Как работает плавный пуск электродвигателя?

Содержание

• Пусковые токи: факторы риска
• Принцип действия плавного пуска
• Преимущества применения
• Области эксплуатации
• Классификация УПП
• Принципы выбора
• Вероятные проблемы при отсутствии УПП

Самый распространенный метод пуска электродвигателя – прямой, предполагающий выполнение единственной манипуляции, подключения оборудования к сети, показатели которой соответствуют номинальным рабочим параметрам. Непосредственно после включения привод быстро выходит на предельные обороты. С экономической точки зрения такое решение кажется выгодным, простым и оправданным, исключает потребность в дополнительных модулях, однако, с технической стороны все далеко не так однозначно.

Подробное изучение показывает, что алгоритм подходит исключительно для электродвигателей небольшой мощности. Причина – минимальные стартовые токи, не представляющие большой опасности для приводных обмоток, кабелей питания и других компонентов системы. Для мощных производительных аналогов требуются устройства плавного пуска (УПП), обеспечивающие защиту от множества негативных явлений.

Пусковые токи: факторы риска

В момент подачи питания на обмотку ротор находится в статичном положении. Чтобы активировать вращение, сдвинуть массивную деталь с места, необходима энергия, многократно превышающая ту, что требуется для поддержания достигнутых оборотов. Рост энергии негативно сказывается на состоянии энергосистемы, падает напряжение, из-за чего страдают другие подключенные к ней электроприборы, вдобавок испытывают высокие нагрузки и сами запускаемые двигатели, изнашиваются их механические компоненты, возникает риск пробоя изоляции.

Модули плавного пуска разработаны специально для того, чтобы исключить указанные негативные сценарии, сделать функционирование приводного комплекса максимально надежным, стабильным вне зависимости от особенностей и сферы эксплуатации.

Принцип действия плавного пуска

Понять принцип работы устройств плавного пуска можно, если поэтапно изучить алгоритм их действия. Стандартные УПП предполагают возможность настройки трех основных характеристик:

• длительность разгона;
• период остановки;
• напряжение в момент старта.

При активации напряжение электродвигателя зависит от третьей величины данного списка, его среднее значение составляет от 30 до 80 процентов от номинала. За снижение показателя отвечают тиристоры, изменение фаз их срабатывания дает возможность скорректировать напряжение привода, ток и интенсивность вращения ротора.

Увеличение времени разгона электродвигателей способствует уменьшению стартового тока, однако, рекомендуемая продолжительность – около 15 секунд, скорректировать это значение можно, руководствуясь видом конкретной нагрузки, периодом, достаточным для плавного разгона, достижения необходимых показателей по интенсивности вращения и силе тока. Если установлен чересчур длительный период, возникает риск критического повышения температуры тиристоров и их выхода из строя. Когда разгон завершен, тиристоры отключаются и основным рабочим компонентом становится контактор байпаса.

При поступлении команды на остановку привода контакторы не работают, в дальнейшей работе снова участвуют тиристоры, начинающие сброс фазы до нулевых значений. Если длительность остановки не играет особой роли, то рекомендованы минимальные показатели, до двух секунд, что положительно скажется на ресурсе тиристоров. Плавное торможение рекомендовано, например, для насосных групп, что позволяет исключить резкие перепады давления в циркуляционном контуре, сохранить целостность его сегментов и запорной арматуры.

Наиболее современные УПП работают и в других режимах, позволяют ограничивать токи запуска, автоматически корректировать крутящий момент электродвигателей. Для простоты настройки они укомплектованы информативными жидкокристаллическими дисплеями, клавишами, переключателями, а также предустановленными алгоритмами, каждый из которых соответствует определенному приводу и обслуживаемому комплексу, будь то кондиционер, рефрижератор, подъемный механизм, лифт, вентилятор или насос.

