Toyota-navi.ru

АвтоКлуб Toyota
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство плавного пуска асинхронных двигателей что это

Устройство плавного пуска электродвигателя

Асинхронный электродвигатель имеет возможность самостоятельного запуска из-за взаимодействия между вращающимся потоком магнитного поля и потоком обмотки ротора, вызывая высокий ток в нём. В результате статор потребляет большой ток, который к моменту достижения двигателем полной скорости становится больше номинального, что может привести к нагреву двигателя и его повреждению. Для предотвращения этого необходимо устройство плавного пуска электродвигателя (УПП).

  • Принцип работы пускателя
  • Преимущества плавного пуска
  • Компоненты твердотельных устройств
  • Основы SCR
  • Операция с переменной скоростью вращения
  • Процесс регулирования пуска
  • Характеристики двигателя с использованием УПП
  • Схемы подключения пускателей

Устройство плавного пуска электродвигателя. Как это работает.

Устройство плавного пуска — электротехническое устройство, используемое в асинхронных электродвигателях, которое позволяет во время запуска удерживать параметры двигателя (тока, напряжения и т.д.) в в безопасных пределах. Его применение уменьшает пусковые токи, снижает вероятность перегрева двигателя, устраняет рывки в механических приводах, что, в конечном итоге, повышает срок службы электродвигателя.

Назначение

Управление процессом запуска, работы и остановки электродвигателей. Основными проблемами асинхронных электродвигателей являются:

  • невозможность согласования крутящего момента двигателя с моментом нагрузки,
  • высокий пусковой ток.

Во время пуска крутящий момент за доли секунды часто достигает 150-200%, что может привести к выходу из строя кинематической цепи привода. При этом стартовый ток может быть в 6-8 раз больше номинального, порождая проблемы со стабильностью питания. Устройство плавного пуска позволяют избежать этих проблем, делая разгон и торможение двигателя более медленными. Это позволяет снизить пусковые токи и избежать рывков в механической части привода или гидравлических ударов в трубах и задвижках в момент пуска и остановки двигателей.

Принцип действия устройство плавного пуска

Основной проблемой асинхронных электродвигателей является то, что момент силы, развиваемый электродвигателем, пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения, что создаёт резкие рывки ротора при пуске и остановке двигателя, которые, в свою очередь, вызывают большой индукционный ток.

Софтстартеры могут быть как механическими, так и электрическими, либо сочетать то и другое.

Механические устройства непосредственно противодействуют резкому нарастанию оборотов двигателя, ограничивая крутящий момент. Они могут представлять собой тормозные колодки, жидкостные муфты, магнитные блокираторы, противовесы с дробью и прочее.

Данные электрические устройства позволяют постепенно повышать ток или напряжение от начального пониженного уровня (опорного напряжения) до максимального, чтобы плавно запустить и разогнать электродвигатель до его номинальных оборотов. Такие УПП обычно используют амплитудные методы управления и поэтому справляются с запуском оборудования в холостом или слабо нагруженном режиме. Более современное поколение УПП (например, устройства ЭнерджиСейвер) используют фазовые методы управления и потому способны запускать электроприводы, характеризующиеся тяжелыми пусковыми режимами «номинал в номинал». Такие УПП позволяют производить запуски чаще и имеют встроенный режим энергосбережения и коррекции коэффициента мощности.

Выбор устройства плавного пуска

При включении асинхронного двигателя в его роторе на короткое время возникает ток короткого замыкания, сила которого после набора оборотов снижается до номинального значения, соответствующего потребляемой электрической машиной мощности. Это явление усугубляется тем, что в момент разгона скачкообразно растет и крутящий момент на валу. В результате может произойти срабатывание защитных автоматических выключателей, а если они не установлены, то и выход из строя других электротехнических устройств, подключенных к той же линии. И в любом случае, даже если аварии не произошло, при пуске электромоторов отмечается повышенный расход электроэнергии. Для компенсации или полного устранения этого явления используются устройства плавного пуска (УПП).

