Для чего нужно уменьшение пускового тока асинхронных двигателей

Устройство и схема плавного пуска асинхронного электродвигателя

Схемы подключения пускателей

Существует два варианта, с помощью которых стартер осуществляет запуск электродвигателя: стандартная схема и внутри треугольника.

Стандартная схема. Пускатель соединён последовательно с линейным напряжением, подаваемым на двигатель.

Внутри треугольника существует ещё одна схема, по которой подключён пускатель, называется схемой внутренней дельты. В этой схеме два кабеля, которые подключаются к одному из двигателей, присоединяются непосредственно к источнику питания I/P, а другой кабель будет подключён через пускатель. Одна особенность этой схемы заключается в том, что пускатель можно использовать для больших двигателей, например, для двигателей мощностью 100 кВт, поскольку фазные токи делятся на 2 части.

Прямой пуск

Это наиболее популярный способ включения асинхронного электрического двигателя. Требуется всего одно действие – включение мотора в электросеть на зафиксированной частоте и номинальном напряжении тока. После прямого запуска электромотор начинает набирать обороты с высокой скоростью. Главное достоинство этой схемы – выгода с экономической точки зрения. Прямой пуск можно выполнять без использования иных устройств, на установку которых нужны дополнительные средства. Есть у этого типа запуска и недостатки.

Прямой пуск подходит исключительно для маломощных моторов, т. к. их пусковые токи не настолько большие, как у более мощных собратьев (моторов, приводов и т.д.). Тем не менее, даже эти токи оказывают большую нагрузку на электрическую сеть, ведь они могут в 10 и более раз превышать номинальные, что негативно сказывается на кабелях, питающих мотор, и на электросети в целом. Высокие токи плохо влияют и на обмотку самого мотора

Чем опасен пусковой ток электродвигателя

При подаче напряжения на обмотку статора скорость вращения ротора равна нулю. Ротор нужно стронуть с места и раскрутить до номинального частоты вращения. На это тратится значительно большая энергия, чем та, что нужна для номинального режима работы.

Под нагрузкой пусковые токи больше, чем на холостом ходу. К весу ротора прибавляется механическое сопротивление вращению от приводимого двигателем в движение механизма. На практике влияние этого фактора стремятся минимизировать. Например, у мощных вентиляторов на момент запуска автоматически закрываются шиберы в воздуховодах.

В момент протекания пускового тока из сети потребляется значительная мощность, расходуемая на выведение электродвигателя на номинальный режим работы. Чем мощнее электромотор, тем большая мощность для разгона ему требуется. Не все электрические сети переносят этот режим без последствий.

Перегрузка питающих линий неизбежно приводит к снижению напряжения в сети. Это не только еще более затрудняет процесс запуска электродвигателей, но и влияет на других потребителей.

Да и сами электродвигатели во время пусковых процессов испытывают повышенные механические и электрические нагрузки. Механические связаны с увеличением вращающего момента на валу. Электрические же, связанные с кратковременным увеличением тока, воздействуют на изоляцию обмоток статора и ротора, контактные соединения и пусковую аппаратуру.

Зачем асинхронному двигателю УПП

При пуске двигателя в ход напрямую в одно мгновение крутящий момент достигает 150-200% от номинального значения. В это же время образуются пусковые токи, которые превышают номинальный в 5, а то и больше раз. Повышенные во время запуска мотора характеристики становится причиной проблем:

Именно эти проблемы вызывают у электрического двигателя необходимость в устройстве плавного пуска. Благодаря ему мотор разгоняется плавно, без рывков и ударов. Пусковые токи снижаются. Поэтому удовлетворительное состояние изоляции будет держаться еще долго.

А как понять, что пуск тяжелый, и двигатель нужно оборудовать УПП? Для этого познакомьтесь с описанием трех случаев этого явления:

Продвинутые устройства плавного пуска для асинхронных двигателей выполняют дополнительные функции:

Использовать такие устройства можно не только для смягчения запуска, но и для плавной остановки мотора. График ниже показывается зависимость скорости вращения двигателя от времени при прямом пуске и с использованием стартсофтера (второе название УПП).

