Как подобрать устройство плавного пуска
Несмотря на кажущуюся сложность в подборе устройства плавного пуска, это несложная задача, но в ней присутствует несколько нюансов. О них мы сегодня и поговорим. Прежде всего, рассмотрим случаи когда целесообразно применить устройство плавного пуска двигателя.
Необходимость применения УПП
- Если имеется электрическое оборудование с мощными электродвигателями, при этом при его включении возникают большие пусковые токи (это выражается в ложном срабатывании автоматических выключателей, различных реле и устройств защиты, лампы накаливания кратковременно моргают), это мешает работе остального оборудования
- Тех. процесс не допускает быстрого пуска или останова двигателя — например, перемещение конвейера с зерном — при резком останове возможны проблемы с дальнейшим запуском.
- Сеть не выдерживает тяжелый пуск электродвигателя — питающая сеть способна обеспечивать работу электроустановки, но не выдерживает ее пусковые токи, существует вероятность ложного срабатывания защитной автоматики на питающей подстанции.
- Невозможность прямого пуска из-за его затянутости — срабатывает защитная автоматика
С критериями, по которым можно определить целесообразность применения устройств плавного пуска мы определились. Теперь хотелось бы остановится на основной теме статьи — как же правильно подобрать устройство плавного пуска двигателя.
Критерии подбора устройств плавного пуска.
Прежде всего необходимо произвести замеры характеристик работы асинхронного электродвигателя, которым предстоит управлять. С шильдика, который находится на корпусе двигателя можно подчеркнуть основные заводские характеристики,такие как номинальный ток, диапазон рабочих напряжений, номинальные обороты.
Далее необходимо проверить реальные характеристики электродвигателя — они иногда могут отличаться от паспортных, но в основном это касается старых и восстановленных экземпляров. Далее необходимо изучить характеристики работы установки:
- Величину пускового тока (ее можно получить измерив величину с помощью электротехнических клещей)
- Максимально допустимая величина пускового тока — следует учесть, что с помощью устройства плавного пуска можно уменьшить эту величину примерно до 2,5 номиналов. Если необходимо еще меньшее значение — нужно использовать преобразователи частоты
- Время пуска — время за которое двигатель выходит на номинальные обороты.
- Время за которое электродвигатель должен выйти на номинальные обороты по тех.условиям
- Время останова (и вообще требуется ли оно по тех.условиям)
- Режим работы оборудования — цикл работы (время работы/время простоя). Количество пусков в час. В независимости от остальных характеристик, если количество пусков больше 2-3 раз в час — есть смысл в установке устройства плавного пуска, т.к. это существенно продлит его ресурс.
Когда все характеристики получены, можно приступать к подбору устройства плавного пуска.
Выбор устройства плавного пуска
При выборе прежде всего необходимо определится с мощностью устройства плавного пуска — его мощность должна бы не меньше мощности управляемого электродвигателя. Далее необходимо сравнить мощность прямого пуска установки и максимальной мощности УПП. Если мощности софтстартера не хватает, возможно потребуется применить его аналог на 1 или 2 ступени мощнее.
Далее необходимо определить необходимость шунтирования УПП — это способность отключения УПП из силовой цепи во время работы электродвигателя на номинальных оборотах. В случае использования шунтирования устройство плавного пуска становиться более громоздким — размеры могут увеличиться в несколько раз, и это связано с необходимостью установки дополнительного шунтирующего контактора и более мощной системы отведения тепла для предотвращения перегрева. Софт стартеры без шунтирования более компактные, дешевые, но и длительность их непрерывной работы существенно меньше.
Количество модулируемых фаз — современные устройства плавного пуска управляют электродвигателем по 2м или 3м фазам. 2х фазные устройства более дешевые, т.к. используют на треть меньше силовых микросхем, поэтому меньше греются и компактнее, но так же у них нелинейное и несимметричное потребление тока по фазам. Обычно различные алгоритмы работы помогают уменьшить негативные последствия, но полностью от них избавиться не получится.
Необходимо определится с системой управления устройством плавного пуска — оно бывает цифровое и аналоговое. Цифровое управления позволяет более точно настраивать его работу, также ЖК дисплеи позволяют наглядно контролировать режимы работы, цифровые входы/выходы позволяют подключать различные датчики, а также производить удаленный мониторинг и управление работой устройства. Но УПП с цифровым управлением имеют значительно более высокую стоимость, а также предъявляют определенные критерии к окружающим условиям.
Дополнительные функции — в основном они представлены различными защитами — от перегрузки, сверхтоком и минимального напряжения, перекоса фаз и т.д
Если существуют еще какие-то нестандартные критерии — их так же необходимо учесть.