Как реализуется плавный пуск

Чтобы плавно запустить электродвигатель и не допустить броска тока, используются два способа:

  1. Ограничивают ток в обмотке ротора. Для этого ее делают состоящей из трех катушек, соединенных по схеме «звезда». Их свободные концы выводят на контактные кольца (коллекторы), закрепленные на хвостовике вала. К коллектору подключают реостат, сопротивление которого в момент пуска максимальное. По мере его снижения ток ротора растет и двигатель раскручивается. Такие машины называются двигателями с фазным ротором. Они используются в крановом оборудовании и в качестве тяговых электромоторов троллейбусов, трамваев.
  2. Уменьшают напряжение и токи, подаваемые на статор. В свою очередь, это реализуется с помощью:

а) автотрансформатора или реостата;

б) ключевыми схемами на базе тиристоров или симисторов.

Именно ключевые схемы и являются основой построения электротехнических приборов, которые принято назвать устройствами плавного пуска или софтстартерами. Обратите внимание, что частотные преобразователи так же позволяют плавно запустить электродвигатель, но они лишь компенсируют резкое возрастание крутящего момента, не ограничивая при этом пускового тока.

Принцип работы ключевой схемы основывается на том, что тиристоры отпираются на определенное время в момент прохождения синусоидой ноля. Обычно в той части фазы, когда напряжение растет. Реже – при его падении. В результате на выходе УПП регистрируется пульсирующее напряжение, форма которого лишь приблизительно похожа на синусоиду. Амплитуда этой кривой растет по мере того, как увеличивается временной интервал, когда тиристор отперт.

Критерии выбора софтстартера

По степени снижения степени важности критерии выбора устройства располагаются в следующей последовательности:

  • Мощность.
  • Количество управляемых фаз.
  • Обратная связь.
  • Функциональность.
  • Способ управления.
  • Дополнительные возможности.

Главным параметром УПП является величина Iном – сила тока, на которую рассчитаны тиристоры. Она должна быть в несколько раз больше значения силы тока, проходящего через обмотку двигателя, вышедшего на номинальные обороты. Кратность зависит от тяжести пуска. Если он легкий – металлорежущие станки, вентиляторы, насосы, то пусковой ток в три раза выше номинального. Тяжелый пуск характерен для приводов, имеющих значительный момент инерции. Таковы, например, вертикальные конвейеры, пилорамы, прессы. Ток выше номинального в пять раз. Существует и особо тяжелый пуск, который сопровождает работу поршневых насосов, центрифуг, ленточных пил. Тогда Iном софтстартера должен быть в 8-10 раз больше.

Читать еще:  Газель 406 двигатель инжектор не заводится на бензине

Тяжесть пуска влияет и на время его завершения. Он может длиться от десяти до сорока секунд. За это время тиристоры сильно нагреваются, поскольку рассеивают часть электрической мощности. Для повторения им надо остыть, а на это уходит столько же, сколько на рабочий цикл. Поэтому если технологический процесс требует частого включения-выключения, то выбирайте софтстартер как для тяжелого пуска. Даже если ваше устройство не нагружено и легко набирает обороты.

Количество фаз

Можно управлять одной, двумя или тремя фазами. В первом случае устройство в большей степени смягчает рост пускового момента, чем тока. Чаще всего используются двухфазные пускатели. А для случаев тяжелого и особо тяжелого пуска – трехфазные.

Обратная связь

УПП может работать по заданной программе – увеличить напряжение до номинала за указанное время. Это наиболее простое и распространенное решение. Наличие обратной связи делает процесс управления более гибким. Параметрами для нее служат сравнение напряжения и вращающего момента или фазный сдвиг между токами ротора и статора.

Функциональность

Возможность работать на разгон или торможение. Наличие дополнительного контактора, который шунтирует ключевую схему и позволяет ей остыть, а также ликвидирует несимметричность фаз из-за нарушения формы синусоиды, которое приводит к перегреву обмоток.

Способ управления

Бывает аналоговым, посредством вращения потенциометров на панели, и цифровым, с применением цифрового микроконтроллера.

Дополнительные функции

Все виды защиты, режим экономии электроэнергии, возможность пуска с рывка, работы на пониженной скорости (псевдочастотное регулирование).