Дополнительный бонус обладателям УПП: можно будет подобрать менее мощный источник бесперебойного питания, если в нем есть необходимость.

Классификация устройств плавного пуска

Сегодня плавный пуск оборудования осуществляется с помощью трех типов устройств:

Сердцем силовой части устройства плавного пуска выступает симистор, последовательно включаемый между питающим проводником и обмоткой электродвигателя. Для справки: симистор представляет собой два встречно-параллельно включенных тиристора с управляющим входом. Тиристор отпирается только в том случае, когда выполнено условие приложения прямого напряжения типа анод-катод и одновременной подачи потенциала (отпирающий потенциал) или его импульса на управляющий электрод. Запирание катода осуществляется путем снижения токового значения в цепи «анод-катод-нагрузка» до величины, стремящейся к нулю. В структуре софтстартера тиристору отведена роль быстродействующего полупроводникового контактора, который включается напряжением и выключается током.

Сравнительные технические параметры одно-, двух- и трёхфазного регулирования приведены ниже в таблице:

Однофазное регулирование. Нерегулируемые фазы в цикле разгона привода пропускают ток, соответствующий скольжению и моменту в конкретный временной отрезок. Так как по причине плавности пускового цикла время разгона становится больше, тепловой режим нерегулируемой обмотки может оказаться куда хуже, чем в условиях прямого пуска

Кроме того, важно учесть, что однофазные устройства плавного пуска не имеют возможности аварийного останова трёхфазного электродвигатель. Самое большое, что можно ожидать от софтстартера – это подача аварийного сигнала

Другими словами, такая схема будет актуальна только при необходимости смягчения пусковых токов в механической нагрузке в диапазоне до 11кВт и плавное торможение/длительный пуск/ограничение пускового тока не требуются.

Однофазное устройство плавного пуска ориентировано, прежде всего, на электродвигатели компрессоров в бытовых кондиционерах. Но также такое оборудование может быть успешно использовано для выполнения безопасного пуска однофазных нагрузок другого характера, при которых также будет обеспечено уменьшение ударных пусковых нагрузок и минимизация кратковременных перегрузок питающей сети. Но по причине удешевления тиристоров однофазные софтстартеры снимаются с производства. На их место приходят двухфазные.

Двухфазное регулирование. Двухфазные устройства плавного пуска адаптированы для электродвигателей мощностью не выше 250кВт. Они используются только тогда, когда узким местом при запуске является не ограничение тока до уровня гарантированной величины, а смягчение механической ударной нагрузки. Большинство моделей предусматривают наличие внутренних байпасных контакторов, что существенно снижает затраты на запуск одного или нескольких параллельно подключенных электродвигателей.

Трёхфазное регулирование. Этот тип регулирования рассматривается как наиболее оптимальное и технически совершенное решение. Трехфазные УПП позволяют получить симметричное по фазам ограничение тока и силы магнитного поля. Именно поэтому, относительно двухфазных плавных пускателей, в условиях того же крутящего момента силы в момент разгона электродвигателя, токовый режим предельно благоприятен и для привода, и для сети. Применение таких устройств плавного пуска универсально.

Выбор частотно-регулируемого привода

При выборе модели ЧРП необходимо обратить внимание на следующие моменты

Чем шире мощностной ряд, тем больше механизмов, которыми можно будет управлять с помощью данного ЧРП. Сохраняется тип подключения, опциональные компоненты. На выходе — большое число задач, решаемых работой одного прибора.

В России качество многих сетей на сегодняшний день оставляет желать лучшего. Потому характеристика входного напряжения часто бывает величиной нестабильной. Данная проблема частично решается посредством установки дросселей на входе преобразователя. Однако, чем заявленный диапазон входного напряжения ЧРП шире, тем лучше.

— Режимы управления ЧРП.

Существуют различные способы управления ПЧ. Наиболее распространенные: программируемый логический контроллер, компьютер, встроенная панель или выносной пульт, а также напрямую через клеммы управления.

