упп в электрике что такое

Устройство плавного пуска: назначение и принцип действия

Устройство плавного пуска электродвигателя (сокращенно УПП) – это механизм, используемый для сдерживания роста пусковых характеристик. Он делает мягкими процессы запуска и остановки мотора, защищая его от перегрева и рывков, увеличивает срок эксплуатации. Применяется только для асинхронных двигателей.

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.

Принцип действия устройства плавного пуска

Рассмотрим принцип действия каждого из видов УПП.

Механическое регулирование пусковых характеристик

Для плавного пуска электродвигателя можно использовать способ механического сдерживания нарастающей скорости вращения. Для этого используют устройства, механически регулируя вращение вала. такие как блокираторы магнитного действия, тормозные колодки, жидкостные муфты и противовесы с дробью.

Принцип действия у всех этих способов один — сдерживание оборотов вала электродвигателя при пуске.

Электрические устройства для плавного пуска электродвигателей

Принцип действия электрических УПП заключается в ограничении подаваемого на электродвигатель напряжения, роль ограничителей как правило выполняют соединенные тиристоры, схема подключения выглядит вот так:.

Чтобы лучше понять, как работает стартсофтер, нужно подробнее изучить запуск. Теоретически это процесс преобразования энергии из электрической в кинетическую. При этом сопротивление двигателя от малого значения, характерного для не вращающегося двигателя, увеличивается до большого, когда уже достигнута номинальная скорость. И по закону Ома(I=U/R) в начальный момент ток максимален.

Формула же энергии имеет вид: E=P*t=U*I*t. А поскольку в начале запуска ток максимален, то энергия должна передаваться очень быстро. Если же своими руками подключить электродвигатель к сети через УПП, то на входе в устройство будет работать вторая формула. Энергия будет подаваться очень быстро, но выходить будет медленно. Это достигается путем ограничения напряжения, контролирующего рост пускового тока. А поскольку в обеих формулах ток имеет одинаковую величину, видно, что чем меньше сила тока, тем больше времени потребуется на разгон. Но разгон при этом будет плавный.

Важно! Несмотря на необходимость в снижении пусковых токов, устанавливать их на слишком низких значениях нельзя. Иначе двигатель не сможет разогнаться. Обычно достаточно снизить ток до 250% от номинального (при прямом пуске он составляет 500-800%).

Управление электрическими стартсофтерами

Различают два вида электрических устройств, смягчающих пусковой процесс:

Работа амплитудного УПП базируется на постепенном увеличении напряжения на клеммах мотора до максимальной величины. Такие устройства помогают запускать электродвигатели в холостом режиме или с небольшой нагрузкой.

Фазовые стартсофтеры регулируют частотные характеристики фазного тока без снижения напряжения. Это позволяет сохранить высокую мощность мотора, запускать который можно даже с большой нагрузкой. Установить плавное нарастание вращательной частоты можно даже в рабочем режиме. Это важная функция, благодаря которой можно менять скорость вала, не теряя мощность.

Оборудовать электродвигатель устройством плавного пуска или нет – ваше личное дело, если только он не завершает работу на полпути до разгона. Но имейте в виду, что за рубежом запрещено пускать в ход моторы мощностью более 15000 Ватт без стартсофтера. Попытка сэкономить на УПП может привести к преждевременному износу механизма. Если уж не хочется сильно тратиться, то просто установите устройство своими руками, но приобретите его обязательно.

Источник

Устройство плавного пуска

2021-09-29 Промышленное 4 комментария

Устройства плавного пуска (Софт-стартеры) предназначены для плавного разгона и торможения электродвигателей, ограничения пусковых токов в момент запуска и согласования момента нагрузки с крутящим моментом двигателя.

Не секрет, что асинхронные двигатели, при запуске, имеют высокие значения пусковых токов, превышающие в 6-8, а в некоторых случаях даже в 10 раз, номинальный ток и существенное увеличение крутящего момента, что негативно влияет на работу самих двигателей. Кроме того, это приводит к просадке напряжения питающих сетей, что в свою очередь сказывается на работе другого электрооборудования.

