкий рывок при запуске сокращает срок службы механических узлов приводимого в действие оборудования.

Решением проблем являются устройства плавного пуска, которые позволяют избежать высокого пускового тока и снижения нагрузки на механические узлы оборудования. Устройства плавного пуска подходят для всех видов электродвигателей асинхронного типа. Выбор конкретного устройства плавного пуска зависит от ряда факторов, включая мощность и тип двигателя, требования к производительности и экологической безопасности. Устройства плавного пуска могут сократить расходы на энергию и увеличить срок службы механических узлов оборудования, что делает их необходимыми для бесперебойной работы промышленности.

Устройство плавного пуска (УПП) – это специальное устройство, которое предназначено для решения проблем, связанных с пуском электродвигателей. Как правило, основным недостатком пуска напрямую от сети является скачкообразная подача напряжения питания на двигатель. Обмотка статора двигателя имеет малое омическое сопротивление, а рабочее индуктивное сопротивление устанавливается только в момент выхода двигателя в «режим». В промежуток времени с момента включения в сеть до выхода двигателя в «режим» сопротивление очень мало и сила тока сильно возрастает. В результате получаем высокий пусковой ток, который достигает 6-8 или даже 10-12 кратного увеличения номинального тока потребления.

Для решения проблемы необходимо ограничить пусковые токи и осуществить плавный разгон двигателя до номинальных режимов. Использование УПП позволяет снизить нагрузки на механические узлы и значительно увеличить срок службы оборудования. Кроме того, УПП способен устранять рывки в механической части электропривода в момент запуска электродвигателей, а также гидравлические удары в трубопроводах и задвижках в момент пуска и остановки насосов.

Поэтому использование УПП является рациональным решением для предотвращения поломок и повышения надежности работы оборудования.

Принцип работы устройства плавного пуска асинхронного электродвигателя основан на подаче управляющего напряжения на тиристоры, которые проводят ток после подачи напряжения и закрываются при прохождении значения тока через ноль. Таким образом, тиристоры, являющиеся основным конструктивным элементом устройства, соединяются по симисторной схеме для каждой фазы трехфазной системы.

В нужные моменты времени управляющее напряжение подается на управляющие электроды всех тиристоров, благодаря чему напряжение на силовых клеммах электродвигателя можно регулировать. При этом, поскольку крутящий момент электродвигателя является функцией квадрата приложенного напряжения, возникает возможность регулировать механические нагрузки в электроприводе. Также возможно плавное остановление электродвигателей, приводящих в действие низкоинерционные нагрузки.

Однако, такие устройства могут справляться только с невысокими нагрузками или запуском двигателя вхолостую. При увеличении времени запуска возникает опасность перегрева двигателя и полупроводниковых элементов устройства, которые также могут выйти из строя. Кроме того, снижение напряжения приводит к снижению крутящего момента на валу.

Более новейшие устройства плавного пуска отличаются отсутствием указанных недостатков и делятся на амплитудные и частотные. Хотя последние дороже и сложнее в установке и наладке, их использование оправдывает себя при эксплуатации в условиях, когда для решения задач необходимо изменять скорость вращения электродвигателя.

Существует два основных типа устройств плавного пуска (УПП):

1. Регуляторы напряжения без функции обратной связи.
2. Регуляторы напряжения с функцией обратной связи.

Давайте разберемся подробнее с каждой из этих групп.

1. Регуляторы напряжения без обратной связи: это наиболее распространенный тип УПП. Здесь регулировка может производиться по двум или трем фазам, но только по заранее заданной программе, которую устанавливает пользователь. В программе указывается время и начальное напряжение запуска. При таком способе пуска пусковой ток и момент уменьшаются. Кроме того, здесь есть возможность плавного останова. Однако невозможно регулировать момент в зависимости от нагрузки на двигатель.

2. Регуляторы напряжения с обратной связью: это усовершенствованный вариант предыдущей группы. Контролируют фазовый сдвиг между напряжением и током в обмотках статора, используя полученные данные для регулировки напряжения на клеммах двигателя таким образом, чтобы запуск гарантированно произошел с наименьшим значением пускового тока и достаточным значением механического крутящего момента. Также полученные данные используются для работы защит от перегрузки, дисбаланса фаз и пр.

Существуют также УПП, имеющие следящие цепи, которые позволяют контролировать нагрузку в каждый конкретный момент времени. Они подходят для приводов, характеризующихся тяжелыми и очень тяжелыми пусковыми режимами. Для таких приводов обычно рекомендуется использовать преобразователи частоты. Такие УПП позволяют эффективно снизить энергопотребление.

Применение устройств плавного пуска

В настоящее время устройства плавного пуска (УПП) широко используются во всех областях, где работают электродвигатели. Однако, при выборе конкретного устройства необходимо учитывать нагрузку на двигатель и частоту его запусков.

Если нагрузка на двигатель невелика, а запуск происходит редко (например, в шлифовальных станках, некоторых вентиляторах, роторных дробилках, вакуумных насосах), то для этих целей подойдут регуляторы без обратной связи или регуляторы пускового момента.

В случае, когда требуется работа с высокой нагрузкой, с частым и инерционным запуском (как, например, в ленточной пиле, центрифуге, сепараторе, распылителе, лебедке, вертикальном конвейере), целесообразно выбирать регуляторы напряжения с обратной связью и, возможно, с запасом по номиналу.

Однако следует помнить, что в Европе законодательно запрещено запускать электродвигатели мощностью 15 кВт и выше, если они не оснащены устройствами плавного пуска.

Фото: freepik.com