Плавный пуск получил широкое применение в безопасном запуске электродвигателей. Во время запуска двигателя происходит превышение номинального тока (Iн) в 7 раз. В результате этого процесса происходит уменьшение эксплуатационного периода мотора, а именно обмоток статора и значительная нагрузка на подшипники. Именно из-за этой причины и рекомендуется сделать плавный пуск для электроинструмента своими руками, где он не предусмотрен.
Общие сведения
Статор электродвигателя представляет собой катушку индуктивности, следовательно, существуют сопротивления с активной и реактивной составляющей.
При протекании электрического тока через радиоэлементы
Если ток проходит через реактивный тип элементов (с емкостными и индуктивными характеристиками), то, в этом случае, появляется реактивное R. Катушка индуктивности, не имеющая практически активного сопротивления (при расчетах не учитывается R ее обмоток). Этот вид R создается благодаря Электродвижущей силе (ЭДС) самоиндукции, которая прямо пропорционально зависит от индуктивности и частоты I, проходящего через ее витки: Xl = wL, где w — угловая частота переменного тока (w = 2*Пи*f, причем f — частота тока сети) и L — индуктивность (L = n * n / Rm, n — число витков и Rm — магнитное сопротивление).
При включении электродвигателя пусковой ток в 7 раз больше номинального (ток, потребляемый при работе инструмента) и происходит нагрев обмоток статора. Если статорная катушка является старой, то может произойти межвитковое КЗ, которое повлечет выход электроинструмента из строя. Для этого нужно применить устройство плавного пуска электроинструмента.
Одним из методов снижения пускового тока (Iп) является переключение обмоток. Для его осуществления необходимы 2 типа реле (времени и нагрузки) и наличие трех контакторов.
Пуск электромотора с обмотками, соединенными по типу «звезда» возможен только при 2-х не одновременно замкнутых контакторах. Через определенный интервал времени, который задает реле времени, один из контакторов отключается и включается еще один, не задействованный ранее. Благодаря такому чередованию включения обмоток и происходит снижение пускового тока. Этот способ обладает существенным недостатком, так как при одновременно замыкании двух контакторов возникает ток КЗ. Однако при использовании этого способа обмотки продолжают нагреваться.
Еще одним способом снижения пускового тока является частотное регулирование запуска электродвигателя. Принципом такого подхода является частотное изменение питающего U. Основной элемент этого вида устройств плавного пуска является частотный преобразователь,
- Выпрямитель.
- Промежуточная цепь.
- Инвертор.
- Электронная схема управления.
Выпрямитель изготавливается из мощных диодов или тиристоров, выполняющий роль преобразователя U питания сети в постоянный пульсирующий ток. Промежуточная цепь сглаживает пульсирующий постоянный ток на выходе выпрямителя, которая собирается на конденсаторах большой емкости. Инвертор необходим для непосредственного преобразования сигнала на выходе промежуточной цепи в сигнал амплитуды и частоты переменной составляющей. Электронная схема управления нужна для генерации сигналов, необходимых для управления выпрямителем, инвертором.
Принцип действия
Во время пуска электродвигателя коллекторного типа происходит значительное кратковременное увеличение тока потребления, которое и служит причиной преждевременного выхода из строя электроинструмента и сдачей его в ремонт. Происходит износ электрических частей (превышение тока в 7 раз) и механических (резкий запуск). Для организации «мягкого» пуска следует применять устройства плавного пуска (далее УПП). Эти устройства должны соответствовать основным требованиям:
- Возможность запуска двигателя через определенные интервалы времени.
- Обеспечение защиты от линейных скачков U, пропадания фазы (для 3-фазного электродвигателя) и различных помех электрической составляющей.
- Значительно повышение срока эксплуатации.
Наиболее широкое распространение получили симисторные УПП, принципом действия которых является плавное регулирование U при помощи регулировки угла открытия перехода симистора. Симистор нужно подключить напрямую к обмоткам двигателя и это позволяет уменьшить пусковой ток от 2 до 5 раз (зависит от симистора и схемы управления).
- Сложные схемы.
- Перегрев обмоток при длительном запуске.
- Проблемы с запуском двигателя (приводит к значительному нагреву статорных обмоток).
Схемы усложняются при использовании мощных двигателей, однако, при небольших нагрузках и холостом ходе возможно использование простых схем.
Простейшие схемы однофазного регулирования исполняются на одном симисторе и используются для инструмента с мощностью до 12 кВт. Существуют более сложные схемы, позволяющие производить регулировку параметров питания двигателя мощностью до 260 кВт. При выборе УПП заводского производства необходимо учесть такие параметры: мощность, возможные режимы работы, равенство допустимы токов и количество запусков в определенный промежуток времени.
Применение в болгарке
Во время запуска угловой шлифовальной машинки (УШМ) появляются высокие нагрузки динамического характера на детали инструмента.
Дорогие модели снабжены УПП, но не обыкновенные разновидности, например, УШМ фирмы «Интерскол». Инерционный рывок способен вырвать из рук УШМ, при этом происходит угроза жизни и здоровью. Кроме того, при пуске электродвигателя инструмента происходит перегрузка по току и в результате этого — износ щеток и значительный нагрев статорных обмоток, изнашивается редуктор и возможно разрушение режущего диска, который может треснуть в любой момент и причинить вред здоровью, а может даже и жизни. Инструмент нужно обезопасить и для этого следует сделать болгарку с регулировкой оборотов и плавным пуском своими руками.
Самодельные варианты
Существует множество схем модернизации электроинструмента при помощи УПП. Среди всех разновидностей широкое применение получили устройства на симисторах. Симистор — полупроводниковый элемент, позволяющий плавно регулировать параметры питания. Существуют простые и сложные схемы, которые отличаются между собой вариантами исполнения, а также поддерживаемой мощностью, подключаемого электроинструмента. В конструктивном исполнении бывают внутренние, позволяющие встраиваться внутрь корпуса, и внешние, изготавливаемые в виде отдельного модуля, выполняющего роль ограничителя оборотов и пускового тока при непосредственном пуске УШМ.
Простейшая схема
УПП с регулированием оборотов на тиристоре КУ 202 получил широкое применение благодаря очень простой схеме исполнения (схема 1). Его подключение не требует особых навыков. Радиоэлементы для него достать очень просто. Состоит эта модель регулятора из диодного моста, переменного резистора (выполняет роль регулятора U) и схемы настройки тиристора (подача U на управляющий выход номиналом 6,3 вольта) отечественного производителя.
Схема 1. Электросхема внутреннего блока с регулировкой оборотов и плавным пуском (схема электрическая принципиальная)
Благодаря размерам и количеству деталей регулятор этого типа можно встроить в корпус электроинструмента. Кроме того, следует вывести ручку переменного резистора и сам регулятор оборотов можно доработать, встроив кнопку перед диодным мостом.
Основной принцип работы заключается в регулировке оборотов электродвигателя инструмента благодаря ограничению мощности в ручном режиме. Эта схема позволяет использовать электроинструмент мощностью до 1,5 кВт. Для увеличения этого показателя необходимо заменить тиристор на более мощный (информацию об этом можно найти в интернете или справочнике). Кроме того, нужно учесть и тот факт, что схема управления тиристором будет отличаться от исходной. КУ 202 является отличным тиристором, но его существенный недостаток состоит в его настройке (подборка деталей для схемы управления). Для осуществления плавного пуска в автоматическом режиме применяется схема 2 (УПП на микросхеме).
Плавный пуск на микросхеме
Оптимальным вариантом для изготовления УПП является схема УПП на одном симисторе и микросхеме, которая управляет плавным открытием перехода p-n типа. Питается устройство от сети 220 В и ее несложно собрать самому. Очень простая и универсальная схема плавного пуска электродвигателя позволяет также и регулировать обороты (схема 2). Симистор возможно заменить аналогичным или с характеристиками, превышающими исходные, согласно справочнику радиоэлементов полупроводникового типа.
Схема 2. Схема плавного пуска электроинструмента
Устройство реализуется на основе микросхемы КР118ПМ1 и симисторе. Благодаря универсальности устройства его можно использовать для любого инструмента. Он не требует настройки и устанавливается в разрыв кабеля питания.
При пуске электродвигателя происходит подача U на КР118ПМ1 и плавный рост заряда конденсатора С2. Тиристор открывается постепенно с задержкой, зависящей от емкости управляющего конденсатора С2. При емкости С2 = 47 мкФ происходит задержка при запуске около 2 секунд. Она зависит прямо пропорционально от емкости конденсатора (при большей емкости время запуска увеличивается). При отключении УШМ конденсатор С2 разряжается при помощи резистора R2, сопротивление которого равно 68 к, а время разрядки составляет около 4 секунд.
Для регулирования оборотов нужно заменить R1 на резистор переменного типа. При изменении параметра переменного резистора происходит изменение мощности электромотора. R2 изменяет величину тока, протекающего через вход симистора. Симистор нуждается в охлаждении и, следовательно, в корпус модуля можно встроить вентилятор.
Основной функцией конденсаторов C1 и C3 является защита и управление микросхемой. Симистор следует подбирать, руководствуясь следующими характеристиками: прямое U должно составлять 400..500 В и прямой ток должен быть не менее 25 А. При таких номиналах радиоэлементов к УПП возможно подключать инструмент с мощностью от 2 кВт до 5 кВт.
Таким образом, для запуска электродвигателей различного инструмента необходимо использовать УПП заводского изготовления или самодельные. УПП применяются для увеличения срока эксплуатации инструмента. При запуске двигателя происходит резкое увеличение тока потребления в 7 раз. Из-за этого возможно подгорание статорных обмоток и износ механической части. УПП позволяют значительно снизить пусковой ток. При изготовлении УПП самостоятельно нужно соблюдать правила безопасности при работе с электричеством.
Originally posted 2018-07-04 07:37:29.
Проблема пускового тока
Одна из особенностей работы асинхронного двигателя, которую можно назвать недостатком – большой пусковой ток при старте, который может превышать номинальный в 8 и более раз. Это обусловлено принципом его работы – при подаче на него номинального напряжения он стремится сразу выйти на полную мощность. Данная особенность проявляется в большой мере при пуске через линейный контактор, это также называют прямым пуском двигателя.
В некоторых механизмах принципиально важно, чтобы пуск был плавный, без рывков и ударов. Это касается прежде всего технологического оборудования, у которого высокий момент инерции при запуске. Например, тяжелые маховики и конвейеры с продукцией, а также мощные насосы и вентиляторы.
Иными словами, большой пусковой ток и большой момент инерции механической нагрузки на валу двигателя – взаимосвязанные вещи, от который часто необходимо избавляться.
Кстати, в некоторых странах законодательно запрещено включать электродвигатели большой мощности прямой подачей напряжения, поскольку это создает помехи, падение напряжения и перегружает электросети, что может вызвать проблемы у других потребителей и даже стать причиной аварий.
Как обеспечить плавный пуск двигателя
Существуют несколько вариантов уменьшения пускового тока, которые используются на практике.
1. Применение преобразователей частоты. В этом случае можно обеспечить сколь угодно долгий разгон, а также ограничить превышение номинального тока, например, на уровне 110%. Это лучший способ плавного пуска, однако, он используется далеко не всегда, поскольку преобразователь частоты – дорогостоящее электронное устройство, которое имеет множество функций. Если нужно только ограничение пускового тока и плавный разгон, преобразователь частоты будет избыточен, и большинство его функций останутся не востребованы.
2. Схема «Звезда – Треугольник». Двигатель при этом должен быть таким, чтобы номинальное напряжение питания при включении его обмоток «треугольником» было 380 В. В этом случае двигатель запускается в два этапа. На этапе разгона обмотки включаются «звездой». Таким образом получается, что 380 В подается на схему, которая для нормальной работы требует напряжения порядка 660 В. Поскольку двигатель в «звезде» работает при пониженном напряжении, разгон (выход на рабочие обороты) получается сравнительно плавным. На втором этапе обмотки включаются «треугольником», и двигатель выходит на свою номинальную мощность. Минус этого способа – разгон получается ступенчатым, а пусковые токи могут принимать большое значение.
3. Когда речь идет только о минимизации пускового тока, наиболее оптимальный вариант – использование устройства плавного пуска (softstarter).
Ниже рассмотрим принципы работы устройств плавного пуска (УПП) и схемы их включения.
Как работает устройство плавного пуска
Рассмотрим пошагово, какие процессы происходят при работе УПП, и какие регулировки влияют на его работу.
В минимальной конфигурации устройства плавного пуска (УПП) имеют три регулировки – время разгона, время торможения, и напряжение пуска.
При включении действующее напряжение на двигателе определяется регулировкой напряжения пуска, которое обычно составляет 30…80 % от номинала. Понижение напряжения и его регулировка производится тиристорами, которые открываются (пропускают ток) только в части полупериода сетевого напряжения. Фазой открытия тиристоров можно менять напряжение на двигателе.
Таким образом, регулируя фазу открытия тиристоров, можно менять ток и крутящий момент двигателя.
В зависимости от конкретного случая может потребоваться большой начальный момент, чтобы двигатель мог тронуться с места. Но для уменьшения пускового тока начальное напряжение лучше устанавливать минимально возможным.
При большом времени разгона пусковой ток будет минимальным. Однако, следует выбирать его оптимальным, обычно 10…20 секунд, в зависимости от типа нагрузки. При слишком большом времени разгона возможен излишний нагрев тиристоров. Критерием оптимального времени разгона служит время выхода двигателя на номинальные обороты и номинальный рабочий ток. По истечении времени разгона включается контактор байпаса, который может быть установлен внутри УПП, или быть внешним. Во время работы двигателя на номинальном режиме весь питающий ток идет только через этот контактор, при этом тиристоры в работе не участвуют.
Если пришел сигнал на остановку двигателя, контактор байпаса выключается. Вступают в работу тиристоры, которые работают в обратном режиме – постепенно уменьшают фазу (время открытия в течение полупериода) с максимальной до нуля. Если время торможения не важно, то можно его установить минимальным (0-2 секунды), это увеличит ресурс тиристоров, и улучшит тепловой режим электрощита в целом. Двигатель будет останавливаться на выбеге, к ак при питании через обычный контактор. Но если важно исключить гидроудар, или плавно замедлить движение объектов без их резкой остановки и падения, то функция плавной остановки будет очень полезной.
В УПП также могут присутствовать такие регулировки: управление крутящим моментом двигателя, конечное напряжение при останове, номинальный ток двигателя, ограничение пускового тока. Современные УПП имеют ЖК-дисплей и кнопки управления, которые позволяют конфигурировать несколько десятков различных параметров для тонкой настройки.
Схемы включения
Как во всех подобных устройствах, в схеме включения УПП имеется силовая часть, и часть управления.
Силовая часть схемы – это та часть, через которую проходит ток питания двигателя. Ток двигателя поступает через силовые клеммы L1, L2, L3 (или R, S, T) на входы тиристоров или контактора байпаса, и затем через выходные клеммы T1, T2, T3 (U, V, W) подается на двигатель.
Схема управления включает в себя в основном цепи запуска и остановки. Напряжение питания цепей управления обычно составляет 24…220 В, и может быть внешним, либо браться из УПП.
С участием УПП можно реализовать схему плавного пуска электродвигателя с реверсом. Для этого нужно на входе установить реверсивный контактор по классической схеме. Важно сделать блокировку для предотвращения реверса двигателя во время его вращения.
Допускается запускать УПП и начинать вращение двигателя подачей питания на цепи управления и силовые цепи. Это может быть удобно при дистанционной подаче силового питания. Однако, при этом следует предусмотреть меры безопасности – обслуживающий персонал должен понимать, что при подаче питания на УПП двигатель может начать вращаться.
Пример схемы
Рассмотрим для примера схему включения УПП ABBPSTX.
В силовую часть входят: автомат защиты двигателя (вводной), тиристоры и контактор байпаса (внутри УПС), и собственно двигатель.
Для питания цепей управления подается фазное напряжение 220В и нейтраль на клеммы 1, 2. В УПП имеется встроенный блок питания, который вырабатывает напряжение 24 В для питания органов управления. Допускается также применение внешнего БП 24 В, при этом напряжение на клеммы 1, 2 подавать не нужно.
При соответствующем подключении и настройках кнопки могут быть как с фиксацией, так и без. Управление может производиться не только с кнопок, но и через контакты реле или контроллера.
Имеются и другие входы для различных режимов работы, а также три выходных реле с сухими контактами, которые могут использоваться по необходимости для включения дополнительных контакторов и индикации.
Защита
В дешевых УПП часто не реализована защита от перегрузки по току, перегреву и короткому замыканию. В таких случаях необходимо устанавливать нужную защиту и включать УПП по схеме, рекомендованной производителем.
В состав защиты могут входить:
- Мотор-автомат (автомат защиты двигателя),
- Полупроводниковые предохранители, либо защитные автоматы с характеристикой «В»,
- Тепловое реле,
- Короткое либо межвитковое замыкание в обмотках двигателя,
- Контактор аварийной цепи, выключающий питание УПП при срабатывании внутреннего аварийного реле либо нажатии кнопки «Аварийный останов».
Пример неправильной установки защиты, в результате которой произошел пожар:
Следует сказать, что даже если в УПП входят все виды защит, необходимо на вводе силового питания и питания схемы управления устанавливать соответствующие защитные автоматы либо предохранители.
Двухфазные УПП
В некоторых бюджетных моделях управление выходным напряжением происходит только по двум фазам. Таким образом, происходит экономия на тиристорах и на одном контакте контактора байпаса.
Это решение имеет право на жизнь, и главный плюс таких УПП – цена.
Однако, имеются минусы, о которых стоит знать:
- При запуске и торможении происходит перекос фаз, который приводит к дополнительному нагреву двигателя,
- Пусковой ток по «прямой» фазе почти не уменьшается,
- Постоянное присутствие фазного напряжения на двигателе представляет опасность для персонала.
Заключение
УПП нашли достойное место там, где не нужна регулировка скорости вращения двигателя, но важным аспектом является минимизация пусковых перегрузок питающей сети и приводимых в движение механизмов. Однако, в последнее время их всё больше вытесняют преобразователи частоты, которые имеют гораздо более широкий спектр возможностей управления двигателем.
Электрические двигатели являются простыми и надежными машинами, но имеют и некоторые недостатки, которые усложняют их использование. В частности, при запуске такие устройства имеют высокие значения потребляемого тока и без специальных устройств запускаются с рывком из-за несогласованности крутящего момента двигателя и нагрузки на его валу. Дополнительными приборами, которые обеспечивают плавную работу двигателя при запуске и позволяют снизить пусковые токи называют устройствами плавного пуска.
Что такое устройство плавного пуска
Устройство плавного пуска (УПП) – это электротехнический прибор, который применяется в работе асинхронных двигателей и позволяет контролировать и управлять его запуском и параметрами для безопасной работы в сети переменного тока. Такое устройство снижает воздействие на двигатель ряда негативных факторов, в том числе уменьшает вероятность повышенного нагрева двигателя, устраняет рывки, обеспечивая плавный запуск и выход на рабочую нагрузку. Также устройства плавного пуска снижают негативное влияние на электрическую сеть посредством уменьшения пусковых токов электродвигателя.
Часто устройство плавного пуска электротехнические специалисты и люди, связанные с работой электродвигателей, называют такие приборы «мягкими пускателями». Это связано с тем, что на английском языке (а большинство качественных устройств – импортного производства) эти устройства называются «soft starter», что и означает «мягкий пускатель».
Плавный пуск электродвигателей с помощью преобразователей частоты и мягких пускателей позволяет решать большое количество задач и управлять работой электродвигателя в широких пределах его параметров. Особенно часто УПП применяют при работе в условиях тяжелого пуска (с большой инерцией или запуском под нагрузкой с четырехкратными пусковыми токами, с разгоном двигателя не менее 30 секунд) и особо тяжелого пуска (при шести или восьмикратных значения пусковых токов и большим временем разгона двигателя).
Также УПП применяют при сниженной или ограниченной мощности электрической сети, когда пусковые токи могут создавать значительные перегрузки в сети, в том числе с влиянием на автоматическое защитное оборудование, которое при высоких значениях пускового тока, даже кратковременного воздействия, отключает питание.
Сфера применения устройств плавного пуска достаточно обширна: их применяют в работе насосных агрегатов, в вентиляционном и компрессорном оборудовании, на электродвигателях тяжелых производств и в строительстве, в дробильном оборудовании, на конвейерах, эскалаторах и в других механизмах и оборудовании.
Принцип работы
Главный минус электродвигателей асинхронного типа – это то, что момент силы на валу пропорционален квадрату напряжения, которое приложено к электродвигателю. Это создает сильные рывки при запусках и в момент прекращения работы, что также повышает значения индукционного тока.
Устройства плавного пуска могут быть механическими и электрическими, а также комбинированными сочетая в себе положительные черты обоих устройств.
Механические устройства плавного пуска работают по принципу противодействия резкому увеличению оборотов электродвигателя влияя на его ротор механическим способом при помощи тормозных колодок, различных муфт, противовесов, магнитных блокираторов и прочих механизмов. Такие механизмы в последнее время применяются не часто, так как есть более совершенные устройства электрического управления.
Электрические УПП постепенно повышают ток или напряжение от опорного уровня до максимального, что позволяет плавно наращивать обороты электродвигателя и снизить нагрузки и пусковые токи. Чаще всего электрические устройства плавного пуска управляются электронным способом при помощи компьютерных систем или электронных приборов, что позволяет изменять параметры запуска и контролировать динамические характеристики. Мягкие пускатели позволяют изменять режимы работы электродвигателя в зависимости от приложенной нагрузки и позволяют реализовать ту или иную зависимость между скоростью вращения вала и напряжением.
Принцип работы электрических устройств основывается на двух методах:
- Метод ограничения тока в обмотке ротора – реализуется при помощи катушек, соединенных по схеме «звезда»;
- Метод ограничения напряжения и тока в статоре (при помощи тиристоров, симисторов или реостата).
По способу регулировки также различают одно-, двух и трехфазные устройства. УПП с регулировкой напряжения по одной фазе применяют для оборудования до 10 кВт, положительные моменты при таком регулировании – это снижение динамических ударов и рывков при старте, негативные – несимметричная нагрузка при запуске и большие пусковые токи. Мягкие пускатели с регулировкой по двум фазам позволяют снизить пусковые токи и нагрев двигателя при старте и используются в условиях среднетяжелого пуска. Трехфазные устройства плавного пуска значительно снижают пусковые токи и позволяют плавно останавливать электродвигатель, а также обеспечивать аварийное отключение. Такие устройства применяют при тяжелом пуске со значительной нагрузкой, а также с частыми включениями/отключениями двигателя.
Схема подключения электродвигателя к УПП
Для того, чтобы подключить устройство плавного пуска к электродвигателю и питающей сети следует руководствоваться инструкцией на данный тип прибора, там будут указаны все важные аспекты при подключении: последовательность цепи, выводы заземления и нейтрали, а также правильная наладка пуска, разгона и торможения. Но в целом, существуют стандартные способы подключения, которые подходят для большинства устройств плавного пуска.
Каждое УПП имеет контакта на входе и столько же на выходе для подключения фаз, систему управления пуском и остановкой (кнопки ПУСК, СТОП), другие кнопки и контакты управления. К устройству подводят питающие кабели на входные клеммы (обычно это обозначения L1, L2, L3), а от выводных клемм (обозначения T1, T2, T3) подключают электродвигатель. При этом важно подключать УПП к сети через вводной автомат защиты и использовать при подключении двигателя к устройству плавного пуска и самого УПП к сети кабели с номинальным сечением, соответствующем предельному значению тока двигателя.
Некоторые устройства могут управляться не только с переключателей и устройств управления на самом приборе, но и через контакты реле или контроллера – это усложняет схему подключения прибора, но расширяет его возможности.
По каким критериям подбирают устройство плавного пуска
Существует несколько важных критериев, которые позволяют правильно подобрать устройство плавного пуска к электродвигателю и режимам его работы.
- Ток электродвигателя: устройство плавного пуска выбирается по полному току нагрузки двигателя, который не должен быть выше, чем ток максимальной нагрузки УПП. Лучше всего, если ток, на который рассчитан мягкий пускатель будет выше, чем максимальный ток нагрузки электродвигателя.
- Предельное число запусков в час: чаще всего этот параметр ограничен типом устройства плавного пуска и для надежной и долговечной работы прибора важно, чтобы этот параметр не превышал допустимый для конкретного устройства.
- Напряжение питающей сети: устройства плавного пуска отличаются по своему функционалу и работе в сетях с разным напряжением, поэтому напряжение должно соответствовать паспортному значению прибора.
Все эти параметры обязательно указываются в паспорте на устройство плавного пуска и подбор к конкретным условиям работы электродвигателя и питающей сети должен подбираться в обязательном случае при выборе мягкого пускателя.
Soft-Starter (дословно мягкий пускатель) — устройство, призванное обеспечить плавный пуск асинхронного двигателя переменного тока с целью снижения пиковых нагрузок на двигатель и питающую сеть, в отечественной технической терминологии получившее название устройство плавного пуска (сокр. УПП).
Таким образом: УПП, устройство мягкого пуска, плавный пускатель, мягкий пускатель, реле плавного пуска, софт-стартер одного поля ягоды.
Откуда ноги растут или проблемы прямого пуска
Простота конструкции, низкая стоимость и высокая надёжность асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором* сделали его самым распространенным преобразователем электрической энергии в механическую.
Наряду с очевидными преимуществами, асинхронные электрические машины имеют ряд недостатков, самым существенным из которых является большой пусковой ток при прямом пуске (непосредственном подключении двигателя к питающей сети при помощи обычного пускателя).
Проявляется этот недостаток «проседанием» сети, когда при пуске электродвигателя отключаются автоматы, мерцают лампочки, и отключаются некоторые реле и контакторы, останавливается питающий генератор, иными словами, от сети требуется ток, который она обеспечить не может.
Причины высокого пускового тока кроются в физических принципах работы асинхронного двигателя, но это тема совсем другой статьи, отметим только, что кратность пускового тока может достигать 5…7 от номинального рабочего тока, что интересно, высокий пусковой ток отнюдь не значит высокий пусковой момент двигателя.
Еще одна характерная проблема прямого пуска двигателя — это пуск «рывком», приводит на первый взгляд к незаметным последствиям — гидравлическим ударам, рывкам в механизме, проскальзыванию ремней, быстрому износу подшипников, буксованию колес подвижных тележек, большому износу и трению в редукторах.
*А вы знали, что конструкцию асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором разработал известный русский электротехник польско-русского происхождения Михаи́л О́сипович Доли́во-Доброво́льский и получил патент на нее 1889 году. Конструкция получилась настолько совершенной, что принципиально не изменилась по сей день!
Устройство плавного пуска или преобразователь частоты
Иногда путают два класса разных устройств, имеющих в своем активе схожий функционал.
- Устройства плавного пуска призваны снижать пусковые токи электродвигателей и пиковые потребляемые мощности в электрических сетях, преобразуют напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя при помощи специальных силовых ключей — симисторов (или встречно — параллельно включенных тиристоров).
- В то время как преобразователи частоты (ПЧ) преобразуют частоту и напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя, конечная цель этого преобразования плавная регулировка скорости вращения выходного вала двигателя.
Да, частотный преобразователь имеет опцию плавного пуска электродвигателя, но значительно более сложное устройство. В общих чертах преобразователь частоты состоит из диодного силового выпрямителя, LC-фильтра, инвертора на дорогостоящих IGBT модулях, системы управления ШИМ, системы автоматического регулирования, и имеет значительный математический вычислительный аппарат.
Так почему не стоит путать УПП и ПЧ? Хотя бы потому, что стоимость последнего минимум в 2-3 раза больше, а с ростом мощности устройства разница в стоимости возрастает. Например, преобразователь частоты INSTART мощностью 37кВт в 4 раза дороже устройства плавного пуска аналогичной мощности, ответ напрашивается сам: если цели регулирования скорости выходного вала двигателя не стоит, а обеспечить мягкий пуск и сохранность механизмов требуется, то зачем переплачивать.
Сводная таблица характеристик УПП, поставляемых компанией ООО «РусАвтоматизация»
| Диапазон мощностей | Пусковое напряжение от Uн (ограничение пускового тока от Iн) | Время пуска / Время останова | Режим пуска | Режимы останова | |
| INSTART SSI | 5,5…600 кВт | 30…70% (50…500%) | 2…60 с / 0…60 с | Ограничение I; Рампа по U; Запуск рывком в режиме ограничения I; Запуск рывком в режиме рампы по U; Рампа по I; Режим двойного контура регулирования с ограничением I/U | Свободный выбег; Плавный останов |
| AuCom CSX | 7,5…110 кВт | 30…70% (нет) | 2…20 с / 2…20 с | Рампа по U | Свободный выбег; Плавный останов |
| AuCom CSX-i | 7,5…110 кВт | нет (250…450%) | 2…20 с / 2…20 с | Ограничение I; Рампа по I | Свободный выбег; Плавный останов |
| AuCom EMX3 | 20…615А | нет (100…600%) | 1…180 с / 0…240 с | Ограничение I; Рампа по I; Адаптивный пуск; Запуск рывком | Свободный выбег; Плавный останов; Адаптивное торможение; Торможение постоянным током |
| AuCom EMX4 | 20…579А | нет (100…600%) | 1…180 с / 0…240 с | Ограничение I; Рампа по I; Адаптивный пуск | Свободный выбег; Плавный останов; Адаптивное торможение |
| ONI SFA | 5,5…45кВт | 40…70% (нет) | 1…20 с / 1…20 с | Рампа напряжения | Плавный останов |
Выбрать УПП наугад или не переплачивать?
Для эффективного применения устройства плавного пуска важно осуществить правильный выбор устройства по номиналу мощности, не забыв про характеристику нагрузки, различные задачи требуют различных пусковых характеристик и в общих чертах могут быть разделены на три категории:
- Нормальный режим работы требует значения пускового тока не более 3,5хIн, при этом время пуска может быть в диапазоне 10…20 с;
- Тяжелый режим работы характеризуется наличием момента сопротивления на валу двигателя и требует значения пускового тока до 4,5хIн и время разгона до 30 с;
- Очень тяжелый режим работы характеризуется пусковым током до 5,5хIн и длительным временем разгона.
Из вышесказанного вытекают рекомендации по отраслевому применению некоторых моделей УПП:
Рекомендации по применению устройств плавного пуска в зависимости от категории нагрузки
Устройства плавного пуска серии SSI INSTART — по настоящему универсальная рабочая лошадка, имеет 6 режимов пуска двигателя, позволяет ограничить пусковой ток до 500% от номинального и временем плавного пуска до 60 секунд. INSTART SSI отлично подойдет для категории механизмов с тяжелым пуском дробилки (компрессоры, нагруженные конвейеры).
Кроме того, полноценная трехфазная схема регулирования, встроенные функции защиты нагрузки и коммуникационный интерфейс MODBUS RTU.
Устройства плавного пуска CSX, CSX-i предназначены для регулирования процессов пуска, разгона, торможения трехфазных асинхронных двигателей мощностью до 110 кВт. Модели отличаются функционалом. Первая оснащена функциями контроля напряжения по заданному времени (рампа напряжения), вторая дополнительно имеет встроенные функции защиты нагрузки и контролирует токовые нагрузки (рампа тока, ограничение тока). Коммуникационные интерфейсы доступны опционально.
CSX, CSX-i подходят для категорий механизмов с легким и нормальным режимом пуска (ненагруженный ленточный конвейер, центробежные насосы и вентиляторы).
Из плюсов, серии УПП CSX, CSX-i не требуют применения внешнего контактора, обе модели имеют встроенный шунтирующий контактор.
Устройства плавного пуска EMX3, EMX4 как два брата близнеца мало чем отличаются друг от друга, можно лишь сказать, что EMX4 новая модель, разработанная на основе EMX3, имеет еще более компактный корпус, обладает новыми функциями управления и защиты, а также дополнена новой конструктивной особенностью — использованием встраиваемых плат расширения.
Оба устройства имеют фантастические показатели ограничения пускового тока до 600% от номинального и время разгона до 180 секунд. Устройства с такими характеристиками целесообразно применять для категорий механизмов с очень тяжелым режимом пуска, таким как молотковая или шаровая мельница.
ONI SFA компактное и лаконичное УПП включает модельный ряд до 45кВт. Панель управления поражает своей простотой, всего 3 регулятора не заставят вас долго разбираться в настройках. ONI SFA идеально подойдет для легких нагрузок, таких как центробежные насосы, различные миксеры, сверлильные и токарные станки. Имеет встроенный шунтирующий контактор.
Применение устройства плавного пуска позволяет устранить проблему «проседания» в питающей электрической сети, уменьшить механические ударные воздействия на двигатель и приводной механизм, исключить гидравлические удары, повысив надежность производственных циклов и продлив срок службы основного производственного фонда предприятия.
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер. Обратитесь к специалистам компании ООО «РусАвтоматизация» для подбора устройства плавного пуска применительно к вашей категории производственного оборудования.
Устройства плавного пуска: правильный выбор
Ранее мы обсуждали характеристики преобразователей частоты, а сегодня настал черед устройств плавного пуска (мягких пускателей, плавных пускателей – единый термин пока не устоялся, и в этой статье мы будем использовать термин «устройство плавного пуска» – УПП).
Иногда из уст продавцов приходится слышать мнение о том, что УПП выбрать просто, это, мол, не преобразователь частоты, здесь надо только пуск организовать. Это не так. Устройство плавного пуска выбирать сложнее. Попробуем разобраться, в чем эта сложность состоит.
Назначение УПП
Как следует из названия, задача прибора – организовать плавный пуск асинхронного двигателя переменного тока. Дело в том, что при прямом пуске (то есть при подключении двигателя к питающей сети при помощи обычного пускателя) двигатель потребляет пусковой ток, превышающий номинальный в 5-7 раз, и развивает пусковой момент, существенно превышающий номинальный. Все это приводит к двум группам проблем:
1) Пуск слишком быстрый, и это приводит к различным неприятностям – гидравлическим ударам, рывкам в механизме, ударному выбору люфтов, обрыву транспортерных лент и т.д.
2) Пуск тяжелый, и завершить его не удается. Здесь сначала нужно определиться с термином «тяжелый пуск» и возможностями его «облегчения» при помощи УПП. К «тяжелому пуску» обычно относят три разновидности пуска:
а) пуск, «тяжелый» для питающей сети – от сети требуется ток, который она может обеспечить с трудом или не может вообще. Характерные признаки: при пуске отключаются автоматы на входе системы, в процессе пуска гаснут лампочки и отключаются некоторые реле и контакторы, останавливается питающий генератор. Скорее всего, УПП тут действительно поправит дело. Однако следует помнить, что в лучшем случае пусковой ток удастся снизить до 250% от номинального тока двигателя, и если этого недостаточно, то решение одно – необходимо использовать преобразователь частоты.
б) Двигатель не может запустить механизм при прямом пуске – не крутится вообще или «зависает» на определенной скорости и остается на ней до срабатывания защиты. Увы, УПП ему не поможет – двигателю не хватает момента на валу. Возможно, с задачей справится преобразователь частоты, но этот случай требует исследования.
в) Двигатель уверенно разгоняет механизм, но не успевает дойти до номинальной частоты – срабатывает автомат на входе. Такое часто бывает на тяжелых вентиляторах с достаточно высокой частотой вращения. Устройство плавного пуска здесь, скорее всего, поможет, но риск неудачи сохраняется. Чем ближе механизм к номинальной скорости в момент срабатывания защиты, тем больше вероятность успеха.
Организация пуска при помощи УПП
Принцип работы устройства плавного пуска заключается в том, что напряжение, подаваемое от сети через УПП на нагрузку, ограничивается при помощи специальных силовых ключей – симисторов (или встречно – параллельно включенных тиристоров) – см. рис. 1. В результате напряжение на нагрузке можно регулировать.
Немного теории: процесс пуска – это процесс преобразования электрической энергии источника питания в кинетическую энергию работающего на номинальной скорости механизма. Очень упрощенно этот процесс можно описать так: сопротивление двигателя R в процессе разгона увеличивается от очень маленького при остановленном двигателе до достаточно большого на номинальной скорости, поэтому ток, который по закону Ома равен:
I = U / R (1)
оказывается очень большим, а передача энергии
Е = P х t = I х U х t (2)
очень быстрой. Если между сетью и двигателем установить УПП, то формула (1) действует на его выходе, а формула (2) – на входе. Понятно, что ток в обеих формулах одинаковый. УПП ограничивает напряжение на двигателе, плавно повышая его по мере разгона вслед за ростом сопротивления, ограничивая, таким образом, потребляемый ток. Поэтому по формуле (2) при постоянстве необходимой энергии Е и напряжении сети U чем меньше ток I, тем больше время пуска t. Отсюда видно, что при снижении напряжения будут решаться как проблемы, связанные со слишком быстрым пуском, так и проблемы, связанные со слишком большим током, потребляемым от сети.
Однако в наших выкладках не учитывалась нагрузка, для разгона которой нужен дополнительный момент, и соответственно дополнительный ток, поэтому уменьшать ток слишком сильно нельзя. Если нагрузка велика, то момента на валу двигателя может не хватить даже при прямом пуске, не говоря уже о пуске при пониженном напряжении – это вариант тяжелого пуска «б», описанный выше. Если же при снижении тока момент оказывается достаточным для разгона, но время в формуле (2) растет, то может сработать автомат – с его точки зрения время протекания тока, существенно превышающего номинальный, недопустимо велико (вариант тяжелого пуска «в»).
Основные характеристики УПП. Возможность контроля тока. По существу это способность УПП регулировать напряжение так, чтобы ток изменялся по заданной характеристике. Эта функция обычно называется пуском в функции тока. Простейшие УПП, не имеющие такой возможности, просто регулируют напряжение в функции времени – т.е. напряжение на двигателе плавно возрастает от начального до номинального за заданное время. Во многих случаях этого достаточно, особенно при решении проблем группы 1. Но если основная причина установки УПП – ограничение тока, то без его точного регулирования не обойтись. Эта функция особенно важна тогда, когда из-за ограниченной мощности сети (маленький трансформатор, слабый генератор, тонкий кабель и т.п.) превышение предельно допустимого тока чревато аварией. Кроме того, УПП с контролем тока способны реализовать его плавное нарастание в начале процесса пуска, что особенно важно при работе от генераторов, которые очень чувствительны к резким броскам нагрузки.
Необходимость шунтирования.
По окончании процесса пуска и достижении номинального напряжения на двигателе УПП желательно вывести из силовой цепи. Для этого применяется шунтирующий контактор, соединяющий вход и выход УПП пофазно (см. рис. 2).
По команде от УПП этот контактор замыкается, и ток течет в обход прибора, что позволяет его силовым элементам полностью остыть. Однако, даже при отсутствии шунтирующей цепи, когда во все время работы двигателя через симисторы течет номинальный силовой ток, их нагрев по сравнению с режимом пуска оказывается небольшим, поэтому многие УПП допускают работу без шунтирования. Платой за такую возможность оказывается немного меньший номинальный ток и существенное увеличение веса и габаритов за счет радиатора, необходимого для отвода тепла от силовых ключей. Некоторые УПП строятся по обратному принципу – в них шунтирующий контактор уже встроен, и на работу без шунтирования они не рассчитаны, поэтому из-за уменьшения охлаждающих радиаторов их размеры оказываются минимальными. Это положительно сказывается и на цене, и на получающейся схеме подключения, но их время работы в пусковом режиме оказывается меньше по сравнению с другими приборами.
Количество регулируемых фаз.
По этому параметру УПП делятся на двухфазные и трехфазные. В двухфазных, как это следует из названия, ключи установлены только в двух фазах, третья же подключается к двигателю напрямую. Плюсы – снижение нагрева, уменьшение габаритов и цены.
Минусы – нелинейное и несимметричное по фазам потребление тока, которое хотя и частично компенсируется специальными алгоритмами управления, все же отрицательно влияет на сеть и двигатель. Впрочем, при нечастых пусках этими недостатками можно пренебречь.
Цифровое управление. Система управления УПП может быть цифровой и аналоговой. Цифровые УПП обычно реализуются на микропроцессоре и позволяют очень гибко управлять процессом работы прибора и реализовывать множество дополнительных функций и защит, а также обеспечивать удобную индикацию и связь с управляющими системами верхнего уровня. В управлении аналоговых УПП используются операционные элементы, поэтому их функциональная насыщенность ограничена, настройка выполняется потенциометрами и переключателями, а связь с внешними системами управления обычно осуществляется при помощи дополнительных устройств.
Дополнительные функции
Защита. Кроме своей основной функции – организации плавного пуска – УПП содержат в себе комплекс защит механизма и двигателя. Как правило, в этот комплекс входит электронная защита от перегрузки и неисправностей силовой цепи. В дополнительный набор могут входить защиты от превышения времени пуска, от перекоса фаз, изменения чередования фаз, слишком маленького тока (защита от кавитации в насосах), от перегрева радиаторов УПП, от снижения частоты сети и т.д. Ко многим моделям возможно подключение термистора или термореле, встроенного в двигатель. Однако следует помнить, что УПП не может защитить ни себя, ни сеть от короткого замыкания в цепи нагрузки. Конечно, сеть будет защищена вводным автоматом, но УПП при коротком замыкании неизбежно выйдет из строя. Некоторым утешением может служить только то, что короткое замыкание при правильном монтаже не возникает мгновенно, и в процессе снижения сопротивления нагрузки УПП обязательно отключится, только не стоит вновь включать его, не установив причину отключения.
Пониженная скорость. Некоторые устройства плавного пуска способны реализовать так называемое псевдочастотное регулирование –перевод двигателя на пониженную скорость. Этих пониженных скоростей может быть несколько, но они всегда строго определены и не поддаются коррекции пользователем.
Кроме того, работа на этих скоростях сильно ограничена по времени. Как правило, эти режимы используются в процессе отладки или при необходимости точной установки механизма в нужное положение перед началом работы или по ее окончании.
Торможение. Довольно много моделей способны подать на обмотку двигателя постоянный ток, что приводит к интенсивному торможению привода. Эта функция обычно нужна в системах с активной нагрузкой – подъемники, наклонные транспортеры, т.е. системы, которые могуг двигаться сами собой при отсутствии тормоза. Иногда эта функция нужна для предпусковой остановки вентилятора, вращающегося в обратную сторону из-за тяги или действия другого вентилятора.
Толчковый пуск. Используется в механизмах, имеющих высокий момент трогания. Заключается функция в том, что в самом начале пуска на двигатель кратковременно (доли секунды) подается полное напряжение сети, и происходит срыв механизма с места, после чего дальнейший разгон происходит в обычном режиме.
Экономия энергии в насосно-вентиляторной нагрузке. Поскольку УПП представляет собой регулятор напряжения, то при малой нагрузке можно снизить напряжение питания без ущерба для работы механизма.
Экономию энергии это дает, но не следует забывать, что тиристоры в режиме ограничения напряжения являются нелинейной нагрузкой для сети со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Есть и другие возможности, которые производители закладывают в свои изделия, но для их перечисления объема одной статьи недостаточно.
Методика выбора
Теперь вернемся к тому, с чего мы начинали – к выбору конкретного прибора.
Многие советы, данные для выбора преобразователя частоты, действуют и здесь: сначала следует отобрать серии, отвечающие техническим требованиям по функциональности, затем выбрать из них те, которые охватывают диапазон мощностей для конкретного проекта, и из оставшихся выбрать нужную серию в соответствии с другими критериями – производитель, поставщик, сервис, цена, габариты, и т.д.
Если нужно выбрать УПП для насоса или вентилятора, запуск которых происходит не чаще двух-трех раз в час, то можно просто выбрать модель, номинальный ток которой равен или больше номинального тока запускаемого двигателя. Этот случай охватывает около 80% применений, и не требует консультаций со специалистом. Если же частота пусков в час превышает 10, то нужно учесть и необходимое ограничение тока, и требуемое затягивание пуска по времени. В этом случае очень желательна помощь поставщика, у которого, как правило, имеется программа выбора нужной модели или хотя бы расчетный алгоритм. Данные, которые понадобятся для расчета: номинальный ток двигателя, количество пусков в час, необходимая длительность пуска, необходимое ограничение тока, необходимая длительность останова, окружающая температура, предполагаемое шунтирование.
Если же двигатель запускается свыше 30 раз в час, то стоит рассмотреть в качестве альтернативы вариант использования преобразователя частоты, поскольку даже выбор более мощной модели УПП может не решить проблему. А цена его уже будет сравнима с ценой преобразователя при существенно меньшей функциональности и серьезному влиянию на качество сети.
Подключение
Кроме очевидного подключения прибора к сети и двигателю, необходимо определиться с шунтированием.
Несмотря на то, что шунтирующий контактор будет коммутировать номинальный, а не пусковой ток двигателя, желательно все-таки использовать модель, рассчитанную на прямой пуск – хотя бы для реализации аварийных режимов работы. При подключении следует обратить особое внимание на фазировку – если ошибочно соединить, например, фазу А на входе УПП с другой фазой на выходе, то при первом же включении шунтирующего контактора произойдет короткое замыкание, и прибор будет выведен из строя.
Некоторые УПП допускают так называемое шестипроводное подключение, схема которого показана на рис. 3. Такое подключение требует большего количества кабелей, но позволяет использовать устройство плавного пуска с двигателем, мощность которого намного превышает мощность самого УПП.
При установке УПП следует иметь в виду еще одно его свойство, часто приводящее к недоразумениям (см. тяжелый пуск «в»). При расчете вводного автомата для двигателя, подключающегося к сети напрямую, учитывается номинальный ток двигателя, протекающи й длительное время, и пусковой, протекающий лишь несколько секунд. При использовании же УПП пусковой ток существенно меньше, но протекает он намного дольше – до минуты и более. Автомат не может этого “понять” и считает, что запуск давно завершен, а протекающий ток, превышающий номинальный в разы, является следствием аварийной ситуации, и отключает систему. Во избежание этого следует либо установить специальный автомат с возможностью установки дополнительного режима для процесса плавного пуска, либо выбрать автомат с номинальным током, соответствующим пусковому току при использовании УПП. Во втором случае этот автомат не сможет защитить двигатель от перегрузок, но эту функцию выполняет сам УПП, так что защита двигателя не пострадает.
Подведем итоги. Если механизм, пуск которого нужно сделать более плавным, вписывается во все перечисленные в этой статье ограничения, а возможности, обеспечиваемые доступными моделями УПП, вас устраивают, то ваш выбор – устройство плавного пуска. Экономия средств по сравнению с применением преобразователя частоты (заменой питающего трансформатора, увеличением мощности генератора, заменой кабеля на более толстый – выберите ваш случай) будет ощутимой. Если же УПП по каким-то причинам не подходит – еще раз обратите внимание на преобразователи частоты, которые хотя и дороже, но намного функциональнее.
Руслан Хусаинов, к.т.н., технический директор ЗАО «Сантерно» (Москва)
Работа любых двигателей сопряжена с возникновением в сети пусковых токов, которые могут в разы превышать рабочие величины. Такая ситуация несет существенную угрозу и для обмоток электродвигателя, и для питающей ее линии. Помочь решить вопрос может специальное приспособление, которое предотвращает скачкообразное нарастание. Поэтому далее мы рассмотрим, как выбрать устройство плавного пуска для подключения разнообразного оборудования.
Общие сведения об УПП
Современные устройства плавного пуска обеспечивают не только постепенное нарастание токовой нагрузки, но и ряд других полезных функций: контроль параметров подключенного электрического двигателя, изменение условий остановки, защитное отключение при перегрузке и многое другое. Конструктивно устройство плавного пуска представляет собой полупроводниковые элементы, способные переходить в открытое или закрытое состояние, ограничивая нагрузку. Дополнительно они могут комплектоваться силовыми контактами, дисплеями, расцепителями и другими компонентами.
Применение устройств плавного пуска электродвигателей необходимо применять в следующих ситуациях:
- При наличии мощных электрических машин, особенно трехфазных асинхронных., отличающихся большими токами. Для них нормальный режим работы будет сопровождаться ложными срабатываниями автоматики, заметной просадкой напряжения и другими неприятностями, влияющими на нормальную работу смежных приборов.
- Если технологические операции не допускают рывковых движений. К примеру, прямой пуск конвейера может привести к поломке или остановке производства, как при старте, так и на этапе торможения.
- Перегрузка электрических сетей, в которых токи и без того превышают номинальные режимы. В момент пуска асинхронных двигателей может произойти отжиг проводов, перегрев трансформаторов или срабатывание автоматики на ТП и КТП.
- Затяжное время прямого запуска, который дополнительно осложняет процесс разгона двигателя.
Если в ваших сетях присутствует хотя бы один из факторов, вам понадобится устройство плавного запуска, от которого будет зависеть надежность и устойчивость функционирования всей системы. Ярким примером выступает пуск прокатного станка, схема УПП такого приведена ниже:
Рис. 1. Применение устройства плавного пускаУстройство плавного пуска устанавливается перед электрической машиной, чтобы контролировать ток в обмотках двигателя. Как видите из токовой и частотной диаграммы ниже, частота набирается постепенно, как и ток создает несколько скачков, но не более предела, установленного на устройстве плавного пуска.
Выбор такого ответственного узла следует осуществлять среди проверенных производителей.
Лучшие производители
Главное требование к устройству плавного пуска – надежность и длительность эксплуатации. Поэтому выбирая конкретную модель, важно определиться с наиболее популярными производителями, их перечень приведен в таблице ниже:
Таблица 1: сравнение производителей устройств плавного пуска
| Наименование компании | Краткое описание продукции |
| Schneider Electric | Представляет линейку УПП Altistart как цифрового, так и аналогового исполнения с большим количеством вспомогательных функций. |
| Siemens | Один из лучших немецких производителей. УПП от Siemens отличаются высокой надежностью и такой же стоимостью. |
| ABB | Также один из лучших производителей, выпускает УПП с широкими функциональными возможностями. |
| Carlo Gavazzi | Один из ведущих итальянских производителей, отличается удобным пуском и простой системой настройки. |
| Danfoss | Отличается простотой монтажа и хорошим функционалом для подключения электрических машин разной мощности. |
Основные критерии выбора
Плавный пуск можно реализовать различными способами и темпами нарастания электротока. Поэтому первое, от чего нужно отталкиваться – параметры работы асинхронных электродвигателей.
Среди них вам пригодятся:
- Значение тока при запуске электродвигателя, который удобнее всего измерить клещами эмпирическим методом. В лабораторных условиях применяются специальные приборы, фиксирующие максимум, они куда точнее, но и стоят дороже.
- Рабочий ток – необходим для определения соотношения нагрузок устройства плавного включения.
- Время пуска – временной промежуток, за который мотор набирает номинальную частоту и выравнивается до номинального тока.
- Время остановки – регламентируется не всеми техпроцессами, так как не в каждом случае требуется плавная остановка.
Также важно определять количество включений за единицу времени, в среднем, устройство плавного пуска необходимо при 2 – 3 манипуляциях за час. Тогда затраты на приобретение и установку однозначно окупятся за счет экономии моторесурса трехфазного электродвигателя.
Выбор по классификации пуска
Следующим критерием для выбора устройства плавного запуска будет степень тяжести запускаемого агрегата.
Согласно принятой классификации выделяют три категории:
- Легкий пуск – считается такая ситуация, при которой пусковая отличается от номинальной мощности не более чем в 3 раза. Сюда относятся приспособления со слабой механической нагрузкой – вентиляторы, насосы, двигатели с холостым пуском и прочие.
Рис. 2. Пример легкого пуска- Средний пуск – вариант, когда претерпевается перегрузка в 4 раза и время запуска является достаточно продолжительным, от 30 до 50 секунд. К ним относятся различные смесители, дробильные установки, некоторые конвейеры и т.д.
- Тяжелый пуск – сюда относятся агрегаты, выдающие 6-7 кратное превышение. Это всевозможные крановые электрические машины и лебедки с изначальной нагрузкой, сепараторы, шнековое оборудование, насосы и т.д.
Расчет категории выполняется путем деления тока при запуске на рабочий ток в номинальном режиме. Если величина перегрузки окажется слишком большой, то помимо мягкого пуска вам нужно будет использовать еще и частотное регулирование.
Способ управления
В зависимости от способа включения и отключения устройства плавного запуска они подразделяются на аналоговые и цифровые. Сегодня на рынке практически невозможно приобрести аналоговый УПП, так как производители используют электронику. Аналоговое устройство функционирует посредством потенциометра и переключателя. За основу цифрового взято микроконтроллер, оценивающий текущую ситуацию в сети и подающий управляющие команды.
Цифровые модели оснащаются всевозможными анализаторами, системами контроля рабочих параметров, защитами и т.д. Некоторые из них оснащаются функцией удаленного доступа и все процессы можно видеть и регулировать с помощью мобильного приложения.
Рис. 3. Цифровое устройство плавного пуска с программируемыми функциямиОтдельно обратите внимание на следующие функции, которые могут вам пригодиться для реализации тех или иных технологических операций:
- защита от перегрузки – неотъемлемая составляющая большинства устройств плавного пуска;
- блок плавного разгона электродвигателя – требуется для предотвращения рывков на начальном этапе.;
- блок импульсного разгона, когда первый толчок вала осуществляется на максимальном моменте, чтобы сдвинуть его с большой нагрузкой;
- плавное торможение – нужен в тех ситуациях, когда от способа остановки двигателя зависит возможность повторного запуска или техпроцесс не допускает резкого прерывания;
- защиты от перекоса по фазам, обрыва линии, снижения рабочих токов или падения частоты.
Функция шунтирования
При постоянной работе электродвигателя, устройство плавного запуска воспринимает его рабочую нагрузку, пропуская через основную линию. От этого полупроводниковый переход подвергается преждевременному изнашиванию, что обуславливает сокращение срока службы. Для предотвращения подобного эффекта после запуска электрического мотора происходит шунтирование устройства плавного пуска контактами пускателя.
Такая опция актуальна для электрических машин с большими номиналами рабочих токов. Некоторые модели устройств плавного запуска укомплектованы такими контакторами с завода, для других шунт устанавливается отдельно, пример раздельной установки показан на рисунке ниже:
Рис. 4. Устройство плавного пуска с отдельными контакторамиПосле шунтирования питание на электрическую машину будет подаваться напрямую от сети.
Количество фаз
По числу фаз устройство плавного пуска подразделяется на двухфазные и трехфазные, в каждом из них задействуется две или три фазы соответственно. В первом варианте пуск осуществляется через две фазы, а третью подключают к электрической машине напрямую. Недостатком двухфазных моделей для плавного пуска является несимметричность системы, но такие устройства обладают более низкой ценой и меньшими габаритами.
Трехфазные агрегаты плавного пуска более дорогие, но их работа полностью симметрична, их применение оправдано для процессов с частыми коммутациями и тяжелой нагрузкой.
Существует категория компактных устройств, работающих напрямую от бытовой сети. Они предназначены для пуска маломощный домашних установок.
УШМ (болгарка) MAKITA GA4530 без плавного пуска. Фото 220Вольт
При покупке дешевой болгарки у нее наверняка будет отсутствовать опция плавного пуска. Во время запуска, особенно мощной УШМ, можно прочувствовать все «прелести» рывка, который производит болгарка при включении. При наличии устройства плавного пуска электроинструмент в комфортных для пользователя условиях начнет выполнять свою работу. Несомненно, болгарка с такой опцией стоит дороже. Однако, возможно самостоятельно установить на болгарку устройство плавного пуска. Это решит вопросы экономии средств и облегчит дальнейшую эксплуатацию — устройство, сделанное своими руками, легче отремонтировать в случае выхода его из строя.
Устройство
В болгарках без плавного пуска на обмотки коллекторного двигателя сразу подается напряжение сети 220 В, а для приведения его в рабочее состояние требуется повышенный пусковой ток. Устройство плавного пуска обеспечивает постепенное нарастание напряжения и соответственно, ток при запуске также не растет скачкообразно.
Обеспечить такой режим пуска возможно при использовании специальной электронной схемы. Основным компонентом ее является полупроводниковая микросхема, которая управляет другим, более мощным полупроводниковым прибором симистором, обеспечивающим подачу мощности на электропривод болгарки. Тиристоры микросхемы работают с задержкой питающего напряжения, до того момента пока конденсатор цепи не зарядится полностью. Принцип работы микросхемы удачно сочетается с обеспечением плавного пуска болгарок.
Микросхемы к1182, LM358
Наиболее известная микросхема для устройства плавного пуска к1182. Эта микросхема была создана еще в советские времена и сейчас ее не так просто найти. Существуют другие более доступные микросхемы, например, LM358. Многие современные болгарки в заводском исполнении устройства используют микросхему LM358.
Микросхема LM358
Принцип действия
Устройство плавного пуска в УШМ заводского исполнения находится внутри корпуса болгарки и соединяется контактами с кнопкой включения и обмотками статора электропривода. Требуется определенное время для выхода УШМ на номинальный режим и электромагнитное поле, создаваемое равномерно нарастающими силой тока и напряжением через обмотки статора, заставляет якорь привода болгарки плавно набирать обороты.
Для болгарок, где производителем не предусмотрено такое устройство, обычно в очень редких случаях удается скрыть его под корпусом болгарки. Наиболее часто оно выполняется в виде отдельного блока, обустроенного в разрыве цепи силового кабеля. Однако принцип действия от этого не меняется.
Недостатки УШМ без плавного пуска
Аккумуляторная угловая шлифмашина Metabo W 18 LTX 125 602174850 с плавным пуском. Фото ВсеИнструменты.ру
Кроме обеспечивающих комфортные условия работы пользователю, болгарка с плавным пуском обладает рядом других достоинств.
- Отсутствие во время плавного пуска болгарки большого пускового тока, который в разы превышает номинальное значение этого параметра во время работы, повышает надежность электрической части электроинструмента. В этом случае провода обмоток не испытывают перегрузок и не растрескиваются, ламели коллектора и щетки не подвергаются износу от повышенного искрения, в местах контакта не происходят процессы, ухудшающие соединение.
- Во время равномерного повышения числа оборотов до номинального значения болгарка с плавным пуском не испытывает повышенных динамических нагрузок, которые возникают при его отсутствии. Мгновенный набор 6000 оборотов в минуту и более не проходит бесследно для шестеренчатой передачи и подшипниковых узлов. Они быстрее выходят из строя, поэтому болгарки без такого устройства чаще ремонтируются.
Как сделать блок пуска для электроинструмента
Существует достаточно много вариантов самостоятельного оборудования болгарки устройством плавного пуска. Некоторые из них представлены в авторских видео.
Блок пуска на базе микросхемы LM358
В следующем видео автор делится опытом самостоятельного изготовления платы блока плавного пуска по схеме, взятой из интернета, на базе микросхемы LM358. Корпус для платы автор изготовил из коробочки из-под шампуня, что говорит о богатой фантазии мастеров самодеятельного творчества. Автор не просто слепо скопировал схему из интернета, а доработал с заменой характеристик некоторых ее элементов: транзисторов, диодов, резисторов. Радиатор для охлаждения полупроводниковых приборов взят из магнитофона. Для того, чтобы была возможность разместить блок плавного пуска внутри корпуса болгарки, а не как в случае предложенного варианта, разработана плата меньшего размера.
Технология работ по изготовлению блока пуска
Автор следующего видео подробно описывает приемы работ, применяемые комплектующие и вспомогательные технологические материалы для изготовления устройства плавного пуска. Здесь в качестве базового элемента взята микросхема к1182. Технология не рассчитана на применение в качестве основы печатной платы, автор называет такую сборку технологией «навесного монтажа». При таком производстве работ кроме пайки применяется крепление отдельных элементов с помощью крепежных изделий, например, так крепится симистор к теплоотводу. Готовый блок пуска не универсален для всех болгарок. На двух отдельно взятых автором УШМ они выходили на режим за ощутимо разный промежуток времени.
Один из вариантов компоновки самодельного блока пуска
В качестве исходного варианта автор следующего видео выбрал известную в интернете сборку с микросхемой LM358.Так как собранный пусковой блок не поместился внутри корпуса болгарки, автор «упаковал» внутрь лишь симистор с радиатором, по причине хороших условий охлаждения от колеса вентилятора болгарки. Остальную часть блока вместе с микросхемой закрепил на корпусе УШМ.
Использование утюга в качестве дополнительной нагрузки для снижения оборотов болгарки
Этот способ не относится конкретно к теме плавного пуска болгарки. Однако, для понимания принципа действия электронного устройства диммер, который используется для регулировки мощности (или количества оборотов) болгарки вполне приемлем. В следующем видео утюг забирает определенную мощность у УШМ, тем самым снижая ее обороты.
Типовую схему блока пуска следует дорабатывать для каждого отдельного электроинструмента
Автор следующего видео рассказывает как оборудовал свою бытовую болгарку устройством плавного пуска для увеличения срока эксплуатации.
Важно: схема может отлично работать для регулировки яркости лампы, но для необходимого функционирования болгарки при пуске быть неспособной выполнять задачу. Для эффективной работы ее следует «настроить», а именно подобрать нужные величины резисторов, емкостей конденсаторов и возможно изменить характеристики полупроводниковых приборов.
Как приспособить в болгарке штатный диммер для регулировки оборотов
В следующем видео автор доработал кнопку включения (сделал ее подпружиненной) с целью использования возможностей покупного диммера для регулировки оборотов болгарки. После включения болгарки перемещением кнопки устанавливается требуемый режим оборотов. Диммер фиксирует этот режим и при повторном включении производится его установка.
Можно ли сделать из энергосберегающей лампы
В энергосберегающей лампе имеется в наличии электронный блок, который повышает напряжение и частоту тока. При этом лампа загорается при определенном напряжении, при пониженном напряжении электронный блок просто не работает. Поэтому лампа запускается с задержкой, но без плавного пуска. Поэтому использовать данную схему для плавного пуска не стоит.
Как подключить, установка
Для пользователей болгарок, не имеющих навыков электромонтажных работ можно приобрести отдельно продающийся блок плавного пуска. Необходимо будет лишь правильно его установить. Существую два варианта размещения пускового устройства — внутри корпуса болгарки и, в случае невозможности, снаружи.
В следующем видео автор один из приобретенных блоков с помощью небольшой доработки корпуса болгарки разместил внутри его. Два провода блока пуска подсоединяются по следующей схеме: один провод к контакту выключателя, другой к обмотке статора электропривода.
В другом видео автору также удалось поместить приобретенный блок внутри болгарки. Однако схему подключения он выбрал другую — в разрыв сети. При этом не важно учитывать куда подсоединять «ноль», а куда «фазу».
Как убрать и стоит ли
В следующем видео автор убедительно доказывает, что если плавный пуск стоит на болгарке, то не стоит обращать внимание на краткосрочные задержки в работе при ожидании набора рабочих оборотов и нового запуска болгарки после окончательной разрядки конденсатора (совпадает с окончанием вращения рабочего инструмента по инерции). Устройство плавного пуска создает куда больше пользы от долговременной без ремонтов эксплуатации болгарки.
Как подключить напрямую, без плавного пуска
Если во время срочной работы перестало работать устройство плавного пуска, то электрическая схема позволяет его легко обойти. В принципе просто убрать его и затем соединить разорванную цепь. Таких болгарок эксплуатируется достаточно большое количество. Однако лучше восстановить вышедший из строя плавный пуск.
Как проверить
В домашних условиях перед сборкой болгарки с устройством плавного пуска неплохо проверить его на разрыв в цепи. В следующем видео проверяется устройство с тремя выводами. Обычно на корпусе пускового устройства имеется схема подключения. Здесь два провода сетевых, один идет к электроприводу. Если собрать цепь с индикаторной лампочкой, включив в нее устройство пуска, то определить разрыв в нем возможно загоранием/не загоранием индикаторной лампочки.
Ремонт, не работает
Определить разрыв цепи по вине устройства плавного пуска достаточно легко. Для этого необходимо лишь прозвонить цепь по участкам. Заниматься восстановлением платы самостоятельно возможно лишь при наличии сложных приборов для определения характеристик полупроводниковых элементов. Лучшим вариантом будет заменить ее на подобную купленную в магазине или изготовленную своими руками.
Где купить
Для поиска продавца плавного пуска для болгарки рекомендуем перейти в этот раздел нашего сайта.
плавный старт — это … Что такое плавный старт?
гладкая — {{Roman}} I. {{/ Roman}} глагол ADVERB ▪ осторожно, аккуратно ▪ Она аккуратно разгладила его волосы. ▪ прочь, наружу ▪ Используйте утюг, чтобы сгладить любые складки … Словарь-словарь
облегчают путь кому-то — облегчают путь (кому-то / чему-то), чтобы облегчить условия для того, чтобы что-то произошло. Родители могут многое сделать, чтобы облегчить путь своим детям, когда они пойдут в школу.Чтобы сгладить наш путь, многие люди предложили отвезти нас в и из…… Новый словарь идиом
облегчают путь к чему-то — облегчают путь (кому-то / чему-то), чтобы облегчить условия для того, чтобы что-то произошло. Родители могут многое сделать, чтобы облегчить путь своим детям, когда они пойдут в школу. Чтобы сгладить наш путь, многие люди предложили отвезти нас в и из…… Новый словарь идиом
прокладывают путь для — (кого-то / чего-то), чтобы облегчить условия для того, чтобы что-то произошло.Родители могут многое сделать, чтобы облегчить путь своим детям, когда они пойдут в школу. Чтобы сгладить наш путь, многие предлагали отвезти нас в больницу и обратно … Новый словарь идиом
Плавная функция — Функция выпуклости — это плавная функция с компактной поддержкой. В математическом анализе класс дифференцируемости — это классификация функций по свойствам их производных. Классы дифференцируемости высшего порядка соответствуют… Wikipedia
сглаживание — сглаживание2 W3 [smu: ð] прил. Сравнительное сглаживание превосходное сглаживание ▬▬▬▬▬▬▬ 1¦ (поверхность) ¦ 2¦ (происходит без проблем) ¦ 3¦ (движение) ¦ 4¦ (человек) ¦ 5¦ (жидкая смесь) ¦ 6¦ (звук) ¦ 7¦ (вкус) ¦ ▬▬▬▬▬▬▬ [… Словарь современного английского языка
Smooth jazz — Для спутниковой службы Jones Radio Networks см. Smooth Jazz (радиосеть).Гладкий джаз Стилистические истоки Джаз-фьюжн R B Funk Pop Культурные истоки 1960-х / 1970-х годов в США Типичные инструменты… Wikipedia
Smooth Criminal — Infobox Одиночный | Имя = Гладкий Криминальный Исполнитель = Альбом Майкла Джексона = Плохой Выпуск = Дата начала | 1988 | 10 | 24 Формат = 5 CD сингл 3 CD сингл 12 винил 7 сингл Кассета сингл Записано = 1987 Жанр = Funk / Dance pop Длина = 7 / Альбом: 4:17 … Википедия
Плавное преследование — Движение преследования — это способность глаз плавно следовать за движущимся объектом.Это один из двух способов, которыми зрительные животные могут добровольно изменять взгляд, другой — саккадические движения глаз. Погоня отличается от вестибуло глазного рефлекса, который…… Википедия
гладкая — 1 прилагательное 1 ПЛОСКОСТЬ гладкая поверхность абсолютно ровная и ровная: каменные ступени были гладкими на веках посетителями. противоположная шероховатая 1 (1) 2 МЯГКАЯ гладкая кожа или мех мягкая и приятная на ощупь, а ваша рука легко перемещается по…… словарь современного английского языка Longman
Smooth Newt — Имя таксобокса = Ширина изображения Smooth Newt = 250px status = LC | система состояния = IUCN3.1 статус ref = [IUCN2006 оценщики = Arntzen, J.W. и другие. год = 2004 id = название = скачено = 2007 06 11] regnum = Animalia phylum = Chordata classis = Amphibia ordo =…… Wikipedia
— это … Что такое система плавного пуска?
Плавное преследование — Движение преследования — это способность глаз плавно следовать за движущимся объектом. Это один из двух способов, которыми зрительные животные могут добровольно изменять взгляд, другой — саккадические движения глаз. Погоня отличается от вестибуло глазного рефлекса, который…… Википедия
Smooth jazz — Для спутниковой службы Jones Radio Networks см. Smooth Jazz (радиосеть).Гладкий джаз Стилистические истоки Джаз-фьюжн R B Funk Pop Культурные истоки 1960-х / 1970-х годов в США Типичные инструменты… Wikipedia
Smooth Criminal — Infobox Одиночный | Имя = Гладкий Криминальный Исполнитель = Альбом Майкла Джексона = Плохой Выпуск = Дата начала | 1988 | 10 | 24 Формат = 5 CD сингл 3 CD сингл 12 винил 7 сингл Кассета сингл Записано = 1987 Жанр = Funk / Dance pop Длина = 7 / Альбом: 4:17 … Википедия
гладкая — 1 прилагательное 1 ПЛОСКОСТЬ гладкая поверхность абсолютно ровная и ровная: каменные ступени были гладкими на веках посетителями.противоположная шероховатая 1 (1) 2 МЯГКАЯ гладкая кожа или мех мягкая и приятная на ощупь, а ваша рука легко перемещается по…… словарь современного английского языка Longman
Система вегетативной нервной системы — часть нервной системы, которая раньше считалась функционально независимой от мозга. Автономная нервная система регулирует ключевые функции организма, включая деятельность сердечной мышцы (см. Ниже), гладких мышц (например,…… Медицинский словарь
нервная система, человек — ▪ анатомия Введение системы, которая направляет стимулы от сенсорных рецепторов к головному и спинному мозгу и направляет импульсы обратно в другие части тела.Как и у других высших позвоночных, нервная система человека имеет два основных…… Универсалиум
Пищеварительная система человека — Введение системы, используемой в организме человека для процесса пищеварения. Пищеварительная система человека состоит в основном из пищеварительного тракта (желудочно-кишечного тракта) или ряда структур и органов, через которые проходит пища и жидкости…… Universalium
Болезни пищеварительной системы — Введение любых заболеваний, влияющих на пищеварительный тракт человека.Такие расстройства могут поражать пищевод, желудок, тонкую кишку, толстую кишку (толстую кишку), поджелудочную железу, печень или желчные пути. Распространенное расстройство пищеварения…… Universalium
репродуктивная система человека — Органная система, посредством которой люди размножаются. У самок яичники располагаются рядом с отверстиями маточных труб, которые несут яйца от яичников к матке. Шейка матки простирается от нижнего конца матки во влагалище, отверстие которого, как…… Universalium
Автономная нервная система — Часть нервной системы, которая когда-то считалась функционально независимой от мозга.Автономная нервная система регулирует ключевые функции организма, включая деятельность сердечной мышцы (см. Ниже), гладких мышц (например,…… Медицинский словарь
Румынская система образования — В соответствии с Законом об образовании, принятом в 1995 году, румынская система образования регулируется Министерством образования и научных исследований (Министерство образования и науки Cercetării MEC). Каждый уровень имеет свою собственную форму организации и подчиняется … … Википедии