Есть несколько вариантов решения данной проблемы. Чаще всего для этого используется подключение двигателя по схеме “Звезда-Треугольник”, через устройства плавного пуска и преобразователи частоты. В данной статье рассматривать будем только УПП, но вкратце расскажу и о двух других вариантах.

Запуск по схеме звезда-треугольник осуществляется следующим образом — в начальный период разгона двигателя, его обмотки соединены звездой, что обеспечивает пониженный ток. По истечении определенного времени, задаваемого реле выдержки времени, происходит переключение на «треугольник», что обеспечивает полный ток и крутящий момент.

Данный способ эффективен при пуске двигателя либо без нагрузки, либо при легком пуске. При запуске двигателя под большой нагрузкой этот метод неприменим. Также данная схема может использоваться только с двигателями, у которых обмотки рассчитаны на напряжение сети 380/660В.

Использование преобразователей частоты позволяет добиться того, что двигатель уже в момент запуска будет работать на номинальном токе и с номинальным крутящим моментом. Также использование частотного привода позволяет осуществлять плавный останов двигателя, в отличии от схемы звезда-треугольник, где единственным способом остановки может быть только прямой останов.

Применение частотного преобразователя оправдано в тех случаях, когда требуется управление регулированием скорости двигателя. Если же регулирование не требуется, то в этом случае оптимальным решением будет применение устройств плавного пуска.

Благодаря этим устройствам, удается избежать проблем, связанных с запуском, обеспечивается плавный пуск двигателей с ограничением пускового тока и углового ускорения, регулировка времени разгона и торможения двигателя. Все это способствует увеличению срока службы оборудования и стабилизации напряжения в сетях.

Кроме того, в софт-стартеры встроены целый ряд различных функций защит —

Несмотря на то, что устройства плавного пуска выпускаются большим количеством различных фирм — производителей и у каждого есть свои особенности, общий принцип работы устройства одинаков для всех. И заключается он в регулировании действующего значения выходного напряжения.

В момент запуска электродвигателя софт стартер ограничивает питающее напряжение (30 — 60 % от номинального напряжения), затем постепенно наращивая его до номинала. При этом снижается пусковой ток и скорость его нарастания, увеличивается время пуска двигателя. Такой тип запуска позволяет также уменьшить и пусковой момент на валу.

Также как и частотные преобразователи, устройства плавного пуска позволяют осуществить плавный останов двигателя, что в свою очередь способствует предотвращению гидроударов в системах водоснабжения, повреждению материалов на ленточных конвейерах и т.д.

Устройство и принцип действия софт стартеров

Регулирование действующего значения напряжения осуществляется при помощи тиристорных модулей, которые в свою очередь управляются микропроцессором, расположенным на плате управления. В зависимости от типа софт-стартера, может осуществляться регулировка напряжения в двух фазах, обычно такая схема реализована в более бюджетных вариантах, либо в трех фазах.

В первом случае встречно-направленные тиристоры устанавливаются в первой и третьей фазах– по два. Один из тиристоров предназначен для положительного полупериода, второй – для отрицательного. В третьей фазе, которая условно называется неуправляемой, значение тока равно сумме значений тока в первых двух фазах (управляемых). При такой схеме, напряжение одной фазы все время будет присутствовать на двигателе.

Более функциональным является регулирование напряжения в трех фазах. В данном случае можно строить различные кривые разгона, управлять моментом, реализовать функцию энергосбережения.

При пуске сигнал приходит на тиристоры таким образом, чтобы проходила только последняя часть каждого полупериода синусоидального напряжения. Далее сигнал поступает все раньше, в соответствии с установленным временем разгона, и все большее напряжение будет проходить через тиристоры. В конце концов сигнал отправляется точно после прохождения нуля, после чего через тиристоры проходит уже полное напряжения. После разгона, тиристоры находятся в открытом состоянии, а сетевое напряжение приходит на клеммы двигателя.

При плавном останове происходит обратный процесс. Изначально тиристоры пропускают полное напряжение, а при начале останова уменьшают его в соответствии с установленным временем.