Правильно подобранный УПП увеличивает вдвое рабочий ресурс электродвигателей, экономит до 30 процентов электроэнергии.

Зачем нужно устройство плавного пуска (софтстартера)

Все чаще при запуске электроприводов насосов, вентиляторов применяются устройство плавного пуска (софтстартер). С чем это связано? В нашей статье мы постараемся осветить этот вопрос.

Асинхронные двигатели используются уже более ста лет, и за это время относительно мало изменилось их функционирование. Запуск этих устройств и связанные с ним проблемы хорошо известны их владельцам. Пусковые токи приводят к просадкам напряжения и перегрузкам проводки, вследствие чего:

— некоторая электротехника может самопроизвольно отключаться;

— возможен сбой оборудования и т. д.

Своевременно установленный приобретенный и подключенный софтстартер позволяет избежать лишних трат денег и головной боли.

Что такое пусковой ток

В основе принципа действия асинхронных двигателей лежит явление электромагнитной индукции. Наращивание обратной электродвижущей силы (э. д. с), которая создается путем применения изменяющегося магнитного поля во время запуска двигателя, приводит к переходным процессам в электрической системе. Этот переходной режим может повлиять на систему электропитания и другое оборудование, подключенное к нему.

Во время запуска электродвигатель разгоняется до полной скорости. Продолжительность начальных переходных процессов зависит от конструкции агрегата и характеристик нагрузки. Пусковой момент должен быть наибольшим, а пусковые токи – наименьшими. Последние влекут за собой пагубные последствия для самого агрегата, системы электроснабжения и оборудования, подключенного к нему.

В течение начального периода пусковой ток может достигать пяти-восьмикратного тока полной нагрузки. Во время пуска электродвигателя кабели вынуждены пропускать больше тока, чем во время периода стабильного состояния. Падение напряжения в системе также будет намного больше при пуске, чем во время стабильной работы – это становится особенно очевидным при запуске мощного агрегата или большого числа электродвигателей одновременно.

Способы защиты электродвигателя

Поскольку использование электродвигателей стало широко распространенным, преодоление проблем с их запуском стало проблемой. На протяжении многих лет для решения этих задач были разработано несколько методов, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения.

В последнее время были достигнуты значительные успехи в использовании электроники в регулировании электроэнергии для двигателей. Все чаще при запуске электроприводов насосов, вентиляторов применяются устройство плавного пуска. Всё дело в том, что прибор имеет ряд особенностей.

Особенностью устройства пуска является то, что он плавно подаёт на обмотки двигателя напряжение от нуля до номинального значения, позволяя двигателю плавно разгоняться до максимальной скорости. Развиваемый электродвигателем механический момент пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения.

В процессе пуска УПП постепенно увеличивает подаваемое напряжение, и электромотор разгоняется до номинальной скорости вращения без большого момента и пиковых скачков тока.

Виды устройств плавного пуска

На сегодняшний день для плавного запуска техники используются три типа УПП: с одной, двумя и со всеми управляемыми фазами.

Первый тип применяется для однофазного двигателя для обеспечения надежной защиты от перегрузки, перегрева и снижения влияния электромагнитных помех.

Как правило, схема второго типа помимо полупроводниковой платы управления включает в себя байпасный контактор. После того как двигатель раскрутится до номинальной скорости, байпасный контактор срабатывает и обеспечивает прямую подачу напряжения на электродвигатель.

Трехфазный тип является самым оптимальным и технически совершенным решением. Он обеспечивает ограничение тока и силы магнитного поля без перекосов по фазам.

Зачем же нужно устройство плавного пуска?

Благодаря относительно невысокой цене популярность софтстартеров набирает обороты на современном рынке промышленной и бытовой техники. УПП для асинхронного электродвигателя необходимо для продления его срока службы. Большим преимуществом софтстартера является то, что пуск осуществляется с плавным ускорением, без рывков.

Читать еще:  Ваз 2107 как проверить заклинило двигатель или нет

Есть отличная альтернатива устройству плавного пуска. Стоимость отличается, но и функциональные возможности расширенные.

Преобразователь частоты – это решение задачи, когда требуется регулирование скорости электродвигателя и автоматизация работы технологичного оборудования через обратную связь посредством датчика. При помощи преобразователя Вы сможете решить более сложные и разносторонние вопросы по автоматизации электропривода.

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Принцип действия УПП

Увеличение пускового тока в 6-8 раз и вращающего момента требуют применения УПП для выполнения следующих действий при запуске или торможении двигателя:

  • постепенное увеличение нагрузки;
  • снижение просадки напряжения;
  • управление запуском и торможением в определенные моменты времени;
  • снижение помех;
  • защита от скачков напряжения, при пропадании фазы и др.;
  • повышение надежности электропривода.

Устройство плавного пуска двигателя ограничивает величину напряжения, подаваемого в момент пуска. Оно регулируется путем изменения угла открытия симисторов, подключенных к обмоткам.

Пусковые токи необходимо снижать до величины, не более чем в 2-4 раза превышающей номинал. Наличие байпасного контактора предотвращает перегрев симисторов после его подключения после того, как двигатель раскрутится. Варианты включения бывают одно-, двух- и трехфазные. Каждая схема функционально отличается и имеет разную стоимость. Наиболее совершенным является трехфазное регулирование. Оно наиболее функционально.

Недостатки УПП на симисторах:

  • простые схемы применяются только с небольшими нагрузками или при холостом запуске;
  • продолжительный запуск приводит к перегреву обмоток и полупроводниковых элементов;
  • момент вращения вала снижается и двигатель может не запуститься.

Использование резисторов

Чтобы получить максимально плавный разгон движка, необходимо использовать элементы, которые обеспечивают соответствующее падение напряжения. С этой целью применяются:

  • резисторы;
  • дроссели (реакторы);
  • автотрансформаторы;
  • магнитные усилители.

Эти способы годятся как для трехфазной, так и для однофазной сети. В любом случае придется задействовать коммутаторы, поскольку в определенный момент потребуется присоединить движок к сети напрямую. Схема с резисторами получается наиболее компактной. Однако по мере увеличения мощности движка соответственно увеличивается и мощность пусковых резисторов. Учитывая обстоятельство их нагревания, время пуска должно быть в пределах их допустимого температурного диапазона. Иначе от перегрева резисторы придут в негодность. Схема плавного пуска на резисторах показана далее.

Устройства плавного пуска асинхронных двигателей серии УПП

Устройства плавного пуска и торможения серии УПП представляют собой тиристорные переключающие устройства (регуляторы напряжения по трем фазам), обеспечивающие плавный пуск с включением внешнего шунтирующего контактора и остановку трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также регулирование напряжения (тока) на активно-индуктивных нагрузках.

Устройства плавного пуска серии УПП объединяют функции плавного пуска и торможения, защиты механизмов и электродвигателей, а также связи с системами автоматизации.

Область применения

  • Насосные станции, вентиляторы и компрессоры
  • Транспортеры и конвейеры
  • Тяжело нагруженные и инерционные механизмы
  • Шлифовальные, металло- и деревообрабатывающие станки, кузнечно-прессовое оборудование
  • Машины и механизмы с ременной, цепной и другими видами трансмиссий, редукторы

Преимущества

  • Позволяет настраивать пусковой момент
  • Уменьшает пусковой ток
  • Уменьшает потери после разгона благодаря шунтирующему контактору
  • Дает возможность каскадного пуска нескольких электродвигателей одним устройством плавного пуска
  • Улучшает условия эксплуатации приводного механизма
  • Улучшает условия эксплуатации электродвигателя, пускозащитной аппаратуры и сети энергоснабжения
  • Сокращает расходы на обслуживание
  • Возможность управления по интерфейсам RS232 или RS485

Технические характеристики

Максимальный пусковой ток, А

75, 190, 300, 480, 750, 1200, 2400

Напряжение питающей сети, В

380 +10%, -15% (для УПП1, УПП2)

690 +10%, -15% (для УПП3, УПП4)