Преобразователи частоты могут работать в скалярном и векторном режимах.Скалярный режим более простой, но при этом имеет свое преимущество: возможность управления более мощными электродвигателями при сохранении тех же силовых элементов в цепи. Применяется чаще всего при работе с насосами, вентиляторами и конвейерами. Векторный режим в отличие от скалярного обеспечивает управление магнитным потоком ротора. При выборе такого управления, возможно работать с двигателем как в обычном режиме, так и в режимах с повышенной точностью задания скорости или момента на валу.

— Диапазон регулирования частоты. Нижний предел указывает на диапазон регулирования скорости электродвигателя. Верхний предел является значимой величиной при работе с двигателями высокой номинальной частоты до 800 Гц.

Это основные параметры, на которые необходимо обращать внимание при выборе ЧРП. Разумеется, здесь представлены не все характеристики ПЧ

В любом случае, если нет уверенности в правильности сделанного выбора, лучше обратиться к специалистам. Квалифицированные специалисты Корпорации Триол всегда рады Вашему звонку или письму.

Основные параметры и характеристики УПП

Ниже в тексте будут приведены схемы аппаратов плавного запуска для изучения и собственноручного изготовления. Для тех, кто не готов осуществить плавный пуск асинхронного электродвигателя своими руками, полагаясь на готовое изделие, будет полезной информация о существующих разновидностях софт стартеров.

Пример аналогово и цифрового УПП, в модульном исполнении (устанавливается на DIN-рейку)

Одним из главных параметров при выборе УПП является мощность обслуживаемого электромотора, выраженная в киловаттах. Не менее важным является время разгона и возможность регулировки интервала запуска. Данными характеристиками обладают все существующие софт стартеры. Более совершенные УПП являются универсальными и позволяют настраивать параметры мягкого запуска в широком диапазоне значений относительно характеристик двигателя и требований технологического процесса.

Пример универсального софтстартера

В зависимости от типа софт стартера в них могут присутствовать различные опции, повышающие функциональность аппарата и позволяющие осуществлять контроль работы электродвигателя. Например, при помощи некоторых УПП возможно осуществление не только плавного запуска электромотора, но и его торможение. Более совершенные софт стартеры осуществляют защиту двигателя от перегрузок и позволяют также регулировать вращательный момент ротора при пуске, останове и работе.

Пример различий в технических характеристиках различных УПП от одного производителя

Разновидности софт стартеров

По способу подключения УПП подразделяются на три вида:

Однофазные. Регулируют пусковое напряжение на одной фазе для уменьшения пускового момента. Обладают ограниченной функциональностью и не снижают пусковой ток. В виду удешевления полупроводниковых силовых ключей, однофазные УПП применяются редко.

Двухфазные. Осуществляют регулировку пускового тока по двум фазам, что позволяет улучшить динамические характеристики запуска двигателя, но не решают проблему с несимметричной «просадкой» напряжения. Используется в основном радиолюбителями, осуществляющими плавный пуск асинхронного электродвигателя своими руками, схема устройства приведена ниже.

Трехфазные. Дают максимально возможное уменьшение пускового момента, снижая пусковой ток до минимально возможной трехкратной перегрузки. Позволяют осуществлять большой набор функций помимо плавного разгона – регулировку момента, торможение, слежение за параметрами, дистанционное управление, защиту от тепловых перегрузок, и т. д.

УПП своими руками

Для самостоятельного изготовления УПП используемая схема плавного пуска асинхронного двигателя своими руками будет зависеть от возможности и навыков мастера. Самостоятельное смягчение пусковых перегрузок при помощи автотрансформатора доступно практически любому пользователю без специальных знаний, но данный способ является неудобным ввиду необходимости ручной регулировки старта электродвигателя. В продаже можно встретить недорогие устройства плавного запуска, которые придется самостоятельно подключить к электроинструменту, не обладая глубокими познаниями в радиотехнике. Пример работы до и после софт стартера, а также его подключение показано на видео ниже:

Пример схемы относительно простого двухфазного УПП

Современные софт стартеры имеют внутри сложную электронную начинку из множества электронных деталей, работающих под управлением микропроцессора. Поэтому для изготовления аналогичного УПП своими руками по имеющимся в сети интернет схемам необходимо не только мастерство радиолюбителя, но и навыки программирования микроконтроллеров.