Помимо тиристорных модулей и платы управления, устройство плавного пуска может иметь также встроенное реле перегрузки, измерительные трансформаторы тока, термисторную защиту, дисплей и клавиатуру, радиатор и вентиляторы, интерфейсы связи.

Многие устройство плавного пуска имеют встроенный байпасный контактор в главной цепи, что является вообще отличительной особенностью данного вида устройств. Если встроенный байпас не предусмотрен, то рекомендуется использовать обычные внешние контакторы.

Байпас – это шунтирующий, обходной путь, создаваемый в обход некоторых участков или элементов электрической цепи.

Байпасный контактор применяется для подключения двигателя напрямую к питающей сети, по окончанию процесса запуска, после того, как УПП разгонит двигатель на номинальные обороты и необходимость в нем отпадает. При торможении, контактор отключится и двигатель снова подключается к устройству плавного пуска.

Такая схема связана с тем, что при работе устройства плавного пуска его силовые элементы, в частности тиристоры, сильно нагреваются, что приводит, во первых, к выделению тепла, которое необходимо где-то рассеивать, а во вторых, к преждевременному выходу их из строя. Можно конечно использовать дополнительный теплоотвод (радиаторы, вентиляторы), но это ведет к увеличению габаритных размеров, цены. А так, как софт-стартер нужен только в момент запуска, то получается, что проще будет вывести его из работы на то время, пока двигатель работает в номинальном режиме.

Выбор устройства плавного пуска

При выборе УПП определяющим является номинальный ток двигателя и условия запуска.

При легком и нормальном пуске, например, при работе с центробежными насосами, компрессорами, мощность УПП выбирается такой же, как и мощность подключаемого двигателя, можно с небольшим запасом.

При тяжелом пуске под нагрузкой, или повышенной частоте запусков, желательно выбирать более мощный УПП, на один типоразмер больше. Также это относится к работе устройств в условиях тяжелой эксплуатации, в частности повышенной температуры окружающей среды.

Повышенной частотой запусков считается более 10 запусков в час.

На этот показатель влияют несколько факторов, таких как ток нагрузки, температура, время пуска и коэффициент продолжительности включения, который определяет, как долго УПП работает, по сравнению с общим временем цикла.

Ниже в таблице приведены режимы пуска, в зависимости от типа нагрузки. Эти данные подойдут для предварительного выбора, для более точного подбора оборудования, рекомендую воспользоваться программами конфигураторами для выбора устройств плавного пуска, такими например, как ABB ProSoft, или Win-Soft Starter для Siemens.

Подключение устройства плавного пуска

Существуют две схемы подключения устройств. В первую очередь это линейное подключение, которое можно сказать, является стандартным и подключение внутри треугольника. Сразу надо уточнить, что по второй схеме можно подключать не все устройства плавного пуска.

Линейный способ подключения наиболее распространенный, все устройства в цепи (коммутационные аппараты защиты, разъединения) в данном случае подключаются просто последовательно с УПП. Двигатель может быть подключен по схеме «звезда» или «треугольник».

В схеме подключения внутри треугольника фазы устройства плавного пуска соединяются последовательно с отдельными обмотками двигателя. Когда УПП находится внутри треугольника, через него проходит только 58 % от номиналь-
ного тока. Поэтому в данном случае, для экономии, можно уменьшить типоразмер устройства. Но при этом придется использовать для соединения УПП и двигателя 6 проводников, в отличии от линейной схемы, где необходимо 3 провода.

Важно учитывать, что при подключении внутри треугольника нельзя использовать устройства плавного пуска, которые регулируют напряжение только в двух фазах из трех.

В остальном подключение софт стартера не сильно отличается от подключения того же частотного преобразователя.

Питание на входные силовые клеммы R,S,T, которые могут быть также обозначены как L1,L2,L3 и шунтирующий контактор КМ, приходит с автоматического выключателя QF, вместо которого могут также использоваться предохранители.

Двигатель подключается к выходным силовым клеммам U,V,W.