Частота питающей сети, Гц

аналоговые и цифровые (2+3)

Выходы изолированные программируемые

аналоговые и релейные (оптронные) (2+4)

Степень защиты устройств по ГОСТ 14254

IP00 – для устройств встраиваемого (модульного) исполнения

до IP54 – для устройств шкафного исполнения

Температура окружающей среды

Параметры пуска и остановки

1 – 120 сек (безударный пуск с ограничением пускового тока)

0,1 – 1,0 Uсети. Определяет начальный пусковой момент

Используется для пуска механизмов с большим моментом трогания. Эффект достигается за счет начального импульса напряжения

Пуск с переменным ускорение

Используется для предотвращения большого ускорения в начале пуска (в механизмах с люфтом и т.п.) и для обхода резонансных зон

Виды пуска:

  • Пуск с заданным токоограничением
  • Пуск электродвигателя плавным увеличением напряжения с заданным темпом
  • Пуск с начальным броском тока для получения повышенного пускового момента

Виды торможения:

  • Остановка с заданной интенсивностью
  • Динамическое торможение

Защиты

Архивация событий

Опции

Ограничение количества пусков за заданный период времени

Торможение перед пуском

Габаритные размеры

Максимальный пусковой ток, А

Условное обозначение

УПП X Х Х Х ХУХЛ4
1234567

1 — Устройство Плавного Пуска

2 — Номер разработки: 1 — Устройства работают от 3-х фазной сети переменного тока с глухо-заземлённой нейтралью напряжением 380 В, 50 Гц; 2 — Устройства работают от 3-х фазной сети переменного тока с изолированной нейтралью напряжением 380 В, 50 Гц; 3 — Устройства работают от 3-х фазной сети переменного тока с глухо-заземлённой нейтралью напряжением 690 В, 50 Гц; 2 — Устройства работают от 3-х фазной сети переменного тока с изолированной нейтралью напряжением 690 В, 50 Гц;

3 — Наличие реверса: 0 — нереверсивный, 1 — реверсивный

4 — Максимальный пусковой ток длительностью до 120 сек: 1 — 75А, 2 — 190А, 3 — 300А, 4 — 480А, 5 — 750А, 6 — 1200А, 7 — 2400А

Читать еще:  Асинхронный двигатель устройство и принцип работы реферат

5 — Функциональные возможности: 0 — базовое исполнение, 1 — исполнение с расширенными функциями интерфейса

6 — П-принудительное охлаждение в устройствах УПП (используется при тяжелом затяжном пуске или при регулировании напряжения на активно-индуктивных нагрузках)

-при отсутствии принудительного охлаждения (вентиляторов) буква опускается

7 — Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150 и ГОСТ 15543.1

Пример условного обозначения устройства плавного пуска для асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, для трехфазной сети переменного тока с глухо-заземленной нейтралью с номинальным напряжением 380 В, 50 Гц, нереверсивный, на максимальный пусковой ток 1200 А, базовое исполнение, охлаждение – принудительное, климатическое исполнение и категория размещения – УХЛ4 по ГОСТ 15150:

Устройство плавного пуска УПП1-060П-УХЛ4 ШЕДК.650311.001ТУ

Комплект поставки

  • устройство плавного пуска УПП,
  • техдокументация.

По согласованию с Заказчиком в комплект поставки могут быть включены:

  • электродвигатель;
  • блок предохранителей;
  • шунтирующий контактор;
  • блок адаптера (предназначен для объединения ряда устройств в сеть MODBUS c управлением от персонального компьютера (ПК), поставляется с программным обеспечением на диске);
  • модуль расширения дискретных входов/выходов (обеспечивает возможность увеличения дискретных входов/выходов устройства плавного пуска, торможения и реверсирования электродвигателя для решения сложных задач: каскадные пуски электродвигателей, запуски двухскоростных электродвигателей, выполнение задач по программным алгоритмам работы, заложенным в устройстве);
  • выносной пульт.

Зачем нужен плавный пуск двигателя?