Когда с нужными характеристиками определились — далее остается вопрос цены, бренда и его наличия. Но это уже не технические характеристики и мы на них останавливаться не будем.
В ассортименте нашего магазина существуют представители различных устройств плавного пуска:
- Если необходим базовый функционал, можно рассмотреть Schneider Electric Altistart 01 — аналоговое управление по двум фазам, компактные размеры, минимум настроек
- Более функциональной моделью является Schneider Electric Altistart 22 — цифровое управление, широкая линейка мощностей, жидкокристаллический дисплей, цифровые и аналоговые вводы/выводы, а также встроенный байпасс.
- Для работы в тяжелый условиях можно предложить Altistart 48 — проверенное временем решение, является расширенной версией Altistart 22 с еще большим номиналом мощностей и рабочих напряжений. Поддержка большего количества коммутационных протоколов, а также версии в пылевлагозащищенных корпусах.
Как правильно выбрать устройство плавного пуска для электродвигателя
Плавный пуск используется для ограничения броска тока (высокого тока за короткое время) при включении электроприборов.
Плавный пуск применяются в системе электропитания мощных устройств, в частности электродвигателей (особенно с короткозамкнутым ротором), галогенных ламп, источников питания, выпрямителей, содержащих конденсаторы большой емкости и других устройств, способных потреблять ток, во много раз превышающий номинальный на момент запуска. Бросок тока грозит перегрузкой сети и может привести к срабатыванию защиты от перегрузки по току.
Устройство плавного пуска SIRIUS 3RW40 для стандартного применения для плавного пуска и торможения трехфазных асинхронных двигателей
Устройства плавного пуска раньше изготавливались с использованием пассивных резистивных и индуктивных элементов, последовательно подключаемых к цепи тока с помощью ручных переключателей, электромагнитных реле, пускателей или контакторов. В настоящее время они реализуются силовыми электронными системами с микропроцессорным управлением.
Устройства плавного пуска электродвигателя (УПП, Soft starter) позволяют отнюдь не только снизить пусковой ток в момент старта. Они также способны обеспечивать контроль перегрузок, тем самым продлевая срок службы оборудования, и управлять его остановкой с максимальным быстродействием, что тоже немаловажно (смотрите — Зачем нужен плавный пуск электродвигателя).
Электронная система устройств плавного пуска короткозамкнутых асинхронных двигателей состоит из силового электронного модуля, выполненного на базе тиристоров или симисторов и системы переключения тиристоров в нужный момент фазы в зависимости от потребляемого тока или первоначальных настроек максимального пускового тока.
Когда устройство плавного пуска получает команду на пуск, оно изначально оставляет более низкое напряжение, чем напряжение, для на котором работает электродвигатель. Затем напряжение автоматически увеличивается до тех пор, пока электродвигатель не получит правильное рабочее напряжение.
Можно установить подходящее время для изменения напряжения от заданного к рабочему. Для плавного пуска большого и тяжело загруженного двигателя часто требуется больше времени. Двигатель меньшего размера можно запустить быстрее.
По сути, УПП — это современные тиристорные регуляторы напряжения с микропроцессорным управлением.
Критерии, которые необходимо учитывать при выборе УПП
В первую очередь, при выборе устройства плавного пуска, следует обращать внимание на максимальный ток электродвигателя при наибольшей нагрузке, максимальное число пусков в течение часа, и на значение напряжения питания.
Грубо режимы работы устройств плавного пуска, по значению пускового тока, можно разделить на следующие три:
- Легкий. Величина пускового тока не превышает трехкратного значения номинала, и время пуска не превышает 20 секунд. В легким режиме можно осуществлять пуск: винтовых и центробежных компрессоров, центробежных вентиляторов, насосов, приводов конвейеров, различных сверлильных и токарных станков.
- Тяжелый. Пусковой ток достигает 4,5 значений номинала. Это касается устройств со значительным моментом инерции, пуск которых продолжается до 30 секунд. Это компрессоры под нагрузкой, роторные дробилки, вертикальные конвейеры, лебедки, пилорамы, прессы, цементные насосы и т.п.
- Особо тяжелый. В этом режиме пусковой ток более чем в 6 раз может превышать номинал, при этом разгон может занимать весьма продолжительное время. Сюда относятся: шнековые дробилки, поршневые насосы, различные центрифуги, шаровые мельницы, ленточные пилы, вентиляторы высокого давления под нагрузкой, сепараторы для жидкостей и т.п.