После плавного пуска двигателя, софт стартер отключится, с клемм 1 и 2 поступает сигнал на катушку байпасного контактора, силовые контакты КМ замкнутся и двигатель будет работать напрямую от сети.

Клеммы 7,8,9 и 10 относятся к цепям ручного запуска и останова УПП. Кнопка Пуск подключается на 9 клемму, кнопка Стоп на 8. На 7 клемму подключена кнопка аварийного останова (грибок). Плавный пуск электродвигателя начинается при кратковременном нажатии кнопки Пуск, а при нажатии Стоп, начинается процесс останова. Аварийный стоп обеспечивает мгновенный останов двигателя.

Программируемый релейный выход 3 и 4 можно использовать для вывода статуса состояния УПП (работа, готовность, неисправность, разгон). В настройках можно задать временную задержку на срабатывание.

Аналоговый выход 11,12 можно использовать для измерения действующего значения тока двигателя. Может подключаться к внешнему амперметру.

Настройка устройства плавного пуска

После того, как все электрические цепи будут подключены, для корректной работы УПП необходимо еще задать некоторые настройки, которые зависят от типа нагрузки, характеристик двигателя, длительности нагрузки на двигатель и т. д.

Настраиваемых параметров в УПП обычно довольно много, но из основных можно выделить:

Примерные значения данных параметрах представлены в таблице, но для каждого отдельного случая, возможно, эти настройки придется скорректировать.

Источник

Как выбрать устройство плавного пуска — общие сведения, производители

Работа любых двигателей сопряжена с возникновением в сети пусковых токов, которые могут в разы превышать рабочие величины. Такая ситуация несет существенную угрозу и для обмоток электродвигателя, и для питающей ее линии. Помочь решить вопрос может специальное приспособление, которое предотвращает скачкообразное нарастание. Поэтому далее мы рассмотрим, как выбрать устройство плавного пуска для подключения разнообразного оборудования.

Общие сведения об УПП

Современные устройства плавного пуска обеспечивают не только постепенное нарастание токовой нагрузки, но и ряд других полезных функций: контроль параметров подключенного электрического двигателя, изменение условий остановки, защитное отключение при перегрузке и многое другое. Конструктивно устройство плавного пуска представляет собой полупроводниковые элементы, способные переходить в открытое или закрытое состояние, ограничивая нагрузку. Дополнительно они могут комплектоваться силовыми контактами, дисплеями, расцепителями и другими компонентами.

Применение устройств плавного пуска электродвигателей необходимо применять в следующих ситуациях:

Если в ваших сетях присутствует хотя бы один из факторов, вам понадобится устройство плавного запуска, от которого будет зависеть надежность и устойчивость функционирования всей системы. Ярким примером выступает пуск прокатного станка, схема УПП такого приведена ниже:

Рис. 1. Применение устройства плавного пуска

Устройство плавного пуска устанавливается перед электрической машиной, чтобы контролировать ток в обмотках двигателя. Как видите из токовой и частотной диаграммы ниже, частота набирается постепенно, как и ток создает несколько скачков, но не более предела, установленного на устройстве плавного пуска.

Выбор такого ответственного узла следует осуществлять среди проверенных производителей.

Лучшие производители

Главное требование к устройству плавного пуска – надежность и длительность эксплуатации. Поэтому выбирая конкретную модель, важно определиться с наиболее популярными производителями, их перечень приведен в таблице ниже:

Таблица 1: сравнение производителей устройств плавного пуска

Основные критерии выбора

Плавный пуск можно реализовать различными способами и темпами нарастания электротока. Поэтому первое, от чего нужно отталкиваться – параметры работы асинхронных электродвигателей.

Среди них вам пригодятся:

Также важно определять количество включений за единицу времени, в среднем, устройство плавного пуска необходимо при 2 – 3 манипуляциях за час. Тогда затраты на приобретение и установку однозначно окупятся за счет экономии моторесурса трехфазного электродвигателя.

Выбор по классификации пуска

Следующим критерием для выбора устройства плавного запуска будет степень тяжести запускаемого агрегата.