Отличия скалярных и векторных преобразователей частоты

Скалярная величина – значение, выраженное одним числом. Несколько значений изображается на шкале. Площадь, длина – это величины скалярные. Векторные величины – кроме числа имеют направление.

Главным методом изменения момента мотора является корректировка частоты и тока. Это ведет к изменению силы поля. Частотники можно настраивать, менять их выходные параметры для своих механизмов. Характеру выходного тока выхода частотного преобразователя можно придать гиперболический, параболический, линейный вид.

Для страгивания с места увесистый груз на механизме, току выхода придают гиперболический вид. Вентиляторы и насосы воды приводятся в работу по параболе, это экономит электричество. Так сконструированы множество частотных преобразователей, называющихся скалярными.

Следующим методом увеличения момента мотора служит применение гармоники выходного тока. Ее вектор вращается в сторону тока главной гармоники, по последовательности прямого вида. Остальные создают вращение в обратную сторону в последовательности обратного вида.

Нейтральный ток выше фазных токов, колебания 3-й гармоники больше следующих гармоник. Этот эффект используется для повышения мощности выхода и повышения момента на моторе. Для управления вращающим моментом применяют силу и частоту тока, а также фазу. Отсюда и пошло название «векторный».

Оптимизировано постоянство вращения в широком диапазоне путем сдвига фаз. Это свойство заключено в двигателе с замкнутым ротором. Поле проходит через ротор, где есть токи, создающие механическую силу. Она вращает вал мотора в сторону поля статора, но ротор отстает на несколько процентов от скорости вращения поля потока. Это скольжение обеспечивает переход электроэнергии в механическую энергию в двигателе асинхронного типа. Если нет скольжения в роторе, нет движущей силы, и нет вращения вала мотора.

Вращающий момент мотора прямо зависит от тока, и обратно пропорционален оборотам двигателя. Эффект от векторных методов небольшой. На небольших скоростях при увеличенном токе электродвигатель перегревается, требует охлаждающей системы. Обладают ли «невекторные» частотные преобразователи постоянным моментом моторного вращения? Асинхронный двигатель обладает свойством изменять вращающий момент по нагрузке вала, то есть, расходует ток, обеспечивающий одинаковый момент вращения и нагрузки.

На наименьших скоростях вращения вала двигателя векторные способы управления являются малоэффективными. Стоимость за свойство «векторности» преобразователя частоты не оправдывает себя, сложности системы уменьшают надежность механизмов. Такие частотные преобразователи нельзя использовать на приводах с несколькими моторами. Преобразователи частоты нужно классифицировать по методу управления током выхода:

Для конкретных целей для управления механизмами являются электромоторы с собственными управляющими системами. Универсальные механизмы и приводы создать невозможно, так как большая разница в конструкции и в выполняемых задачах. Нужно сконструировать привод механизма, учесть нужный момент мотора в негативном диапазоне частот вращения, а управление значением параметра будет осуществлять регулятор, им оснащены преобразователи скалярного типа.

ПРЯМОЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Как уже было сказано выше, прямое включение обмотки асинхронного двигателя может применяться только при низкой мощности. В этом случае пусковой ток превышает номинальный в 5-7 раз, что не является проблемой для коммутационного оборудования и электропроводки.

Основной проблемой прямого пуска становится подключение нескольких электродвигателей к маломощной подстанции или генератору: включение в сеть нового электродвигателя может вызвать настолько сильную просадку напряжения, что уже работающие двигатели остановятся, а новому мотору не хватит пускового момента, чтобы стронуться с места.

