Большинство электродвигателей работают при номинальной частоте вращения, поэтому их пуск осуществляется одним из трёх методов: прямой, по схеме «звезда-треугольник» или с помощью устройства плавного пуска (УПП), который обеспечивает непосредственно плавный пуск и торможение, защиту механизмов и электродвигателей, а также связи с системами автоматизации.
У электродвигателей есть ряд потенциальных трудностей, связанных с пуском и остановом. Чтобы их решить, необходимо определить подходящий тип способа пуска. Для наглядности приведём таблицу и разберём распространённые проблемы.
| Сравнение | Способ пуска | |||
| Прямой пуск | Пуск по схеме «звезда — треугольник» | Устройство плавного пуска | Преобразователь частоты | |
| Снижение высокого пускового тока | Нет | Да | Да | Да |
| Уменьшение износа подшипников, валов, редукторов и т. д. | Нет | Частично | Да | Да |
| Предотвращение проскальзывания ремней | Нет | Частично | Да | Да |
| Устранение пиков момента/тока | Нет | Нет | Да | Да |
| Предотвращение гидроударов в трубопроводах | Нет | Нет | Да | Да |
| Необходимость в регулировании частоты вращения | Нет | Нет | Нет | Да |
Графики изменения пускового тока и крутящего момента в зависимости от способа пуска электродвигателя.
Распространенные проблемы при пуске электродвигателя
Пусковой ток двигателя переменного тока может в 10-12 раз превышать номинальный ток, поскольку для достаточного намагничивания двигателя требуется большое количество энергии. Как следствие, высокий пусковой ток может стать причиной значительного механического воздействия на стержни роторов и обмотку электродвигателя. Кроме того, он может затрагивать исполнительное оборудование и фундаменты. Отсюда следует вывод – чем выше энергоэффктивность двигателя, тем серьезнее эти проблемы, поскольку при снижении сопротивления пиковые значения тока повышаются.
Существует несколько способов пуска электродвигателя, которые направлены на снижение такого воздействия. Выбор подходящего способа зависит от нагрузки, двигателя, питающей сети и бюджета. При выборе пускового оборудования и защитных устройств необходимо учитывать следующие факторы:
- падение напряжения в питающей сети при пуске двигателя;
- необходимый крутящий момент нагрузки при пуске;
- необходимое время пуска двигателя;
- условия эксплуатации;
- бюджет.
Распространенные электрические проблемы при пуске:
- броски тока при пуске после коммутации силовой цепи;
- падение напряжения в сети.
Прямой пуск (DOL)
Прямой пуск является самым простым, экономичным, компактным и наиболее распространенным способом. Однако его можно использовать только в стабильных электрических сетях и с нагрузкой, имеющей жёсткое соединение всех приводных элементов.
Прямой пуск можно осуществлять с помощью управляемого вручную выключателя или контактора для дистанционного управления. Выключатель предназначен только для электродвигателей небольших мощностей, которые не требуется часто запускать и останавливать. Для других двигателей обычно используется контактор вместе с аппаратом защиты от короткого замыкания и перегрузки. Кроме того, управление прямым пуском также может производить система управления.
Диаграмма
крутящего момента при прямом пуске
Прямой пуск используется:
- для промышленных электродвигателей небольших мощностей (обычно менее 15 кВт);
- для частого пуска и останова двигателя;
- в условиях ограниченного пространства;
- при ограниченном бюджете.
При прямом пуске невозможно контролировать параметры, то есть пусковой ток и момент всегда будут максимальными вне зависимости от типа нагрузки. Разные типы нагрузки приводят к разному времени ускорения двигателя.
Преимущества
- Компактность
- Простота конструкции
- Простой монтаж
- Невысокая стоимость
Недостатки
- Высокий пусковой ток и крутящий момент
- Механический износ
- Только прямой останов
- Необходимость приобретать отдельно аппараты защиты электродвигателя
Пуск по схеме «звезда — треугольник»
Низковольтный двигатель запускается по схеме «звезда», ускоряется до максимальной скорости и переключается на схему «треугольник». Этот способ можно использовать только для двигателей, которые подключены по схеме «треугольник» во время непрерывной работы и имеют 6 клемм подключения обмоток электродвигателя.
Преимущества
- Простота конструкции
- Относительно невысокая
- Низкий пусковой ток (только при успешном пуске)
Недостатки
- Только прямой останов
- Сложная установка
- Низкий пусковой крутящий момент
- Большие по амплитуде значения пикового тока переходного процесса при переключении со схемы «звезда» на схему «треугольник»
Преобразователь частоты
Преобразователь частоты или частотно-регулируемый привод состоит из двух функциональных частей, одна из которых преобразует переменный ток 50/60 Гц в постоянный ток, а другая – постоянный ток в переменный с частотой 0-250 Гц. За счет регулирования частоты преобразователь может также управлять скоростью вращения двигателя.
Этот способ пуска самый дорогой, но в то же время наиболее универсальный. Это значит, что он также подходит для управления технологическим процессом. В большинстве случаев преобразователь частоты используется только для пуска и остановки двигателей, не требующих регулирования скорости в процессе работы. В таком случае преобразователь частоты по сравнению с устройством плавного пуска является дорогим решением с избыточным функционалом.
Преобразователь частоты используется:
- при необходимости регулировать частоту вращения электродвигателя в ходе технологического процесса;
- при отсутствии ограничений бюджета и пространства для реализации технического решения
В некоторых случаях требуется постоянное регулирование частоты вращения электродвигателя. Это возможно реализовать путем преобразования частоты питающего напряжения с помощью частотно-регулируемого электропривода. Преобразователь частоты в течение всего процесса пуска обеспечивает номинальный крутящий момент и номинальный ток электродвигателя.
Преимущества
- Номинальный ток и крутящий момент во время пуска
- Управление частотой вращения и плавный останов
- Встроенная защита электродвигателя
- Снижение частоты вращения для энергосбережения
Недостатки
- Высокое тепловыделение
- Большие габаритные размеры и вес
- Генерация гармоник
- Ограниченное энергосбережение при номинальной частоте вращения
Устройство плавного пуска
Устройство плавного пуска используется для управления электродвигателями, работающими при номинальной частоте вращения, устройство предназначено для пуска, останова и, в случае наличия расширенного функционала, для защиты трехфазных электродвигателей.
С помощью тиристоров оно регулирует напряжение питания электродвигателя и таким образом контролирует ток, крутящий момент и ускорение. За счет различных настроек работу УПП можно отладить в зависимости от нагрузки, что обеспечивает минимальное значение тока для различных областей применения.
Устройство плавного пуска используется...
- когда электродвигатель должен работать с номинальной частотой вращения;
- когда необходим пониженный ток для защиты питающей сети;
- когда для снижения затрат на техническое обслуживание требуется пониженный крутящий момент;
- когда требуется готовое решение для пуска и защиты электродвигателя.
С помощью устройства плавного пуска можно регулировать питающее напряжение электродвигателя для достижения требуемых пусковых характеристик. Чем выше нагрузка, тем выше необходимый крутящий момент и ток в сравнении с показателями при низкой нагрузке. Кроме того, медленный разгон уменьшает износ оборудования.
Преимущества
- Сниженный пусковой ток
- Пусковой момент соответствует применению
- Возможность плавного останова
- Встроенная защита электродвигателя
Недостатки
- Невозможно управлять частотой вращения
Подробнее об устройствах плавного пуска в брошюре ABB об устройствах плавного пуска