Как выбрать устройство плавного пуска?

Что такое устройство плавного пуска?

Прежде всего простыми словами объясним, что такое устройство плавного пуска.

Устройства плавного пуска не изменяют частоту вращения двигателя, как это делает преобразователь частоты. Вместо этого они плавно увеличивают напряжение, которое подается на двигатель, от начального значения до полного.

В начале пуска напряжение на двигателе настолько мало, что можно регулировать только зазор между зубчатыми колесами или натяжение приводных ремней и т. д., что позволяет избежать резких рывков при пуске.

Постепенно напряжение и крутящий момент увеличиваются, а оборудование начинает ускоряться. Одним из преимуществ этого метода пуска является возможность точной регулировки крутящего момента в зависимости от потребностей и наличия или отсутствия нагрузки.

Использование устройства плавного пуска позволяет уменьшить пусковой ток и тем самым избежать просадки напряжения в сети. Также при этом уменьшается пусковой крутящий момент и механические воздействия на оборудование, что снижает необходимость в обслуживании и ремонте механики.

Как и частотные преобразователи, некоторые устройства плавного пуска могут выполнять плавную остановку, устраняя гидроудар и скачки давления в насосных системах, а также позволяя избежать повреждения хрупкого материала на ленточных конвейерах.

Как выбрать устройство плавного пуска?

Устройство плавного пуска (УПП или софтстартер) выбирается главным образом по номинальному току электродвигателя, с учетом запаса мощности 10–20% или больше в зависимости от нагрузки и частоты вращения, типа нагрузки (легкий или тяжелый пуск), количества пусков в час и условий окружающей среды.

Не менее важными являются диапазон напряжения питания, питание цепей управления устройства плавного пуска, а также встроенные функциональные и конструктивные возможности.

Более подробно разберем все важные пункты подбора устройства плавного пуска на примере известных производителей ABB, Siemens, Schneider Electric:

1. Определение электрических параметров питающей сети и электродвигателя

Во-первых, УПП должно соответствовать напряжению вашей питающей сети, например 400 В. Во-вторых, устройство должно быть рассчитано на ток, который превышает номинальный рабочий ток вашего электродвигателя, указанный на фирменной табличке или в паспорте двигателя.

Выбирайте софтстартер сразу с запасом 10–20% от номинального тока, чтобы избежать перегрева полупроводниковых элементов (тиристоров), что особенно критично для двухполюсных двигателей с частотой вращения 3000 об/мин, где даже разгон на холостом ходу без нагрузки вызывает больший пусковой ток, чем у двигателей 1500 или меньше оборотов в минуту.

2. Тип пуска и характер нагрузки

В зависимости от того, с каким механизмом работает двигатель, пусковой момент бывает двух типов:

• Легкий пуск — например, центробежные насосы, воздушные компрессоры, вентиляторы, короткие конвейерные ленты и т. д. В подавляющем большинстве случаев достаточно УПП, номинальная мощность которого равна мощности самого двигателя. Но возможны исключения, если, например, двигатель имеет 3000 об/мин или количество пусков в час больше 10. Тогда нужно выбирать устройство плавного пуска выше на одну или больше ступеней по мощности, чем двигатель.
• Тяжелый пуск — это механизмы, которые требуют значительных усилий для разгона: длинные конвейерные ленты, дробилки, миксеры, мельницы, центробежные вентиляторы с высокой инерцией. В таких случаях нужно брать устройство с номинальной мощностью, превышающей мощность вашего электродвигателя, учитывая также количество пусков в час, либо выбирать специализированные модели с поддержкой управления крутящим моментом.

3. Интенсивность использования и количество пусков

Обратите внимание на то, как часто будет запускаться двигатель. Если оборудование запускается не чаще 2–5 раз в час, то в таком случае стандартное УПП, подобранное с небольшим запасом по току, отлично справится со своей работой.

Если пусков больше 10 в час, тиристоры устройства не будут успевать охлаждаться, поэтому для таких условий необходимо увеличивать мощность плавного пуска или иногда экономически целесообразнее рассматривать частотные преобразователи, поскольку они лучше справляются с частыми пусками без риска перегрева.

4. Условия окружающей среды

Электронные компоненты УПП очень чувствительны к температурному режиму, поэтому перед покупкой убедитесь, что класс защиты корпуса (IP) и температурные ограничения устройства соответствуют вашему рабочему помещению или улице.

Подавляющее большинство устройств плавного пуска имеют невысокую степень защиты корпуса, поэтому их необходимо устанавливать в защищенный шкаф с необходимой вентиляцией. В устройствах плавного пуска PSTX производства компании ABB в комплекте есть съемная панель управления со степенью защиты IP66 и необходимый монтажный комплект с кабелем, которую легко можно вынести на дверцу шкафа управления.

5. Питание цепей управления

Это вспомогательное напряжение, которое подается на электронные компоненты устройства плавного пуска, обычно на печатную плату управления, которая в дальнейшем служит для управления командами пуска и остановки двигателя.

Различают главным образом два вида напряжения цепей управления: 24 В постоянного тока, например PSR30-600-11, и 100–250 В переменного тока, например PSR30-600-70. Большинство УПП имеют встроенный механизм контроля напряжения цепей управления.

6. Конструктивные и функциональные особенности

Данный пункт чрезвычайно широкий и начинается с понимания принципа работы УПП и его компонентов.

Устройство плавного пуска состоит из нескольких основных компонентов: тиристоров, которые могут регулировать напряжение, подаваемое на двигатель, а также блока печатных плат (PCBA), который используется для управления тиристорами. Кроме этого, устройство оснащено радиатором и вентиляторами, которые рассеивают тепло, трансформаторами тока для измерения тока и, в некоторых случаях, дисплеем и клавиатурой, а также собственно корпусом.

Устройство плавного пуска имеет два встречно направленных тиристора, установленных в каждой фазе. Это касается только более дорогих моделей: ABB PSTX, Siemens 3RW52 или 3RW55, Schneider ATS22 или ATS480. Во всех остальных сериях тиристоры встроены либо в двух, либо даже в одной фазе из трех.

Тиристоры являются полупроводниковыми электронными ключами и имеют два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние — состояние высокой проводимости, при котором они пропускают ток.

При организации плавного пуска сигнал пуска отправляется на тиристоры таким образом, чтобы проходила последняя часть каждого полупериода синусоидального напряжения. Во время пуска сигнал пуска отправляется все раньше и раньше, позволяя все большей части напряжения проходить через тиристоры.

В итоге сигнал пуска отправляется точно после прохождения нуля, после чего проходит 100% напряжения. Поскольку через тиристоры проходит все больше и больше напряжения, данный процесс можно рассматривать как нарастание напряжения от начального значения до полного в зависимости от установленного времени разгона.

После окончания разгона устройство плавного пуска через встроенные шунтирующие силовые контакты тиристоров, которые есть в ABB, Siemens, Schneider, переключает двигатель на питание от сети с последующим контролем. У некоторых других производителей такие контакты отсутствуют, поэтому нужен дополнительный обходной контактор и сопутствующее оборудование, что не очень удобно в использовании.

При выполнении плавной остановки происходит обратный процесс. В начальный момент времени через тиристоры проходит полное напряжение, а после подачи команды на остановку двигателя сигнал отправляется все позже и позже, за счет чего через тиристоры проходит все меньше и меньше напряжения, вплоть до конечного значения.

Отсюда следует одна из главных конструктивных особенностей — управление, например, по двум фазам из трех. Это означает, что одна фаза не управляется устройством плавного пуска, а ток или напряжение не регулируются в этой фазе. Поскольку одна фаза не регулируется, ток через нее проходит даже без подачи сигнала пуска на устройство плавного пуска.

Даже если для предотвращения данного режима будет использоваться линейный контактор, ток при пуске не будет снижаться, а его снижение является, пожалуй, самым важным преимуществом использования устройства плавного пуска. Поэтому, если главной целью установки устройства плавного пуска является уменьшение пусковых токов и симметричность токов, выбирайте только устройство плавного пуска с тиристорами в каждой фазе.

Другой конструктивной особенностью, на которую обязательно нужно обращать внимание, является наличие встроенных шунтирующих (байпасных) контактов. Без них устройство плавного пуска не сможет полноценно функционировать, и нужно дополнительно докупать контактор, провода и все остальное для организации переключения двигателя напрямую в сеть после окончания разгона. Кроме того, устройство плавного пуска без встроенных шунтирующих контактов несколько теряет мощность.

Что касается функциональных особенностей, здесь все индивидуально. Но главное — есть ли встроенные защитные функции как самого устройства плавного пуска, так и двигателя. Ведь многие устройства плавного пуска не имеют защитных механизмов, например бюджетные модели PSR ABB, SIRIUS 3RW30 Siemens или ATS01 Schneider Electric, и для защиты понадобится дополнительное внешнее оборудование.

Также приведем некоторые основные функциональные возможности: время плавного пуска и остановки двигателя; начальное стартовое и конечное напряжение; регулируемый номинальный ток двигателя; управление крутящим моментом двигателя; регулируемое ограничение пускового тока; электронная защита от перегрузки и недогрузки; защита от низкого коэффициента мощности; защита от блокировки ротора двигателя; защита от асимметрии токов или напряжения; защита от неправильного чередования фаз; прогрев электродвигателя перед пуском; защита от повышенного или пониженного напряжения питания; защита от утечки на землю и другие функции.

Более подробно по описанным функциям или необходимым возможностям для вашего конкретного применения стоит обращаться к профессиональным специалистам по электроприводу.