Согласно принятой классификации выделяют три категории:

Расчет категории выполняется путем деления тока при запуске на рабочий ток в номинальном режиме. Если величина перегрузки окажется слишком большой, то помимо мягкого пуска вам нужно будет использовать еще и частотное регулирование.

Способ управления

В зависимости от способа включения и отключения устройства плавного запуска они подразделяются на аналоговые и цифровые. Сегодня на рынке практически невозможно приобрести аналоговый УПП, так как производители используют электронику. Аналоговое устройство функционирует посредством потенциометра и переключателя. За основу цифрового взято микроконтроллер, оценивающий текущую ситуацию в сети и подающий управляющие команды.

Цифровые модели оснащаются всевозможными анализаторами, системами контроля рабочих параметров, защитами и т.д. Некоторые из них оснащаются функцией удаленного доступа и все процессы можно видеть и регулировать с помощью мобильного приложения.

Рис. 3. Цифровое устройство плавного пуска с программируемыми функциями

Отдельно обратите внимание на следующие функции, которые могут вам пригодиться для реализации тех или иных технологических операций:

Функция шунтирования

При постоянной работе электродвигателя, устройство плавного запуска воспринимает его рабочую нагрузку, пропуская через основную линию. От этого полупроводниковый переход подвергается преждевременному изнашиванию, что обуславливает сокращение срока службы. Для предотвращения подобного эффекта после запуска электрического мотора происходит шунтирование устройства плавного пуска контактами пускателя.

Такая опция актуальна для электрических машин с большими номиналами рабочих токов. Некоторые модели устройств плавного запуска укомплектованы такими контакторами с завода, для других шунт устанавливается отдельно, пример раздельной установки показан на рисунке ниже:

Рис. 4. Устройство плавного пуска с отдельными контакторами

После шунтирования питание на электрическую машину будет подаваться напрямую от сети.

Количество фаз

По числу фаз устройство плавного пуска подразделяется на двухфазные и трехфазные, в каждом из них задействуется две или три фазы соответственно. В первом варианте пуск осуществляется через две фазы, а третью подключают к электрической машине напрямую. Недостатком двухфазных моделей для плавного пуска является несимметричность системы, но такие устройства обладают более низкой ценой и меньшими габаритами.

Трехфазные агрегаты плавного пуска более дорогие, но их работа полностью симметрична, их применение оправдано для процессов с частыми коммутациями и тяжелой нагрузкой.

Существует категория компактных устройств, работающих напрямую от бытовой сети. Они предназначены для пуска маломощный домашних установок.

Источник

Схема работы устройства плавного пуска, его назначение и конструкция

Электрические двигатели являются простыми и надежными машинами, но имеют и некоторые недостатки, которые усложняют их использование. В частности, при запуске такие устройства имеют высокие значения потребляемого тока и без специальных устройств запускаются с рывком из-за несогласованности крутящего момента двигателя и нагрузки на его валу. Дополнительными приборами, которые обеспечивают плавную работу двигателя при запуске и позволяют снизить пусковые токи называют устройствами плавного пуска.

Что такое устройство плавного пуска

Устройство плавного пуска (УПП) – это электротехнический прибор, который применяется в работе асинхронных двигателей и позволяет контролировать и управлять его запуском и параметрами для безопасной работы в сети переменного тока. Такое устройство снижает воздействие на двигатель ряда негативных факторов, в том числе уменьшает вероятность повышенного нагрева двигателя, устраняет рывки, обеспечивая плавный запуск и выход на рабочую нагрузку. Также устройства плавного пуска снижают негативное влияние на электрическую сеть посредством уменьшения пусковых токов электродвигателя.

Часто устройство плавного пуска электротехнические специалисты и люди, связанные с работой электродвигателей, называют такие приборы «мягкими пускателями». Это связано с тем, что на английском языке (а большинство качественных устройств – импортного производства) эти устройства называются «soft starter», что и означает «мягкий пускатель».

Плавный пуск электродвигателей с помощью преобразователей частоты и мягких пускателей позволяет решать большое количество задач и управлять работой электродвигателя в широких пределах его параметров. Особенно часто УПП применяют при работе в условиях тяжелого пуска (с большой инерцией или запуском под нагрузкой с четырехкратными пусковыми токами, с разгоном двигателя не менее 30 секунд) и особо тяжелого пуска (при шести или восьмикратных значения пусковых токов и большим временем разгона двигателя).

Также УПП применяют при сниженной или ограниченной мощности электрической сети, когда пусковые токи могут создавать значительные перегрузки в сети, в том числе с влиянием на автоматическое защитное оборудование, которое при высоких значениях пускового тока, даже кратковременного воздействия, отключает питание.

Сфера применения устройств плавного пуска достаточно обширна: их применяют в работе насосных агрегатов, в вентиляционном и компрессорном оборудовании, на электродвигателях тяжелых производств и в строительстве, в дробильном оборудовании, на конвейерах, эскалаторах и в других механизмах и оборудовании.

Принцип работы

Главный минус электродвигателей асинхронного типа – это то, что момент силы на валу пропорционален квадрату напряжения, которое приложено к электродвигателю. Это создает сильные рывки при запусках и в момент прекращения работы, что также повышает значения индукционного тока.

Устройства плавного пуска могут быть механическими и электрическими, а также комбинированными сочетая в себе положительные черты обоих устройств.

Механические устройства плавного пуска работают по принципу противодействия резкому увеличению оборотов электродвигателя влияя на его ротор механическим способом при помощи тормозных колодок, различных муфт, противовесов, магнитных блокираторов и прочих механизмов. Такие механизмы в последнее время применяются не часто, так как есть более совершенные устройства электрического управления.

Электрические УПП постепенно повышают ток или напряжение от опорного уровня до максимального, что позволяет плавно наращивать обороты электродвигателя и снизить нагрузки и пусковые токи. Чаще всего электрические устройства плавного пуска управляются электронным способом при помощи компьютерных систем или электронных приборов, что позволяет изменять параметры запуска и контролировать динамические характеристики. Мягкие пускатели позволяют изменять режимы работы электродвигателя в зависимости от приложенной нагрузки и позволяют реализовать ту или иную зависимость между скоростью вращения вала и напряжением.

Принцип работы электрических устройств основывается на двух методах:

По способу регулировки также различают одно-, двух и трехфазные устройства. УПП с регулировкой напряжения по одной фазе применяют для оборудования до 10 кВт, положительные моменты при таком регулировании – это снижение динамических ударов и рывков при старте, негативные – несимметричная нагрузка при запуске и большие пусковые токи. Мягкие пускатели с регулировкой по двум фазам позволяют снизить пусковые токи и нагрев двигателя при старте и используются в условиях среднетяжелого пуска. Трехфазные устройства плавного пуска значительно снижают пусковые токи и позволяют плавно останавливать электродвигатель, а также обеспечивать аварийное отключение. Такие устройства применяют при тяжелом пуске со значительной нагрузкой, а также с частыми включениями/отключениями двигателя.

Схема подключения электродвигателя к УПП

Для того, чтобы подключить устройство плавного пуска к электродвигателю и питающей сети следует руководствоваться инструкцией на данный тип прибора, там будут указаны все важные аспекты при подключении: последовательность цепи, выводы заземления и нейтрали, а также правильная наладка пуска, разгона и торможения. Но в целом, существуют стандартные способы подключения, которые подходят для большинства устройств плавного пуска.

Каждое УПП имеет контакта на входе и столько же на выходе для подключения фаз, систему управления пуском и остановкой (кнопки ПУСК, СТОП), другие кнопки и контакты управления. К устройству подводят питающие кабели на входные клеммы (обычно это обозначения L1, L2, L3), а от выводных клемм (обозначения T1, T2, T3) подключают электродвигатель. При этом важно подключать УПП к сети через вводной автомат защиты и использовать при подключении двигателя к устройству плавного пуска и самого УПП к сети кабели с номинальным сечением, соответствующем предельному значению тока двигателя.

Некоторые устройства могут управляться не только с переключателей и устройств управления на самом приборе, но и через контакты реле или контроллера – это усложняет схему подключения прибора, но расширяет его возможности.

Источник