При запуске двигателя, возникает большой пусковой момент, это связано с тем, что двигателю необходимо преодолеть момент нагрузки на валу. Для того чтобы создать такой момент, двигателю нужно много энергии из сети, с этим связана первая проблема при запуске – просадки напряжения. Это может неблагоприятно сказаться на других потребителях этой сети. Кроме того, резкий рывок в момент пуска, связанный с большим моментом, может повредить механические части привода.

Еще одной проблемой возникающей при запуске являются большие пусковые токи. Эти токи, протекая по обмотке двигателя, выделяют большое количество тепла, при этом изоляция обмотки может прийти в негодность, что вызовет межвитковое замыкание и выход двигателя из строя.

Чтобы избавится от всех перечисленных выше негативных явлениях, при пуске, используют устройство плавного пуска, которое позволяет снизить пусковые токи, а следовательно снизить просадки напряжения и нагрев обмотки. Снижение пускового тока, приводит к снижению пускового момента, следовательно, смягчаются удары в момент пуска, что сохраняет механические детали привода. Большим преимуществом устройств плавного пуска является то, что пуск осуществляется с плавным ускорением, без рывков.

Создание своими руками

Для бюджетных моделей угловой шлифовальной машинки и другого инструмента необходимо собрать свое УПП. Сделать это несложно, ведь благодаря интернету, можно найти огромное количество схем. Наиболее простая и, в то же время, эффективная — универсальная схема УПП на симисторе и микросхеме.

При включении болгарки или другого инструмента происходит повреждение обмоток и редуктора инструмента, связанного с резким запуском. Радиолюбители нашли выход из этой ситуации и предложили простой плавный пуск для электроинструмента своими руками (схема 1), собранную в отдельном блоке (в корпусе очень мало места).

Схема 1 — Схема плавного пуска электроинструмента.

УПП своими руками реализуется на основе КР118ПМ1 (фазовое регулирование) и силовой части на симисторах. Основной изюминкой устройства является его универсальность, ведь его можно подключить к любому электроинструменту. Оно не только легко монтируется, но и не требует предварительной настройки. В основном подключение системы к инструменту не является сложным и устанавливается в разрыв кабеля питания.

Особенности работы модуля УПП

При включении болгарки на КР118ПМ1 подается напряжение и на управляющем конденсаторе (С2) происходит плавный рост напряжения по мере роста заряда. Тиристоры, находящиеся в микросхеме, открываются постепенно с определенной задержкой. Симистор открывается с паузой, равной задержке тиристоров. Для каждого последующего периода напряжения происходит постепенное уменьшение задержки и инструмент плавно запускается.

Зависит время набора оборотов от емкости С2 (при 47 мк время запуска равно 2 секунды). Эта задержка является оптимальной, хотя ее можно менять путем увеличения емкости С2. После выключения углошлифовальной машинки (УШМ) происходит разряд конденсатора С2 благодаря резистору R1 (время разрядки примерно равно 3 секунды при 68к).

Эту схему для регулировки оборотов электродвигателя можно модернизировать путем замены R1 на переменный резистор. При изменении величины сопротивления переменного резистора меняется мощность электромотора. Резистор R2 выполняет функцию контроля величины силы тока, который протекает через вход симистора VS1 (желательно предусмотреть охлаждение вентилятором), являющийся управляющим. Конденсаторы С1 и С3 служат для защиты и управлением микросхемы.

Симистор подбирается со следующими характеристиками: напряжение прямое максимальное до 400–500 В и минимальный ток пропускания через переходы должен быть не менее 25 А. При изготовлении УПП по этой схеме запас по мощности может колебаться от 2 кВт до 5 кВт.

Таким образом, для увеличения срока службы инструментов и двигателей, необходимо производить их плавный запуск. Это связано с конструктивной особенностью электромоторов асинхронного и коллекторного типов. При запуске происходит стремительное потребление тока, из-за которого происходит износ электрической и механической частей. Использование УПП позволяет обезопасить электроинструмент, благодаря соблюдению правил техники безопасности. При модернизации инструмента возможна покупка уже готовых моделей, а также сборка простого и надежного универсального устройства, которое не только отличается, но и даже превосходит некоторые заводские УПП.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector