Настройка устройства плавного пуска
Установка и подключение устройства плавного пуска (УПП) обычно не вызывает особых затруднений. Но надежность работы УПП зависит не только от схемы подключения, но и от его правильной настройки.
Софтстартеры различных производителей имеют разную номенклатуру настроек. В простейших моделях может быть два-три регулятора. Дорогие УПП большой мощности могут оснащаться панелью управления с ЖК-экраном и по количеству пунктов меню настроек напоминают преобразователи частоты. Рассмотрим настройки, которые встречаются в большинстве моделей устройств плавного пуска.
Время разгона
Это время, которое дается двигателю, чтобы разогнаться до номинальной скорости. Обычно значение времени разгона устанавливается равным 5-20 с. Меньшее время сводит на нет преимущества использования софтстартера, увеличивая пусковой ток и нагрузку на механику привода; большее время может понадобиться при высокоинерционной нагрузке. Увеличенное время разгона устанавливать не рекомендуется, поскольку это может привести к перегреву тиристоров устройства плавного пуска, особенно при частых пусках.
Время замедления
Этот параметр позволяет увеличить время остановки двигателя, сделав ее более плавной. Данная функция может быть полезна, например, при использовании УПП в приводе конвейера.
Стоит отметить, что речь идет не о торможении, когда время остановки оказывается меньше, чем при свободном выбеге. Устройство плавного пуска обеспечивает лишь замедление (плавный выбег), превышающее по продолжительности свободный выбег. Перед настройкой этого параметра необходимо измерить время свободного выбега, поскольку, если оно окажется больше установленного времени замедления, данная функция не будет иметь смысла. Если же время замедления установить слишком большим, это приведет к необоснованному нагреву тиристоров УПП.
Минимальное напряжение пуска
При напряжениях ниже определенного порога электродвигатель имеет низкий момент и не может начать вращение. Поэтому напряжение, с которого начинается разгон, не может быть нулевым. Для гарантированного пуска приводов насосов и вентиляторов начальное напряжение обычно устанавливают не ниже 40% от номинального. Для конвейерных линий и других применений, где требуется высокий пусковой момент, начальное напряжение может быть установлено на уровне 70% от номинала.
Параметры защиты
Данные параметры отвечают за защиту двигателя и устройства плавного пуска от перегрузки, перегрева и других проблем. В бюджетных моделях они не встречаются — в этом случае о защите оборудования пользователь должен позаботиться сам.
Ток двигателя
Обычно ток двигателя меньше либо равен номинальному току УПП. Этот параметр настраивается в процентах и может быть установлен в пределах от 50% до 130% в зависимости от модели софтстартера. На основе измерения тока двигателя обеспечивается защита привода от перегрузки в установившемся режиме (на номинальной скорости).
Ограничение тока
Этот параметр (Current Limit) обычно рассчитывается в процентном отношении от тока двигателя. Поскольку ток двигателя при пуске всегда больше номинального, ограничение тока устанавливают на уровне не менее 150%.
В некоторых моделях максимальное ограничение может быть установлено на значении 500%. В этом случае особое внимание следует обратить на время разгона (его нужно по возможности увеличить, а значение параметра ограничения уменьшить), а также на тепловой режим электродвигателя и устройства плавного пуска.
Характеристика защиты двигателя
Этот параметр (Trip class) характеризует уровень защиты нагрузки от перегрузки. Стандартные значения параметра:
- Class 10 – нормальный пуск. Условия разгона привода: время разгона — до 20 с, ограничение тока — до 350%. Примеры применения: насосы, компрессоры, небольшие вентиляторы. Мощность софтстартера устанавливается равной мощности двигателя.
- Class 20 – средний пуск. При таком уровне защиты разгон привода до номинальной скорости требует больше времени – до 40 с. Примеры: центрифуги, мощные вентиляторы, обрабатывающие станки. Мощность УПП рекомендуется выбирать на ступень больше.
