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.

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

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

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

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

Существует два основных типа устройств плавного пуска (УПП):

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

Давайте разберемся подробнее с каждой из этих групп.

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

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

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

Использование устройств для плавного пуска

Устройства для плавного пуска могут использоваться везде, где применяются электродвигатели. Однако для выбора таких устройств важно учитывать нагрузку на двигатель и частоту запусков.

Если нагрузка на двигатель невелика, а его запуск происходит редко, то подойдут регуляторы без обратной связи или вообще регуляторы пускового момента. Это может быть актуально для шлифовальных станков, некоторых вентиляторов, роторных дробилок и вакуумных насосов.

Однако если высокая нагрузка сочетается с частым и инерционным запуском, то стоит выбирать регуляторы напряжения с обратной связью, возможно, с запасом по номиналу. Такие устройства могут быть целесообразны при использовании ленточной пилы, центрифуги, сепаратора, распылителя, лебедки, вертикального конвейера.

Дополнительно можно упомянуть, что в Европе запрещено запускать электродвигатели мощностью 15 кВт и выше без устройств для плавного пуска в соответствии с законодательством.

Фото: freepik.com