Устройства плавного пуска электродвигателя: функции, виды и стоимость решений

Одним из главных недостатков электродвигателя является наличие высокого пускового тока в момент его запуска. Кроме того, появляется значительная нагрузка на механические узлы оборудования, которое он приводит в действие. Чтобы избежать этих негативных эффектов, изобретены устройства плавного пуска (УПП).

На сегодняшний день в промышленности наибольшей популярностью пользуется асинхронный двигатель переменного тока. Его особенностью является простое устройство, экономичная эксплуатация, работа от трехфазной переменной сети, высокий КПД и эко-безопасность. Тем не менее, традиционное исполнение двигателя имеет несколько недостатков, которые уже не удовлетворяют современным требованиям рынка.

Важной проблемой является высокий пусковой ток, который при запуске двигателя создает большую нагрузку на питающую сеть, что может привести к снижению напряжения в сети и ухудшению качества электрической энергии. Это подвергает риску все устройства и приборы, подключенные к этой сети. Кроме того, резкий рывок при запуске также сокращает время эксплуатации механических узлов приводимого оборудования.

Чтобы решить эти проблемы были созданы устройства плавного пуска электродвигателей. В статье рассматривается выбор и задачи таких устройств, которые эффективно решают проблему высокого пускового тока и значительной нагрузки на механические узлы приводимого в действие оборудования.

Устройство плавного пуска (УПП) – это специальное устройство, которое предназначено для решения проблем, связанных с пуском электродвигателей. Как правило, основным недостатком пуска напрямую от сети является скачкообразная подача напряжения питания на двигатель. Обмотка статора двигателя имеет малое омическое сопротивление, а рабочее индуктивное сопротивление устанавливается только в момент выхода двигателя в «режим». В промежуток времени с момента включения в сеть до выхода двигателя в «режим» сопротивление очень мало и сила тока сильно возрастает. В результате получаем высокий пусковой ток, который достигает 6-8 или даже 10-12 кратного увеличения номинального тока потребления.

Для решения проблемы необходимо ограничить пусковые токи и осуществить плавный разгон двигателя до номинальных режимов. Использование УПП позволяет снизить нагрузки на механические узлы и значительно увеличить срок службы оборудования. Кроме того, УПП способен устранять рывки в механической части электропривода в момент запуска электродвигателей, а также гидравлические удары в трубопроводах и задвижках в момент пуска и остановки насосов.

Поэтому использование УПП является рациональным решением для предотвращения поломок и повышения надежности работы оборудования.

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.

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