Пусковой ток асинхронного двигателя достигает максимального значения в момент включения и плавно снижается до номинального по мере раскрутки ротора. Следовательно, для уменьшения времени перегрузки сети асинхронный двигатель должен включаться с минимальной нагрузкой, если это возможно.

Мощные токарные станки, гильотины для рубки металла не имеют фрикционных муфт, и все их вращающиеся механизмы раскручиваются в момент включения электродвигателя. В этом случае длительные просадки напряжения приходится прямо закладывать в проектируемое для них электроснабжение.

Частотное регулирование

Под частотным регулированием понимание использование частотно-управляемого привода. Данное устройство регулирует частоту вращения ротора электромотора. В конструкцию частотного преобразователя входит инвертор и выпрямитель. К преимуществам запуска двигателя через частотное регулирование относится большой выбор значений для регулировки количества оборотов, увеличение ресурса мотора, максимальный пусковой момент и экономия электрической энергии по сравнению с другими способами запуска мотора.

Недостатки у частотного регулирования также имеются. Это сравнительно высокая цена преобразователей для мощных моторов, а также высокий уровень помех, которые наблюдаются поблизости от этих устройств.

Данные, собираемые при посещении сайта

Персональные данные

Эти данные собираются в целях оказания услуг или продажи товаров, связи с пользователем или иной активности пользователя на сайте, а также, чтобы отправлять пользователям информацию, которую они согласились получать.

Мы не проверяем достоверность оставляемых данных, однако не гарантируем качественного исполнения заказов или обратной связи с нами при некорректных данных.

Данные собираются имеющимися на сайте формами для заполнения (например, регистрации, оформления заказа, подписки, оставления отзыва, обратной связи и иными).

Формы, установленные на сайте, могут передавать данные как напрямую на сайт, так и на сайты сторонних организаций (скрипты сервисов сторонних организаций).

Также данные могут собираться через технологию cookies (куки) как непосредственно сайтом, так и скриптами сервисов сторонних организаций. Эти данные собираются автоматически, отправку этих данных можно запретить, отключив cookies (куки) в браузере, в котором открывается сайт.

Не персональные данные

Кроме персональных данных при посещении сайта собираются не персональные данные, их сбор происходит автоматически веб-сервером, на котором расположен сайт, средствами CMS (системы управления сайтом), скриптами сторонних организаций, установленными на сайте. К данным, собираемым автоматически, относятся: IP адрес и страна его регистрации, имя домена, с которого вы к нам пришли, переходы посетителей с одной страницы сайта на другую, информация, которую ваш браузер предоставляет добровольно при посещении сайта, cookies (куки), фиксируются посещения, иные данные, собираемые счетчиками аналитики сторонних организаций, установленными на сайте.

Эти данные носят неперсонифицированный характер и направлены на улучшение обслуживания клиентов, улучшения удобства использования сайта, анализа посещаемости.

Необходимость плавного запуска

При плавном запуске асинхронного двигателя возможно снизить недостатки таких электрических машин и обеспечить:

Плавный старт и разгон существенно расширяет сферы применения асинхронных электродвигателей.

Самодельные варианты

Существует множество схем модернизации электроинструмента при помощи УПП. Среди всех разновидностей широкое применение получили устройства на симисторах. Симистор — полупроводниковый элемент, позволяющий плавно регулировать параметры питания. Существуют простые и сложные схемы, которые отличаются между собой вариантами исполнения, а также поддерживаемой мощностью, подключаемого электроинструмента. В конструктивном исполнении бывают внутренние, позволяющие встраиваться внутрь корпуса, и внешние, изготавливаемые в виде отдельного модуля, выполняющего роль ограничителя оборотов и пускового тока при непосредственном пуске УШМ.

Простейшая схема

УПП с регулированием оборотов на тиристоре КУ 202 получил широкое применение благодаря очень простой схеме исполнения (схема 1). Его подключение не требует особых навыков. Радиоэлементы для него достать очень просто. Состоит эта модель регулятора из диодного моста, переменного резистора (выполняет роль регулятора U) и схемы настройки тиристора (подача U на управляющий выход номиналом 6,3 вольта) отечественного производителя.

