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) 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.

Устройство плавного пуска асинхронного электродвигателя основано на использовании тиристоров - полупроводниковых приборов, которые могут проводить ток после получения управляющего напряжения и "закрываться" при прохождении значения тока через ноль. Тиристоры соединяются по встречной схеме для каждой из фаз трехфазной системы. При необходимости регулирования напряжения на силовых клеммах электродвигателя, управляющее напряжение подается на электроды тиристоров, благодаря чему возможно регулирование механических нагрузок в электроприводе. Кроме того, данный тип электродвигателя можно плавно останавливать, что особенно актуально при использовании низкоинерционных нагрузок.

Однако такие устройства имеют существенные недостатки: способность справляться только с низкими нагрузками или запускать двигатель в холостую; риск перегрева двигателя, а также возможность выхода из строя полупроводниковых элементов при увеличении времени запуска; снижение напряжения ведет к снижению крутящего момента на валу.

Существуют более совершенные устройства, которые не имеют таких недостатков. Они делятся на амплитудные и частотные, которые отличаются основным принципом действия и стоимостью. Частотные устройства более сложны в установке и наладке, но их использование целесообразно в условиях, когда 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.

Цены на софтстартеры и их нестабильность в последние годы являются неотъемлемыми компонентами рынка. По словам экспертов, подобное явление вызвано высокой стоимостью импортных товаров, в том числе и продукции многих отечественных компаний, производящихся за рубежом или изоляционных материалов, выпускаемых в России на основе импортных комплектующих. Из-за нестабильности валют наблюдаются колебания цен на софтстартеры.

Уровень стоимости софтстартеров напрямую зависит от их характеристик. Некоторые модели, начиная от 7 тысяч рублей, могут иметь заданный номинальный ток. Но более мощные модели, стоимость которых может достигать 700 тысяч рублей, позволяют равномерно распределить ток до 1200 А.

Фото: freepik.com