Далее рассмотрим всевозможные характеристики устройств плавного пуска, их функции, на наличие или отсутствие которых следует обратить внимание при выборе той или иной модели для решения конкретной, заранее известной задачи.
Немаловажной характеристикой устройства плавного пуска является его способность контролировать ток. В простых устройствах напряжение постепенно повышается, пока не будет достигнуто его номинальное значение, и этого обычно достаточно для легких пусковых режимов.
Однако в некоторых случаях важно ограничить непосредственно мощность, что особенно актуально при использовании маломощных генераторов или слабых линий, где есть риск аварии даже от кратковременного превышения критической мощности.
Следующим критерием выбора можно назвать функцию шунтирования, то есть отключение пускового блока от силовой цепи посредством срабатывания контактора, чтобы по завершении стадии пуска рабочий ток тек не через устройство, а напрямую к нагрузке, дабы не перегревать симисторы пускового устройства.
Это актуально для мощных нагрузок. Иногда функция контактора встроена, иногда – требуется внешний контактор, срабатывающий от подающегося на него сигнала.
Схема подключения УПП
Типовая схема подключения устройства плавного пуска для одного направления вращения с сетевым и байпасным контакторами приведена на рис унке . Устройство выполнено на базе тиристорного регулятора напряжения.
Схема подключения устройства плавного пуска для одного направления вращения двигателя
По количеству фаз регулирования устройства плавного пуска бывают трехфазными и двухфазными. Двухфазные меньше по габаритам и дешевле, они подходят для легких режимов. Однако для частых пусков лучше и надежней применять непосредственно трехфазные, обеспечивающие полную симметрию режимов работы всех трех фаз.
По способу управления пусковые устройства делятся на аналоговые и цифровые.
Цифровые имеют более гибкое управление и легко предоставляют множество дополнительных защитных функций, в то время как аналоговые ограничены по функционалу, управляются потенциометрами, а внешние системы управления требуют подключения дополнительных узлов.
Электронная защита от перегрузки – немаловажная составляющая любого устройства плавного пуска. В дополнение может быть включена защита по превышению времени пуска, защита от перекоса фаз, изменения чередования фаз, от пониженного тока, от снижения частоты сети и т.д.
В некоторых моделях доступно подключение встроенного в обмотку двигателя термистора. Важно при этом не пренебрегать вводными автоматами чтобы защитить устройство в случае короткого замыкания.
Встречаются модели с возможностью пуска двигателя на пониженной скорости за счет псевдочастотного регулирования, когда несколько пониженных скоростей заранее заданы в устройстве и не могут корректироваться. Работа в этих режимах ограничена по времени и функция служит лишь для отладки оборудования перед началом эксплуатации.
Многие модели имеют функцию торможения, когда на обмотку двигателя подается постоянное напряжение (динамическое торможение). Это необходимо для систем с активной нагрузкой, как то: наклонные транспортеры или подъемники, где при отсутствии тормоза движение системы продолжится, что часто не является желательным.
Для некоторых механизмов полезен толчковый пуск, это функция кратковременной подачи полного сетевого напряжения для сталкивания механизма с места, чтобы дальше можно было вести плавный разгон. Эта дополнительная функция встречается в некоторых моделях устройств плавного пуска.
Для насосно-вентиляторного оборудования бывает полезной функция снижения напряжения питания при малой нагрузке, причем это не нанесет ущерба нормальной работе механизма.
Таким образом, подход к выбору устройства плавного пуска может быть основан на сопоставлении конкретных требований с представленными выше критериями. Нередко поставщики предоставляют программу выбора устройства по примерным расчетным алгоритмам, что также облегчает выбор.
Главными показателями, тем не менее, являются:
- количество пусков в час,
- длительность пуска,
- номинальный ток,
- требуемое ограничение тока,
- длительность остановки,
- возможность шунтирования,
- температура и другие условия окружающей рабочей среды.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Настройка устройства плавного пуска
Установка и подключение устройства плавного пуска (УПП) обычно не вызывает особых затруднений. Но надежность работы УПП зависит не только от схемы подключения, но и от его правильной настройки.
Софтстартеры различных производителей имеют разную номенклатуру настроек. В простейших моделях может быть два-три регулятора. Дорогие УПП большой мощности могут оснащаться панелью управления с ЖК-экраном и по количеству пунктов меню настроек напоминают преобразователи частоты. Рассмотрим настройки, которые встречаются в большинстве моделей устройств плавного пуска.