- Class 30 – тяжелый пуск. В этих условиях при ограничении тока 350% время разгона достигает 60 с. Примеры: дробилки, мельницы. Мощность устройства плавного пуска должна быть на ступень больше мощности двигателя, а шкаф, в котором установлено УПП, должен иметь принудительную вентиляцию.
Превышение времени пуска
Этим параметром (Excess Start Time) контролируется время разгона электродвигателя. В случае, если ток двигателя не перестал ограничиваться, а время разгона вышло, следует ошибка. После этого необходимо увеличить значение данного параметра, повысить время разгона или увеличить уровень ограничения тока.
Правильной настройкой превышения времени пуска обеспечивается дополнительная защита софтстартера и электродвигателя при тяжелом пуске.
Защиты по питанию
Такими защитами являются:
- Тепловая защита УПП и двигателя. Температура двигателя контролируется встроенным термистором, который подключается к специальным клеммам устройства плавного пуска.
- Защита от перекоса и обрыва фазы.
- Защита от пониженного и повышенного напряжения.
- Защита от короткого замыкания на выходе.
Благодаря системе диагностики можно выяснить причину срабатывания защиты и либо провести дополнительную настройку, либо устранить неисправность. Кроме того, рекомендуется использовать дополнительную защиту. Например, от перегрузки и короткого замыкания защитит автомат защиты двигателя, установленный на силовом входе УПП.
При проведении настройки устройства плавного пуска необходимо обращаться к руководству по эксплуатации. В процессе пусконаладочных работ настройки УПП обычно корректируются.
Как правильно выбрать устройство плавного пуска для электродвигателя
Плавный пуск используется для ограничения броска тока (высокого тока за короткое время) при включении электроприборов.
Плавный пуск применяются в системе электропитания мощных устройств, в частности электродвигателей (особенно с короткозамкнутым ротором), галогенных ламп, источников питания, выпрямителей, содержащих конденсаторы большой емкости и других устройств, способных потреблять ток, во много раз превышающий номинальный на момент запуска. Бросок тока грозит перегрузкой сети и может привести к срабатыванию защиты от перегрузки по току.
Устройство плавного пуска SIRIUS 3RW40 для стандартного применения для плавного пуска и торможения трехфазных асинхронных двигателей
Устройства плавного пуска раньше изготавливались с использованием пассивных резистивных и индуктивных элементов, последовательно подключаемых к цепи тока с помощью ручных переключателей, электромагнитных реле, пускателей или контакторов. В настоящее время они реализуются силовыми электронными системами с микропроцессорным управлением.
Устройства плавного пуска электродвигателя (УПП, Soft starter) позволяют отнюдь не только снизить пусковой ток в момент старта. Они также способны обеспечивать контроль перегрузок, тем самым продлевая срок службы оборудования, и управлять его остановкой с максимальным быстродействием, что тоже немаловажно (смотрите — Зачем нужен плавный пуск электродвигателя).
Электронная система устройств плавного пуска короткозамкнутых асинхронных двигателей состоит из силового электронного модуля, выполненного на базе тиристоров или симисторов и системы переключения тиристоров в нужный момент фазы в зависимости от потребляемого тока или первоначальных настроек максимального пускового тока.
Когда устройство плавного пуска получает команду на пуск, оно изначально оставляет более низкое напряжение, чем напряжение, для на котором работает электродвигатель. Затем напряжение автоматически увеличивается до тех пор, пока электродвигатель не получит правильное рабочее напряжение.
Можно установить подходящее время для изменения напряжения от заданного к рабочему. Для плавного пуска большого и тяжело загруженного двигателя часто требуется больше времени. Двигатель меньшего размера можно запустить быстрее.
По сути, УПП — это современные тиристорные регуляторы напряжения с микропроцессорным управлением.
Критерии, которые необходимо учитывать при выборе УПП
В первую очередь, при выборе устройства плавного пуска, следует обращать внимание на максимальный ток электродвигателя при наибольшей нагрузке, максимальное число пусков в течение часа, и на значение напряжения питания.
Грубо режимы работы устройств плавного пуска, по значению пускового тока, можно разделить на следующие три:
- Легкий. Величина пускового тока не превышает трехкратного значения номинала, и время пуска не превышает 20 секунд. В легким режиме можно осуществлять пуск: винтовых и центробежных компрессоров, центробежных вентиляторов, насосов, приводов конвейеров, различных сверлильных и токарных станков.
- Тяжелый. Пусковой ток достигает 4,5 значений номинала. Это касается устройств со значительным моментом инерции, пуск которых продолжается до 30 секунд. Это компрессоры под нагрузкой, роторные дробилки, вертикальные конвейеры, лебедки, пилорамы, прессы, цементные насосы и т.п.
- Особо тяжелый. В этом режиме пусковой ток более чем в 6 раз может превышать номинал, при этом разгон может занимать весьма продолжительное время. Сюда относятся: шнековые дробилки, поршневые насосы, различные центрифуги, шаровые мельницы, ленточные пилы, вентиляторы высокого давления под нагрузкой, сепараторы для жидкостей и т.п.
Далее рассмотрим всевозможные характеристики устройств плавного пуска, их функции, на наличие или отсутствие которых следует обратить внимание при выборе той или иной модели для решения конкретной, заранее известной задачи.
Немаловажной характеристикой устройства плавного пуска является его способность контролировать ток. В простых устройствах напряжение постепенно повышается, пока не будет достигнуто его номинальное значение, и этого обычно достаточно для легких пусковых режимов.
Однако в некоторых случаях важно ограничить непосредственно мощность, что особенно актуально при использовании маломощных генераторов или слабых линий, где есть риск аварии даже от кратковременного превышения критической мощности.
Следующим критерием выбора можно назвать функцию шунтирования, то есть отключение пускового блока от силовой цепи посредством срабатывания контактора, чтобы по завершении стадии пуска рабочий ток тек не через устройство, а напрямую к нагрузке, дабы не перегревать симисторы пускового устройства.
Это актуально для мощных нагрузок. Иногда функция контактора встроена, иногда – требуется внешний контактор, срабатывающий от подающегося на него сигнала.
Схема подключения УПП
Типовая схема подключения устройства плавного пуска для одного направления вращения с сетевым и байпасным контакторами приведена на рис унке . Устройство выполнено на базе тиристорного регулятора напряжения.
Схема подключения устройства плавного пуска для одного направления вращения двигателя
По количеству фаз регулирования устройства плавного пуска бывают трехфазными и двухфазными. Двухфазные меньше по габаритам и дешевле, они подходят для легких режимов. Однако для частых пусков лучше и надежней применять непосредственно трехфазные, обеспечивающие полную симметрию режимов работы всех трех фаз.
По способу управления пусковые устройства делятся на аналоговые и цифровые.
Цифровые имеют более гибкое управление и легко предоставляют множество дополнительных защитных функций, в то время как аналоговые ограничены по функционалу, управляются потенциометрами, а внешние системы управления требуют подключения дополнительных узлов.
Электронная защита от перегрузки – немаловажная составляющая любого устройства плавного пуска. В дополнение может быть включена защита по превышению времени пуска, защита от перекоса фаз, изменения чередования фаз, от пониженного тока, от снижения частоты сети и т.д.
В некоторых моделях доступно подключение встроенного в обмотку двигателя термистора. Важно при этом не пренебрегать вводными автоматами чтобы защитить устройство в случае короткого замыкания.
Встречаются модели с возможностью пуска двигателя на пониженной скорости за счет псевдочастотного регулирования, когда несколько пониженных скоростей заранее заданы в устройстве и не могут корректироваться. Работа в этих режимах ограничена по времени и функция служит лишь для отладки оборудования перед началом эксплуатации.
Многие модели имеют функцию торможения, когда на обмотку двигателя подается постоянное напряжение (динамическое торможение). Это необходимо для систем с активной нагрузкой, как то: наклонные транспортеры или подъемники, где при отсутствии тормоза движение системы продолжится, что часто не является желательным.
Для некоторых механизмов полезен толчковый пуск, это функция кратковременной подачи полного сетевого напряжения для сталкивания механизма с места, чтобы дальше можно было вести плавный разгон. Эта дополнительная функция встречается в некоторых моделях устройств плавного пуска.
Для насосно-вентиляторного оборудования бывает полезной функция снижения напряжения питания при малой нагрузке, причем это не нанесет ущерба нормальной работе механизма.
Таким образом, подход к выбору устройства плавного пуска может быть основан на сопоставлении конкретных требований с представленными выше критериями. Нередко поставщики предоставляют программу выбора устройства по примерным расчетным алгоритмам, что также облегчает выбор.
Главными показателями, тем не менее, являются:
- количество пусков в час,
- длительность пуска,
- номинальный ток,
- требуемое ограничение тока,
- длительность остановки,
- возможность шунтирования,
- температура и другие условия окружающей рабочей среды.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Схемы подключения УПП
В данной статье мы рассмотрим различные схемы подключения устройств плавного пуска на примере УПП Prostar PRS2.
Софтстартеры выпускаются множеством производителей, и у всех есть свои особенности. Однако существуют общие принципы подключения, справедливые для любой модели УПП.
Все проводники, подключаемые к пускателю, можно разделить на силовые и управляющие. Силовые цепи отвечают за подачу питания. Управляющие цепи – это цепи включения/выключения (коммутации), сигнализации и т. п. Они обеспечивают не только запуск и остановку двигателя, но и защиту софтстартера в случае аварийных ситуаций.
Общая схема подключения устройства плавного пуска Prostar PRS2 имеет следующий вид:
Силовая часть
В силовую часть входят:
- Вводной автоматический выключатель QF
- Силовые тиристоры (на схеме не показаны, находятся внутри УПП)
- Обводной (шунтирующий) контактор КМ
- Асинхронный электродвигатель М
- Цепь питания катушки шунтирующего контактора (предохранитель FU и контакты внутреннего реле 01 и 02)
Напряжение на входные силовые контакты L1, L2, L3 и на контакты обводного контактора КМ подается через автоматический выключатель QF, который также используется для защиты устройства плавного пуска в случае перегрузки или внутреннего замыкания. Номинальный ток выключателя выбирается в соответствии с потребляемым током софтстартера.
Обводной контактор КМ включается при достижении двигателем максимальных оборотов (при полном открытии внутренних тиристоров УПП). Напряжение на катушку контактора поступает через специальные выходные контакты 01 и 02. На схеме показано, что питание подается на коммутацию через предохранитель FU с фазы L3. При замыкании контактов (выход полного напряжения) фаза L3 поступает на нижний по схеме вывод катушки контактора КМ. Верхний вывод может питаться фазой L1 (при напряжении катушки контактора 380В), либо может быть подключен к нейтральному проводу N (при напряжении 220В).
На катушку контактора может подаваться любое напряжение, например, 24В постоянного тока. Для этого нужен соответствующий источник питания, который будет коммутироваться через контакты 01 и 02 УПП. В таком случае в подключении к фазе L3 через предохранитель FU нет необходимости. Таблица по выбору контактора в зависимости от мощности двигателя приводится в инструкции к конкретной модели.
Нижние по схеме контакты шунтирующего контактора должны быть подключены только к соответствующим клеммам софтстартера А2, В2, С2, так как при включении режима шунтирования и выходе двигателя на полную мощность происходит контроль за током двигателя в целях его защиты от перегрузки.
Электродвигатель подключается через выходные силовые клеммы Т1, Т2, Т3 через кабель соответствующего сечения.
Управляющая часть
Рассмотрим работу управляющей части схемы подключения УПП.
Важный элемент здесь – входные клеммы цепи запуска и останова. Существует два вида схемы управления – 2-проводная и 3-проводная. Вид управления выбирается пользователем через панель управления.
Схема управления через два провода
На схеме показан ключ с фиксацией (переключатель) К. При замыкании его контактов УПП запускается, при размыкании начинается процесс плавного останова двигателя.
Контакт «Мгновенный стоп» в нормальном состоянии должен быть замкнут. Им показана аварийная цепь, например, кнопка «Аварийный останов», либо концевые выключатели открытия защитных ограждений. Как только эта цепь рвется, устройство плавного пуска аварийно останавливает двигатель.
Схема управления через три провода
В данном случае используются 3 провода, которые подключаются к контактам 8, 9, 10. При кратковременном нажатии кнопки «Пуск» (без фиксации) софтстартер начинает процесс разгона электродвигателя, при нажатии кнопки «Стоп» (также без фиксации) начинается процесс останова.
Запуск УПП также может быть произведен посредством промежуточного реле. Это целесообразно для исключения ложных срабатываний в случае длинных проводов управления или сложной помеховой обстановки.
Схема двухпроводного управления с использованием промежуточного реле КА показана ниже.
Обозначения на схеме: KS – переключатель «Пуск/Стоп» с фиксацией, КА – катушка и контакт реле. Нормально замкнутые контакты К – цепь мгновенного стопа, о которой говорилось выше.
Для удобства оператора на посту управления могут быть установлены две кнопки – «Пуск» и «Стоп». При размещении поста на значительном удалении от устройства плавного пуска может быть использовано промежуточное реле, как это показано на схеме ниже:
На рисунке представлена классическая схема включения и выключения реле с самоподхватом. Здесь также используется двухпроводная схема через контакты реле КА.
В устройстве плавного пуска Prostar PRS2 имеются и выходные клеммы (см. общую схему подключения):
- 01-02 – выход на байпас для управления шунтирующим контактором (было рассмотрено выше).
- 03-04 – программируемый выход. Включается при событии, которое может быть запрограмировано при настройке устройства плавного пуска.
- 05-06 – выход ошибки. Срабатывает при любой аварии УПП.
- 11-12 – аналоговый токовый выход для контроля тока электродвигателя.
У софтстартеров других производителей могут отличаться номера клемм, значения напряжений и пр. Уточнить нюансы подключения можно в инструкции к конкретной модели УПП.
Устройство плавного пуска для асинхронного двигателя
Асинхронные электрические машины с короткозамкнутым ротором имеют достаточно низкую стоимость, оптимальное соотношение “мощность-масса”. Их также отличает простота обслуживания и ремонта, надежность. Один из основных недостатков двигателей этой конструкции – увеличение тока в 5-10 раз при пуске. При этом величина напряжения в сети уменьшается. Для устранения нежелательных явлений применяют различные устройства и схемы подключения электродвигателей.
Необходимость плавного запуска
При плавном запуске асинхронного двигателя возможно снизить недостатки таких электрических машин и обеспечить:
- Снижение затрат на ремонт. Пусковые токи вызывают перегрев обмотки, что существенно снижает эксплуатационный ресурс машин.
- Отсутствие рывков. Резкий старт двигателя приводит к увеличению износа шестеренчатых передаточных механизмов, гидроударам в сети подачи жидкости, другим нежелательным последствиям.
- Снижение потребляемой электроэнергии. Прямой пуск вызывает дополнительные энергозатраты. Кроме того, просадки напряжения в условиях ограниченной мощности сети отрицательно влияют на все подключенные устройства.
- Уменьшение расходов на оборудование коммутации. Электротехнические устройства для асинхронного привода выбирают с большим запасом мощности. Плавный пуск позволяет подключать более дешевые аппараты коммутации и защиты.
Плавный старт и разгон существенно расширяет сферы применения асинхронных электродвигателей.
Способы пуска асинхронных электродвигателей
Для запуска асинхронных двигателей используется разные методы. На практике наибольшее распространение получили следующие способы: