Устройство плавного пуска для асинхронного двигателя — применение, назначение

Необходимость плавного запуска

При плавном пуске асинхронного двигателя можно уменьшить недостатки таких электрических машин и обеспечить:

• Снижение затрат на ремонт. Пусковые токи вызывают перегрев обмотки, что значительно сокращает срок службы машин.
• Нет рывка. Резкий запуск двигателя приводит к повышенному износу механизмов шестеренчатой ​​передачи, гидроударам в сети подачи жидкости и другим нежелательным последствиям.
• Уменьшите энергопотребление. Прямой пуск приводит к дополнительному потреблению энергии. Кроме того, перепады напряжения в условиях ограниченной мощности сети негативно скажутся на всех подключенных устройствах.
• Сократите расходы, заменив оборудование. Электроагрегаты для асинхронной работы выбираются с большим запасом мощности. Плавный пуск позволяет подключать более дешевые устройства коммутации и защиты.

Плавный пуск и разгон значительно расширяют модельный ряд асинхронных электродвигателей.

Способы пуска асинхронных электродвигателей

Для запуска асинхронных двигателей используются различные методы. На практике чаще всего используются следующие методы:

• Изменение конструкции электродвигателей (роторы с глубокими канавками, например «двойная беличья клетка”).
• Прямой старт.
• Запуск при низком напряжении.
• Начало частоты.

Двигатели специальной конструкции значительно дороже обычных электрических машин, что сильно ограничивает их применение.

Прямой запуск

Наиболее простой пусковой схемой асинхронных электрических машин с короткозамкнутым ротором является прямое подключение к сети. Подача напряжения на обмотки статора осуществляется замыканием токовых контактов магнитного пускателя или контактора.

При прямом пуске электрической машины крутящий момент на валу значительно меньше номинального. Кроме того, пуск с полным напряжением вызывает скачки напряжения и падение напряжения. Прямой пуск относится к:

• Когда мощность электрической машины низкая.
• Для технологического оборудования, не требующего плавного разгона.
• Для машин без нагрузки пуск.

Этот способ непригоден для привода инерционной техники, устройств, не требовательных к пусковому моменту, с ограниченным запасом мощности.

Пуск на пониженном напряжении

Пуск асинхронных электрических машин пониженным напряжением осуществляется по нескольким схемам:

Меняя обмотки статора «звезда-треугольник». Подключил через трансформатор. Включением пусковых резисторов или реакторов в цепь обмотки статора.

Принцип работы первой схемы основан на пуске электрической машины при соединении обмоток «звездой». После разгона двигателя узлы сцепления переключают их на «треугольник». Это позволяет снизить пусковой ток в 3 раза.

При этом пусковой момент на оси также снижается более чем на 30%. Кроме того, преждевременное переключение также вызывает броски тока порядка величин, возникающих при прямом пуске. Этот метод также непригоден для инерционного оборудования и установок, запускаемых под нагрузкой.

Для устранения недостатков электродвигателей с короткозамкнутым ротором применяют также пусковые схемы для автотрансформаторов.

В этом случае устройство для преобразования напряжения включается последовательно в цепь обмоток электрической машины. Эта схема обеспечивает плавный разгон и снижение пускового тока. Приводы мощных установок и оборудования со значительным моментом сопротивления подключаются через автотрансформаторы.

Высокая стоимость элементов схемы, рост тока при переходе на полное напряжение ограничивают ее применение.

Также широко используются схемы реакторного и резистивного пуска. Для уменьшения напряжения к обмоткам последовательно подключают резисторы или катушки с реактивным сопротивлением. Запуск осуществляется при включении в цепь последовательно соединенных элементов с активным или индуктивным сопротивлением.

При разгоне двигателей реакторы и пусковые резисторы постепенно шунтируются и отключаются от цепи. Недостатком этого способа является высокая стоимость оборудования, значительно сниженный пусковой момент.

Частотный пуск

Этот способ пуска и разгона основан на зависимости момента и скорости вращения вала двигателя от частоты питающего напряжения на обмотках. Для изменения этой характеристики используются преобразователи частоты.

Запуск через инвертор решает все проблемы запуска и разгона асинхронного двигателя. Однако эти устройства имеют высокую цену, большие габариты, а также являются источником высших гармоник.

Устройства плавного пуска

Устройство плавного пуска, устройство плавного пуска или устройство плавного пуска — это электрическое оборудование для запуска и ускорения двигателя и адаптации пускового момента на валу к нагрузке. Схема плавного пуска построена на основе силовых тиристоров или симисторов. Устройство представляет собой бестрансформаторный бесступенчатый преобразователь напряжения. Устройства плавного пуска используются:

• Для включения мощных асинхронных электродвигателей в сеть малой мощности.
• Для плавного запуска, ускорения и остановки электрических машин.
• Если необходимо запустить двигатель под нагрузкой.
• Для уменьшения пусковых токов.

Устройства плавного пуска позволяют отказаться от дорогих и несовершенных схем пуска электродвигателей, а также значительно расширить область применения доступных и функциональных асинхронных машин с короткозамкнутым ротором. Они используются для привода технологического оборудования:

• Легкий старт. Пусковые токи в таких условиях не превышают трехкратного номинального значения.
• Тяжелый старт. При запуске электродвигателя ток увеличивается в 4-5 раз, переходные процессы в цепях длятся более 30 секунд.
• Особенно сложный старт. При этом пусковой ток превышает номинальный в 7-10 раз. Процесс перехода занимает значительное время.

Устройства плавного пуска имеют относительно низкую цену, малые габариты и массу по сравнению с преобразователями частоты.

Принцип работы УПП

Токовая часть УПП состоит из силовых тиристоров, включенных встречно-параллельно и шунтирующих контакторов. Изменение напряжения достигается регулировкой проводимости полупроводниковых приборов путем подачи триггерных импульсов на управляющие контакты.

УПП также включает в себя:

• Генератор управляющих импульсов. Этот блок генерирует сигналы, которые изменяют угол проводимости полупроводниковых устройств при запуске и остановке двигателя.
• Блок управления на базе контроллера или микропроцессора. Основными функциями являются подача команд генератору импульсов, обеспечение связи с другими устройствами, прием сигналов от датчиков и обеспечение защитного отключения электрической машины при аварийных и нештатных режимах работы.

Пуск электрической машины осуществляется при напряжении 30-60% от номинального напряжения. При этом происходит плавное зацепление шестерен передаточного механизма, постепенное натяжение приводных ремней. Кроме того, блок управления постепенно увеличивает проводимость тиристоров до полного разгона электродвигателя.

При достижении номинальной скорости вала контакты блоков шунтирующих переключателей замыкаются. Ток начинает течь вокруг тиристоров. Это необходимо для уменьшения нагрева полупроводниковых приборов, увеличения срока службы устройства плавного пуска и снижения энергопотребления.

Когда двигатель останавливается, контактор включает тиристоры в цепи. С генератора импульсов поступают сигналы, постепенно снижающие проводимость тиристоров до остановки электрической машины.

Читайте также: Подключение к электросетям частного дома 15 кВт: инструкция

Виды УПП

По способу регулирования напряжения различают одно-, двух- и трехфазные агрегаты:

• Устройство плавного пуска с однофазным регулированием напряжения. Применяется в электростанции оборудования мощностью 11 кВт. Такие устройства плавного пуска обеспечивают снижение динамических толчков и отсутствие рывков при запуске привода. Недостатками устройств этого типа являются несимметричная нагрузка при пуске, большие пусковые токи.

• Двухфазный плавный пуск. Применяются в преобразователях частоты до 250 кВт для снижения динамических нагрузок при пуске. Обеспечивают некоторое снижение пусковых токов, нагрев двигателя. Используется в оборудовании с умеренными пусковыми условиями при отсутствии строгих требований по ограничению тока.

• Трехфазный плавный пускатель. Устройства плавного пуска этого типа снижают пусковые токи до 3-х кратного номинального значения, обеспечивают плавный останов и обеспечивают аварийное отключение преобразователя частоты. Регулирование напряжения осуществляется по всем трем фазам, что исключает появление несимметрии.

Номинальная мощность привода ограничена только характеристиками полупроводниковых силовых элементов. Такие устройства плавного пуска используются в операциях с особо тяжелыми условиями пуска, с частыми пусками и остановками.

Основные и дополнительные функции УПП

Современные устройства плавного пуска представляют собой многофункциональные электрические устройства. Их основное назначение – снижение пусковых токов и гашение динамических толчков при пуске двигателя. Кроме того, ОПС обеспечивает:

• Начните с номинального крутящего момента. В этом случае при пуске на электродвигатель подается максимальное напряжение, после чего включаются тиристоры. Разгон до номинальной частоты осуществляется плавно. Устройства плавного пуска данной конструкции применяются для механизмов со значительной пусковой нагрузкой.
• Динамическое торможение. Устройства плавного пуска с этой функцией обеспечивают остановку привода без выбега. Устанавливаются на станции инерционно-технологического оборудования: тягодутьевых вентиляторов, лифтов и т.д.
• Старт как функция тока и напряжения. УПП данной конструкции позволяют задавать предельное значение пускового тока. Агрегаты используются при малой мощности сети, а также при эксплуатации оборудования с малым пусковым моментом.
• Защита двигателя. УПП обеспечивают остановку хода при выпадении фазы, перегрузке, превышении времени разгона, а также в других нештатных и аварийных режимах. Устройства плавного пуска не имеют защиты от короткого замыкания и включаются через предохранители или автоматические выключатели.
• Интеграция в АСУ и системы телемеханики. Устройства плавного пуска с процессорными блоками управления и блоками поддержки протоколов связи с аппаратурой телемеханики легко интегрируются в многоуровневые системы автоматизации технических процессов.
• Регулятор скорости вала. Устройства плавного пуска с этой функцией не заменяют преобразователи частоты. Этот режим приемлем для непродолжительной настройки оборудования.

Выбор функциональных возможностей устройства плавного пуска зависит от требований электрической эксплуатации и осуществляется исходя из технико-экономической целесообразности.

Подключение цепей управления

Пуск и остановка двигателя осуществляется по двух- или трехпроводной схеме.

Привод запускается нажатием кнопки. Остановка электрической машины производится повторным нажатием.

При выборе трехпроводной схемы плавный пуск и торможение двигателя осуществляется нажатием кнопок «пуск» и «стоп”.

Устройство плавного пуска этой модели позволяет регулировать пусковое напряжение в диапазоне от 30% до 75% от номинального значения питающей сети. По умолчанию 50%. Продолжительность нарастания и спада напряжения регулируется в пределах от 2 до 20 секунд. Эта величина определяет время разгона и остановки электрической машины.

Все электрические соединения выполняются кабелями с медными жилами рекомендованных производителями марок и сечений. Настройка привода и программирование устройства плавного пуска выполняются по алгоритму, заданному производителем. Перед пробным пуском, чтобы проверить работоспособность преобразователя частоты, необходимо проверить схему подключения и правильность настроек.

Типы устройств плавного старта

Их можно разделить на четыре категории.

• Регулировка пускового момента. Их принцип работы таков, что они контролируют фазу. Но при управлении плавным пуском пусковые токи не уменьшаются. Поэтому спектр их использования ограничен.
• Напряжение регулирования без сигнала обратной связи. Они работают по заданной программе и являются одними из самых распространенных в использовании.
• Напряжение регулирования с сигналом обратной связи. Принцип их действия заключается в возможности изменять напряжение и регулировать величину тока на заданном участке.
• Регулирование тока при наличии сигнала обратной связи. Они являются самыми современными из всех устройств этого типа. Обеспечивают высочайшую точность управления.

Выбор УПП

Выбор устройства плавного пуска производится при проектировании или модернизации электростанции. При этом учитываются требования к оборудованию, особенности электрической сети и другие условия. Основными критериями являются:

• Ток, напряжение и мощность электрической машины. Необходимо, чтобы максимально возможный ток при пуске не превышал предельного значения тока устройства плавного пуска. Напряжение и мощность устройства должны соответствовать характеристикам двигателя.
• Количество пусков и остановок. Этот параметр указывается в технической документации устройства плавного пуска, он должен соответствовать условиям эксплуатации электростанции.
• Пусковой крутящий момент. В диапазон регулируемых значений должно входить требуемое значение допустимого крутящего момента при пуске оборудования.
• Электромагнитная совместимость. Все приводное оборудование должно иметь один и тот же класс ЭМС.
• Допустимое время разгона и торможения двигателя.

При выборе также учитывается наличие функций динамического торможения, защиты от нештатных режимов работы, поддерживаемых интерфейсов связи.

Bt136 600E: схема включения регулировки напряжения

Дешевые болгарки, не обладающие достаточной мощностью, производители не нагружают схемами включения регулирования напряжения, иначе такие болгарки не были бы дешевыми. При запуске болгарки, если она ровная, процесс осуществляется через переходник, соединенный контактами с блоком выпрямителя. Блок выпрямителя преобразует ток.

Регулятор скорости позволяет работать длительное время, не перегружая инструмент

Но иногда имеет смысл модернизировать УШМ по отработанной схеме. Электрическая схема собирается достаточно просто. Сделать его несложно, а при желании к готовой схеме можно подключить не только болгарку, но и любой другой инструмент. Однако инструмент должен иметь коллекторный двигатель, а не асинхронный.

Самодельный подход к созданию схемы будет следующим:

• Для начала следует скачать плату, если ее нет;
• В качестве силового ответвителя используется симистор Bt136 600E;
• Во время работы симистор будет нагреваться, во избежание этого установлен радиатор;
• Используемые резисторы обеспечивают сопротивление току, обеспечивают подавление тока;
• Регулятор настраивается многооборотным триммером;
• Для проверки подключите лампочку;
• После подключения лампочку необходимо выключить — симистор должен быть холодным;
• Подключить получившуюся схему к болгарке.

Если плата подключена правильно, резисторы симистора и УШМ должны запускаться плавно, а использование оборотов должно регулироваться. После этого можно испытать болгарку в действии. Аналогичные знания могут потребоваться при устранении неисправностей двигателя. Например, при повышении напряжения или неправильной балансировке.

Модели на болгарку 600 Вт

Для болгарок мощностью 600 Вт применяют пускатели с контактными симисторами, где перегрузка не превышает 10 А. Также стоит отметить, что существует множество агрегатов с вкладышами. Они выделяются своей безопасностью и не боятся высоких температур.

Минимальная частота для кофемолок мощностью 600 Вт составляет 30 Гц. При этом сопротивление зависит от установленного триода. Если используется линейный тип, вышеуказанный параметр не превышает 50 Ом.

Если говорить о дуплексных триодах, то сопротивление на высоких оборотах может доходить до 80 Ом. Очень редко модели имеют стабилизаторы, работающие от компараторов. Чаще всего они крепятся непосредственно к модулям.

Некоторые модификации были сделаны с проводными транзисторами. Их минимальная частота начинается от 5 Гц. Они боятся перегрузок, но способны поддерживать высокие обороты при напряжении 220 В.

Преимущества УПП

По сравнению с другими схемами пуска асинхронных электродвигателей устройство плавного пуска обеспечивает наибольшее снижение амплитуды пускового тока.

Кроме того, такие устройства обладают следующими преимуществами:

• Продлить срок службы двигателя и технологического оборудования. Устройство плавного пуска снижает нагрев обмоток, контактов, а также устраняет динамические толчки.
• Значительное снижение стоимости аппаратной части электропривода. Установив устройства плавного пуска, можно сэкономить на схемах защиты, установить менее мощные коммутационные аппараты.
• Снизить нагрузку на электросеть. Устройства плавного пуска снижают пусковые токи и предотвращают перепады напряжения в электрических сетях. Особенно это актуально при ограниченной мощности трансформаторов и использовании автономных источников питания.
• Повышение безопасности производства. Плавный пуск и разгон снизят повреждения при отказе оборудования, связанные с рывками при пуске, вероятностью гидравлического удара и другими аварийными ситуациями.
• Уменьшение наведенных помех при запуске. Устройства плавного пуска уменьшают напряженность магнитного поля при запуске двигателя. Устройства плавного пуска позволяют обойтись без фильтров для кабелей управления.
• Бюджетный. УПП в несколько раз дешевле частотных преобразователей той же мощности. Устройства плавного пуска целесообразно использовать при постоянной нагрузке оборудования в условиях, когда основными требованиями являются ограничение пусковых токов и пускового момента.

Устройства плавного пуска также заменяют механические тормоза и кинематические стопорные устройства. Кроме того, устройства плавного пуска позволяют использовать асинхронные двигатели с «беличьим ротором» вместо дорогостоящих электрических машин с улучшенными пусковыми характеристиками или фазным ротором.

Выбор схемы пуска осуществляется на основе анализа требований к оборудованию и характеристик электрической сети.