Преимущества применения

Комплектация электродвигателя УПП обеспечивает целый комплекс преимуществ:

• Обеспечение максимальной надежности элементов, формирующих механическую и электрическую части системы. К примеру, удается избежать вибраций, ударов между компонентами трансмиссии, что исключает риск их деформаций, структурного разрушения материала, образования трещин.
• Максимальная защита электромотора от сбоев питания, колебаний напряжения, перегрузок. Удается исключить работу привода под повышенной температурой, не допустить резкой остановки ротора.
• Оптимизация работы в режимах разгона и остановки.
• Выравнивание реальных пусковых токов и их нормативных значений.
• Возможность наладки эффективной системы ручного и автоматического управления всеми процессами, связанными с мотором.
• Возможность контроля всех основных показателей работы привода, что позволяет делать точные выводы относительно его состояния, необходимости проведения профилактического, сервисного обслуживания и ремонта.
• Невысокая стоимость, в особенности, если сравнить модули плавного пуска с частотными преобразователями.

Области эксплуатации

Использование таких устройств необходимо, чтобы исключить трудности с пуском следующего оборудования:

• вентиляционные модули;
• компрессоры;
• насосы, как в формате отдельных технических единиц, так и целых комплексов;
• строительное, производственное оборудование, мельницы, дробилки, миксеры и другая техника с повышенной инерцией;
• транспортеры, ленты конвейера;
• механизмы, в работе которых применяются редукторы, цепные, ременные системы передачи усилия.

Классификация УПП

Основной фактор при классификации модулей плавного пуска – технология подключения. С этой точки зрения они представлены тремя группами:

• Однофазные. Корректировка напряжения выполняется по единственной фазе. Используются они нечасто, из-за ограниченного функционала рекомендованы исключительно для электродвигателей малой мощности не более 11 киловатт. Примерами могут быть бытовые насосы, кондиционеры, вентиляторы.
• Двухфазные. В отличие от предыдущих аналогов, такие устройства позволяют корректировать токи пуска. Лимит мощности привода – 250 киловатт, что соответствует даже промышленным установкам. Единственное ограничение – невозможность компенсировать несимметричное снижение напряжения.
• Трехфазные. Наиболее технологичные, функциональные, совершенные устройства, подходящие для самых мощных моторов. Они гарантируют не только плавный, безопасный пуск, но и дают возможность корректировать крутящий момент, особенности разгона и торможения, исключают риск перегрева. Некоторые версии допускают наладку удаленного, автоматического управления приводным комплексом.

Принципы выбора

Помимо количества фаз, для корректной работы системы нужно учитывать перегрузочную способность УПП, стартовые и номинальные токи обслуживаемых электродвигателей, а также периодичность их включений и отключений. Номинал мотора по току однозначно должен быть ниже, чем аналогичный показатель УПП, в противном случае стабильность работы не гарантирована, перегрузка приведет к быстрому выходу оборудования из строя.

Вероятные проблемы при отсутствии УПП

В момент пуска образуются огромные объемы энергии. При регулярных пусках под высокими нагрузками они могут оказаться достаточными для перегрева приводных обмоток. Выраженность стартовых токов может быть шестикратного выше, в сравнении с номиналами, что сказывается на всей сети питания, возникает большая вероятность выхода из строя всего оборудования, подключенного к ней. Список рисков, характерных для отсутствия модулей плавного пуска, можно представить в следующем виде:

1. Рост нагрузки на токопроводящие компоненты электродвигателя, что чревато перегревом, разрушением изоляции обмоток, коротким замыканием и полной поломкой без возможности восстановления.
2. Снижение напряжения в общей системе питания, что сказывается на стабильности функционирования всей техники, подключенной к ней, от высокоточной электроники до мощных станков и агрегатов.
3. Некорректное течение производственных, технологических процессов, связанных с приводом. Шестерни, валы, редукторы, передающие механическое усилие, могут деформироваться, сломаться из-за чрезмерной нагрузки, возникает риск брака, порчи заготовок и исходных материалов.

В целом, использование таких устройств выглядит на 100% оправданным решением, как с технической, так и экономической точки зрения. Все траты, касающиеся их покупки и монтажа, удастся компенсировать в максимально короткие сроки. Альтернатива УПП – частотные преобразователи, однако, они являются куда более дорогой и сложной техникой. Работы устройств плавного старта вполне достаточно для комплексов, где отсутствует потребность в четкой корректировке интенсивности вращения привода, а основное требование сводится к уменьшению электрических и механических нагрузок в системе.