Время разгона
Это время, которое дается двигателю, чтобы разогнаться до номинальной скорости. Обычно значение времени разгона устанавливается равным 5-20 с. Меньшее время сводит на нет преимущества использования софтстартера, увеличивая пусковой ток и нагрузку на механику привода; большее время может понадобиться при высокоинерционной нагрузке. Увеличенное время разгона устанавливать не рекомендуется, поскольку это может привести к перегреву тиристоров устройства плавного пуска, особенно при частых пусках.
Время замедления
Этот параметр позволяет увеличить время остановки двигателя, сделав ее более плавной. Данная функция может быть полезна, например, при использовании УПП в приводе конвейера.
Стоит отметить, что речь идет не о торможении, когда время остановки оказывается меньше, чем при свободном выбеге. Устройство плавного пуска обеспечивает лишь замедление (плавный выбег), превышающее по продолжительности свободный выбег. Перед настройкой этого параметра необходимо измерить время свободного выбега, поскольку, если оно окажется больше установленного времени замедления, данная функция не будет иметь смысла. Если же время замедления установить слишком большим, это приведет к необоснованному нагреву тиристоров УПП.
Минимальное напряжение пуска
При напряжениях ниже определенного порога электродвигатель имеет низкий момент и не может начать вращение. Поэтому напряжение, с которого начинается разгон, не может быть нулевым. Для гарантированного пуска приводов насосов и вентиляторов начальное напряжение обычно устанавливают не ниже 40% от номинального. Для конвейерных линий и других применений, где требуется высокий пусковой момент, начальное напряжение может быть установлено на уровне 70% от номинала.
Параметры защиты
Данные параметры отвечают за защиту двигателя и устройства плавного пуска от перегрузки, перегрева и других проблем. В бюджетных моделях они не встречаются — в этом случае о защите оборудования пользователь должен позаботиться сам.
Ток двигателя
Обычно ток двигателя меньше либо равен номинальному току УПП. Этот параметр настраивается в процентах и может быть установлен в пределах от 50% до 130% в зависимости от модели софтстартера. На основе измерения тока двигателя обеспечивается защита привода от перегрузки в установившемся режиме (на номинальной скорости).
Ограничение тока
Этот параметр (Current Limit) обычно рассчитывается в процентном отношении от тока двигателя. Поскольку ток двигателя при пуске всегда больше номинального, ограничение тока устанавливают на уровне не менее 150%.
В некоторых моделях максимальное ограничение может быть установлено на значении 500%. В этом случае особое внимание следует обратить на время разгона (его нужно по возможности увеличить, а значение параметра ограничения уменьшить), а также на тепловой режим электродвигателя и устройства плавного пуска.
Характеристика защиты двигателя
Этот параметр (Trip class) характеризует уровень защиты нагрузки от перегрузки. Стандартные значения параметра:
- Class 10 – нормальный пуск. Условия разгона привода: время разгона — до 20 с, ограничение тока — до 350%. Примеры применения: насосы, компрессоры, небольшие вентиляторы. Мощность софтстартера устанавливается равной мощности двигателя.
- Class 20 – средний пуск. При таком уровне защиты разгон привода до номинальной скорости требует больше времени – до 40 с. Примеры: центрифуги, мощные вентиляторы, обрабатывающие станки. Мощность УПП рекомендуется выбирать на ступень больше.
- Class 30 – тяжелый пуск. В этих условиях при ограничении тока 350% время разгона достигает 60 с. Примеры: дробилки, мельницы. Мощность устройства плавного пуска должна быть на ступень больше мощности двигателя, а шкаф, в котором установлено УПП, должен иметь принудительную вентиляцию.
Превышение времени пуска
Этим параметром (Excess Start Time) контролируется время разгона электродвигателя. В случае, если ток двигателя не перестал ограничиваться, а время разгона вышло, следует ошибка. После этого необходимо увеличить значение данного параметра, повысить время разгона или увеличить уровень ограничения тока.
Правильной настройкой превышения времени пуска обеспечивается дополнительная защита софтстартера и электродвигателя при тяжелом пуске.
Защиты по питанию
Такими защитами являются:
- Тепловая защита УПП и двигателя. Температура двигателя контролируется встроенным термистором, который подключается к специальным клеммам устройства плавного пуска.
- Защита от перекоса и обрыва фазы.
- Защита от пониженного и повышенного напряжения.
- Защита от короткого замыкания на выходе.
Благодаря системе диагностики можно выяснить причину срабатывания защиты и либо провести дополнительную настройку, либо устранить неисправность. Кроме того, рекомендуется использовать дополнительную защиту. Например, от перегрузки и короткого замыкания защитит автомат защиты двигателя, установленный на силовом входе УПП.
При проведении настройки устройства плавного пуска необходимо обращаться к руководству по эксплуатации. В процессе пусконаладочных работ настройки УПП обычно корректируются.
КАК ВЫБРАТЬ УСТРОЙСТВО ПЛАВНОГО ПУСКА ДЛЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ? ОПИСАНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ УПП!
В данной статье рассмотрим промышленные устройства плавного пуска от разных производителей, принцип работы и назначение УПП для различных сфер промышленности. Устройства плавного пуска (сокращено УПП) представляют собой электронное устройство способное регулировать напряжение и ток при пуске и останове асинхронного двигателя. С помощью промышленного устройства плавного пуска возможно выставлять стартовое напряжение (как правило в диапазоне от 30 до 70% от номинального напряжения), а также регулировать время разгона и останова асинхронного двигателя (как правило регулировка в диапазоне от 0 до 30 сек). Регулировка подающего напряжения на двигатель осуществляется с помощью определенного угла открытия силовых тиристоров. Таким образом, при старте двигателя происходит постепенное увеличение напряжения и тока двигателя до номинальных значений.
Если асинхронных двигатель запускается с прямого пуска, то в следствии происходит увеличение крутящего момента до 150-200% и номинального тока в 5 и более раз. Последствия от прямого пуска асинхронного двигателя могут быть следующими:
- технологические аварии — гидравлические удары, механические ревки, обрыв цепей и транспортных лент и т.д.
- разрушение изоляции обмоток двигателя при больших токах
- разрушение изоляции кабельных линий от пиковых токов
Устройства плавного пуска (УПП) также называют Softstarter (Софтстартер) бывают как механические так и электрические. В современной промышленности уже редко встретишь механические устройства плавного пуска и поэтому в данной статье подробно не будет останавливаться на них. Под механическими УПП понимаются различные тормозные колодки, муфты, магнитные блокираторы и т.п. Данный тип устройств блокирует «свободный» разгон двигателя создавая противодействие. Таким образом, двигателю необходимо больше времени для разгона до номинальных значений. Электронный устройства плавного пуска состоят из силовых тиристоров и бывают с фазным или амплитудным управлением. Фазным УПП регулируются частотные характеристики фазного тока (аналог частотному регулированию), а у амплитудного УПП регулируется напряжение на клеммах двигателя.
Современные устройства плавного пуска имеют встроенный байпас или так называемый шунтирующий контактор. После того как двигатель разгонится до номинальных значений происходит переключение на параллельно подключенный контактор от прямого напряжения сети. Данные байпасные контакторы в устройствах плавного пуска обеспечивают понижению тепловых потерь на тиристорах, тем самым обеспечивая снижение температурных показателей всего устройства и повышает срок службы силовых тиристоров. Также устройство плавного пуска могут обеспечивать:
- дисбаланс фазных токов
- защиту от различных перегрузок
- защиту двигателя от обрывы фаз
- контроль потери напряжения
- контроль чередования питающих фаз
Устройства плавного пуска (УПП) выпускаются в различных в конфигурациях и для разных применений. Более простые УПП как правило имеют несколько конфигурация: время разгона и торможение, стартовое напряжение, клемму пуска/останова и сухой контакт аварийных событий. Более дорогие модели имеют дополнительные дискретные и аналоговые входа и выхода, а также поддержку различных промышленных протоколов (например, modbus). После того как китайские производители повысили качество своей продукции до высоких показателей, то по сравнению с европейскими УПП стало выгоднее установить частотный преобразователь, так как он более функционален и при этом по стоимость соизмерима европейским УПП.
Как видно из таблицы выше, что стоимость бюджетных устройств плавного пуска намного ниже европейских УПП Altistart 22 (Schneider Electric), а в каких-то случаях выгоднее вообще приобрести частотный преобразователь. При этом технические характеристики данных УПП максимально соизмеримы, а именно: имеется регулировка времени пуска и останова, присутствует байпас, промышленный протокол modbus rtu, регулировка напряжения старта двигателя и т.п.
Благодаря невысокой стоимости и хорошему качеству китайские УПП набирают обороты в современных системах управления асинхронными двигателями. Устройства плавного пуска которые поддерживают промышленный протокол Modbus RTU позволяют дистанционно управлять (пуск/стоп), анализировать в реальном времени ток, напряжение, мощность, частоту и т.п., что является большим преимуществом в системах АСУТП различных производств. УПП необходимо для продления срока службы асинхронного двигателя, а также способствует уменьшению аварийных событий в технологических процессах.
ПОЛЕЗНЫЕ ССЫЛКИ: