Устройства плавного пуска электродвигателя: функции, виды и стоимость решений

Электродвигатель — это незаменимое оборудование в современном мире высоких скоростей. В настоящее время наибольшее распространение в промышленных целях получил асинхронный двигатель переменного тока, который стал популярен благодаря своей простоте, неприхотливости в использовании, высокому КПД и экологической безопасности.

Однако, у него есть свои особенности. В момент запуска электродвигателя возникают две основные проблемы: высокий пусковой ток и значительная нагрузка на механические узлы приводимого в действие оборудования. Кроме того, высокий пусковой ток создает значительную нагрузку на питающую сеть, что может привести к ухудшению ее качества и проблемам в работе других приборов. Резкий рывок при запуске также может сократить срок службы механических узлов приводимого в действие оборудования.

Для решения этих проблем были созданы устройства плавного пуска (УПП). Они позволяют уменьшить пусковой ток и постепенно нарастить скорость вращения двигателя, что снижает нагрузку на механические узлы и позволяет избежать резких рывков. Устройства плавного пуска также снижают нагрузку на питающую сеть и улучшают ее качество.

Выбор устройства плавного пуска зависит от требований конкретного оборудования и характеристик электродвигателя. Устройства могут быть разных типов и иметь разные параметры, но их основная задача остается неизменной: обеспечение безопасного и эффективного запуска электродвигателя.

Устройство плавного пуска (УПП) предназначено для решения проблемы скачкообразной подачи напряжения питания на электродвигатель. Из-за малого омического сопротивления обмотки статора двигателя и низкого рабочего индуктивного сопротивления в момент включения в сеть до выхода двигателя в "режим" сила тока сильно возрастает, что приводит к высокому пусковому току, достигающему 6-8-кратного (а порой и 10-12-кратного) увеличения номинального тока потребления. Поэтому запуск электродвигателя возможен только при наличии достаточной мощности источника тока, которая не всегда доступна на практике. В результате напряжение в питающей сети падает, что выливается в дополнительные финансовые затраты.

Высокие нагрузки на механические узлы также возникают из-за скачкообразной подачи напряжения питания. Устройство плавного пуска (УПП) предназначено для плавной подачи напряжения и разгона двигателя до номинальных режимов, что позволяет уменьшить пусковые токи, снизить вероятность перегрева электродвигателей, повысить срок их службы, устранить рывки в механической части электропривода в момент запуска электродвигателей, а также гидравлические удары в трубопроводах и задвижках в момент пуска и остановки насосов.

Устройство плавного пуска асинхронного электродвигателя основано на использовании тиристоров - полупроводниковых приборов, которые могут проводить ток после получения управляющего напряжения и "закрываться" при прохождении значения тока через ноль. Тиристоры соединяются по встречной схеме для каждой из фаз трехфазной системы. При необходимости регулирования напряжения на силовых клеммах электродвигателя, управляющее напряжение подается на электроды тиристоров, благодаря чему возможно регулирование механических нагрузок в электроприводе. Кроме того, данный тип электродвигателя можно плавно останавливать, что особенно актуально при использовании низкоинерционных нагрузок.

Однако такие устройства имеют существенные недостатки: способность справляться только с низкими нагрузками или запускать двигатель в холостую; риск перегрева двигателя, а также возможность выхода из строя полупроводниковых элементов при увеличении времени запуска; снижение напряжения ведет к снижению крутящего момента на валу.

Существуют более совершенные устройства, которые не имеют таких недостатков. Они делятся на амплитудные и частотные, которые отличаются основным принципом действия и стоимостью. Частотные устройства более сложны в установке и наладке, но их использование целесообразно в условиях, когда необходимо изменять скорость вращения электродвигателя.

Варианты УПП

Существует два основных типа устройств плавного пуска (УПП):

1. Регуляторы напряжения без функции обратной связи.

2. Регуляторы напряжения с функцией обратной связи.

Обратимся к каждому типу подробнее.

УПП без функции обратной связи - наиболее распространенный тип. Здесь регулировка может быть выполнена по двум или трем фазам, но только в соответствии с предустановленной программой, указанной пользователем, которая содержит информацию о времени запуска и начальном напряжении. Данный тип устройств позволяет уменьшить пусковой ток и момент, а также обеспечивает возможность плавной остановки, но не способен регулировать момент в зависимости от нагрузки на двигатель.

УПП с функцией обратной связи - это улучшенный вариант предыдущей группы. Он контролирует фазовый сдвиг между напряжением и током в обмотках статора и использует полученные данные для регулировки напряжения на клеммах двигателя таким образом, чтобы запуск произошел гарантированно с наименьшим пусковым током и достаточным механическим крутящим моментом. Также полученные данные используются для защиты от перегрузки, дисбаланса фаз и т.д.

Продвижение не стоит на месте. Существуют УПП, которые имеют цепи отслеживания и могут контролировать нагрузку в каждый конкретный момент времени. Они считаются наиболее подходящими для приводов с тяжелыми и очень тяжелыми пусковыми режимами, для которых рекомендуется использовать преобразователи частоты. Кроме того, такие УПП могут эффективно снизить энергопотребление.

Применение устройств плавного пуска

Везде, где используется электродвигатель, можно применять устройства плавного пуска (УПП). Однако выбор нужно производить, исходя из нагрузки двигателя и частоты запусков.

Если нагрузка на двигатель невелика, а его запуск производится редко, можно использовать регуляторы без обратной связи либо вообще регуляторы пускового момента. Такие способы подхва-тят, например, в шлифовальных станках, некоторых вентиляторах, роторных дробилках, вакуумных насосах.

Если высокая нагрузка сочетается с частым и инерционным запуском, целесообразнее будет использовать регуляторы напряжения с обратной связью. Это может быть целесообразным, например, при работе с ленточной пилой, центрифугой, сепаратором, распылителем, лебедкой, вертикальным конвейером. Также можно выбрать запас по номиналу.

Интересный факт: в Европе законодательно запрещено запускать электродвигатели мощностью 15 кВт и выше, если они не оснащены устройствами плавного пуска.

Фото: freepik.com