Благодаря размерам и количеству деталей регулятор этого типа можно встроить в корпус электроинструмента. Кроме того, следует вывести ручку переменного резистора и сам регулятор оборотов можно доработать, встроив кнопку перед диодным мостом.

Основной принцип работы заключается в регулировке оборотов электродвигателя инструмента благодаря ограничению мощности в ручном режиме. Эта схема позволяет использовать электроинструмент мощностью до 1,5 кВт. Для увеличения этого показателя необходимо заменить тиристор на более мощный (информацию об этом можно найти в интернете или справочнике). Кроме того, нужно учесть и тот факт, что схема управления тиристором будет отличаться от исходной. КУ 202 является отличным тиристором, но его существенный недостаток состоит в его настройке (подборка деталей для схемы управления). Для осуществления плавного пуска в автоматическом режиме применяется схема 2 (УПП на микросхеме).

Плавный пуск на микросхеме

Оптимальным вариантом для изготовления УПП является схема УПП на одном симисторе и микросхеме, которая управляет плавным открытием перехода p-n типа. Питается устройство от сети 220 В и ее несложно собрать самому. Очень простая и универсальная схема плавного пуска электродвигателя позволяет также и регулировать обороты (схема 2). Симистор возможно заменить аналогичным или с характеристиками, превышающими исходные, согласно справочнику радиоэлементов полупроводникового типа.

Схема 2. Схема плавного пуска электроинструмента

Устройство реализуется на основе микросхемы КР118ПМ1 и симисторе. Благодаря универсальности устройства его можно использовать для любого инструмента. Он не требует настройки и устанавливается в разрыв кабеля питания.

При пуске электродвигателя происходит подача U на КР118ПМ1 и плавный рост заряда конденсатора С2. Тиристор открывается постепенно с задержкой, зависящей от емкости управляющего конденсатора С2. При емкости С2 = 47 мкФ происходит задержка при запуске около 2 секунд. Она зависит прямо пропорционально от емкости конденсатора (при большей емкости время запуска увеличивается). При отключении УШМ конденсатор С2 разряжается при помощи резистора R2, сопротивление которого равно 68 к, а время разрядки составляет около 4 секунд.

Для регулирования оборотов нужно заменить R1 на резистор переменного типа. При изменении параметра переменного резистора происходит изменение мощности электромотора. R2 изменяет величину тока, протекающего через вход симистора. Симистор нуждается в охлаждении и, следовательно, в корпус модуля можно встроить вентилятор.

Таким образом, для запуска электродвигателей различного инструмента необходимо использовать УПП заводского изготовления или самодельные. УПП применяются для увеличения срока эксплуатации инструмента. При запуске двигателя происходит резкое увеличение тока потребления в 7 раз. Из-за этого возможно подгорание статорных обмоток и износ механической части. УПП позволяют значительно снизить пусковой ток. При изготовлении УПП самостоятельно нужно соблюдать правила безопасности при работе с электричеством.

Подключение цепей управления

Запуск и остановка электродвигателя реализуется двух- или трехпроводными схемами.

Старт привода производится нажатием кнопки. Остановка электрической машины осуществляется повторным нажатием.

При выборе трехпроводной схемы, плавный пуск и торможение двигателя осуществляется нажатием кнопок “старт” и “стоп”.

Все электрические соединения выполняются кабелями с медными жилами, рекомендованных производителями марок и сечения. Настойки привода и программирование УПП проводятся в соответствии с алгоритмом, указанным производителем. Перед пробным пуском для проверки работоспособности привода необходимо проверить схему подключения и корректность настроек.

Преимущества плавного пуска

Твердотельные плавные пускатели используют полупроводниковые приборы для временного снижения параметров на клеммах двигателя. Это обеспечивает контроль тока двигателя, чтобы уменьшить крутящий момент предельного значения двигателя. Управление основано на управлении напряжением клемм двигателя на двух или трёх фазах.

Несколько причин, почему этот метод предпочтительнее других:

Источник