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:

Устройство и схема плавного пуска асинхронного электродвигателя

Плавный пуск асинхронного электродвигателя необходим для продления его срока эксплуатации и минимизации работ, связанных с устранением возможных поломок.

Необходимость плавного запуска

Для того чтобы обеспечить необходимую пусковую мощность, следует увеличить номинальную мощность питающей сети. По этой причине оборудование может значительно подорожать. Причем очевиден и перерасход электроэнергии.

Одним из недостатков асинхронного электродвигателя является большой ток пуска. Он превышает номинальный в 5 — 10 раз. Ток с большими бросками может также возникнуть при торможении двигателя или при его реверсе. Это ведет к нагреву обмоток статора, а также слишком больших электродинамических усилий в частях статора и ротора.

Если вследствие возникшей аварийной ситуации двигатель перегрелся и вышел из строя всегда рассматривается возможность его ремонта. Но после перегрева параметры трансформаторной стали изменяются. Отремонтированный электродвигатель обладает номинальной мощностью на 30% меньшей, чем у него была ранее.

Для того чтобы ток ограничить используют пусковые реакторы, автотрансформаторы, резисторы и устройства плавного пуска двигателей — софт-стартеры.

Прямой запуск

В электросхеме прямого пуска машина непосредственно подключена к сетевому напряжению питания.

На схеме выше показана характеристика пускового тока при прямом старте. При таком подключении повышение температуры в обмотках машины минимальное.

Подключение осуществляется с помощью контактора (пускателя). В схеме применяется реле перегрузки для защиты электродвигателя. Однако такой метод применим, когда нет ограничений по току.

Во время старта машины пусковой момент ограничивают, чтобы сгладить резкий рывок, вследствие которого могут выйти из строя механические части привода и подсоединенные механизмы.

По этой причине производители крупных электродвигателей запрещают их прямой пуск.

Подключение «звезда-треугольник»

Одним из основных способов запуска машины является электросхема «звезда-треугольник». Такой старт возможен, для двигателей, у которых все начала и концы обмоток выведены.

Управление стартом по этой схеме состоит из трех контакторов, реле перегрузки и реле времени, управляющим контакторами.

Первоначально коммутация с сетью происходит по схеме «звезда». Контакторы К1 и К3 замкнуты. Затем, через определенное время, обмотки переключаются автоматически на схему «треугольник». Контакты К3 размыкаются, а контакты К2, наоборот, замыкаются. Реле времени в электросхеме служит для управления их переключением. На нем выставляется время разгона двигателя. При этом пусковые токи существенно снижаются.

Такой способ эффективен, но применяется он не всегда.

Старт через автотрансформатор

Однако здесь есть и недостаток. В процессе работы машина переключается на сетевое напряжение, что приводит к резкому скачку тока.

Устройства плавного пуска

В условиях плавного старта асинхронной машины с использованием в электросхеме силового блока тиристоров подается ток несинусоидальной формы. Ускорение и торможение происходят за короткий промежуток времени. Многие собирают устройство плавного пуска своими руками. Это намного снижает его цену.

В этой схеме тиристоры подключены в цепи параллельно по встречному принципу. К общему электроду поступает управляющее напряжение. Такое устройство принято называть симистором. В случае трехфазной системы он присутствует в каждом проводе.

Для того чтобы отвести тепло, выделяемое при нагревании полупроводников, применяются радиаторы. Габариты, вес и цена устройств при этом возрастает.

Существует и другой вариант для решения проблемы нагрева. В схему подключают шунтирующий контакт. После старта контакты замыкаются. В этом случае возникает параллельная цепь, сопротивление которой меньше сопротивления полупроводников. А ток, как известно, выбирает путь наименьшего сопротивления. Пока происходит этот процесс, симисторы остывают. Пример такого подключения приведен ниже на рисунке.

Типы устройств плавного старта

Их можно разделить на четыре категории.

• Регулирующие пусковой момент. Принцип действия их таков, что они осуществляют контроль одной фазы. Но при контроле плавного старта не снижают пусковые токи. Поэтому спектр применения их ограничен.
• Регулирующие напряжение с отсутствием сигнала обратной связи. Работают они по заданной программе и являются одними из самых распространенных в использовании.
• Регулирующие напряжение с сигналом обратной связи. Их принцип действия — способность менять напряжение и регулировать величину тока в заданном диапазоне.
• Регулирующие ток с наличием сигнала обратной связи. Являются самыми современными из всех устройств подобного типа. Обеспечивают наибольшую точность управления.

Софт-стартеры

Современные устройства плавного пуска выполнены, на микропроцессорах. И это существенно увеличивает их функциональные возможности по сравнению с аналоговыми. Эти устройства называют софт-стартерами. Они увеличивают срок службы исполнительных механизмов и самих электродвигателей.

С ними старт электродвигателя происходит с постепенным увеличением напряжения. Кроме этого, регулируется время разгона и время его торможения. Для того чтобы пониженное начальное напряжение не могло в электросхеме значительно снизить пусковой момент, его устанавливают в диапазоне 30 — 60% от номинального.

Плавная регулировка напряжения дает возможность плавного ускорения двигателя до номинальной скорости.

Необходимо отметить, что с применением софт-стартеров уменьшилось количество реле и контакторов в электрической цепи. Само по себе устройство софт-стартеров не является сложным. Они просты в монтаже и эксплуатации. Электросхема подключения показана на рисунке справа.

Однако существует ряд особенностей, которые обязательно следует учитывать при их выборе.

• Первое — это обязательный учет тока асинхронной машины. Поэтому выбор софт-стартера необходимо осуществлять учитывая полный ток нагрузки, не превышающий тока предельной нагрузки самого устройства,
• Второе — максимальное число стартов в час. Как правило, оно ограничено софт-стартером. Число запусков в час самой машины не должно превышать этот параметр,
• Третье — это напряжение самой электрической сети. Оно должно соответствовать паспортному значению устройства. Несоответствие может привести к его поломке.

Однофазное УПП TSG 2.2 230VAC для снижения пусковых токов при запуске двигателей, насосов, насосных станций.

Очень часто пользователи автономных генераторов электрической энергии сталкиваются с одной и той же проблемой, которую все описывают по-разному: «проседает» генератор, временно падает напряжение в сети, генератор глохнет во время пуска насосной станции и т.п. Если используемое оборудование исправно, то проблема, как правило, возникает при включении «мощных» механизмов, имеющих в своём составе асинхронный двигатель.

В бытовых насосных станциях чаще всего используются асинхронные двигатели. Соответственно в более производительные насосные станции устанавливаются более мощные электродвигатели.

Во избежание возникающих при пуске насосной станции процессов пагубных для механической и электрической части нужно использовать устройство плавного пуска (УПП), так называемый, софтстартер.

Чем более мощный электродвигатель приводит в действие насос, тем больший пусковой ток возникает при его запуске. Если поставить эксперимент и включать в сеть поочерёдно асинхронные двигатели и постоянно увеличивать их мощность, то можно заметить, что в момент пуска более мощных электродвигателей их влияние на параметры питающей сети растёт. Все более заметным становится падение напряжения в питающей сети, так лампы накаливания на мгновение светят менее ярко, чем обычно, лампы дневного света могут гаснуть и снова зажигаться, в чувствительной электронике может срабатывать защита от перепадов напряжения. Так на напряжение питающей сети оказывает действие пусковой ток асинхронного двигателя, который может превышать номинальный ток в 2-8 раз. Такие импульсные броски тока могут стать причиной выхода из строя другого оборудования, чувствительного к качеству питающего напряжения, и подключенного к той же фазе, что и двигатель.

В промышленности, где проблема пусковых токов стоит остро из-за использования мощных асинхронных двигателей давно используют различные методы, позволяющие уменьшить пусковые токи и нагрузку на всю энергосистему предприятия в целом. В бытовых условиях, обычно, доступно лишь однофазное напряжение, поэтому и асинхронные двигатели используются однофазные, их ещё называют конденсаторными.

Во избежание возникающих при пуске насосной станции процессов пагубных для механической и электрической части нужно использовать устройство плавного пуска (УПП), так называемый, софтстартер.

Устройства плавного пуска обеспечивают медленное увеличение напряжения, подаваемого на электродвигатель (насос) при его запуске, тем самым достигается плавный разгон электродвигателя и существенное снижение значений пускового тока и крутящего момента. На рисунке 1 представлены графики крутящего момента во времени, в зависимости от способа подключения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором к сети питания (с использование УПП и без).

Рисунок 1 — графики изменения крутящего момента во времени, в зависимости от способа подключения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором к сети питания.

Предлагаемые на рынке в огромном количестве устройства плавного пуска в большинстве своём рассчитаны на промышленность и, соответственно, на работу в трёхфазных сетях. Работать в однофазных сетях такие устройства не могут.

Но существует доступное решение – однофазное устройство плавного пуска TSG 2,2 230VAC, производимое австрийской фирмой TELE.

Устройство TSG 2,2 230VAC выполнено в промышленном компактном корпусе для монтажа на DIN-рейку, внешний вид устройства показан на рисунке 2:

Рисунок 2 – Внешний вид и габариты устройства плавного пуска TSG 2,2 230VAC
Техническая документация в формате pdf доступна по ссылке

Рисунок 3 – Схематичный вид лицевой панели устройства серии TSG

Устройство плавного пуска TSG активируется, когда переменное напряжение сети питания подаётся на выводы L1 и L3 (LED U ВКЛ). Напряжение на выходе Т1 увеличивается линейно в течение заданного времени до достижения максимального значения; на выходы T2 и T3 постоянно подаётся напряжение сети питания. Время, в течение которого происходит этот процесс можно плавно регулировать с помощью регулятора TON в диапазоне от 0 до 20 секунд. С увеличением напряжения увеличивается и момент вращения. Таким образом, происходит запуск двигателя с постоянным разгоном. По окончании цикла запуска, двигатель напрямую подключается к сети питания с помощью встроенного шунтирующего (байпас) контактора.

Принцип работы TSG 2,2 230VAC показан на рисунках 4 и 5.

Рисунок 4 – Работа TSG 2,2 230VAC при положении регулятора Mon = 0

Рисунок 5 – Работа TSG 2,2 230VAC при не нулевом положении регулятора Mon

Примечательно, что данное устройство плавного пуска (УПП) разработано специально для пуска однофазных асинхронных электродвигателей, широко распространенных в быту. Рассмотрим подключение устройства TSG 2,2 230VAC на примере насосной станции с автоматическим включением по сигналу с датчика давления. Подключение схематически показано на рисунке 6. При использовании TSG 2,2 230VAC нет необходимости использовать дополнительное оборудование в цепи питания двигателя, шунтирующий контактор входит в состав устройства и находится внутри корпуса.

Рисунок 6 — Подключение однофазного асинхронного двигателя к устройству плавного пуска TSG 2,2 230VAC

Выбирая устройство плавного пуска обязательно нужно учитывать следующие параметры:

1. Параметры питающей сети (номинальное напряжение и количество фаз);
2. Номинальный ток электродвигателя должен быть меньше или равен номинальному току УПП;
3. Пусковой ток электродвигателя не должен превышать максимально допустимого для УПП значения;
4. Максимальное количество циклов запуска электродвигателя в час не должно превышать значения, указанного в паспортных данных УПП.

Технические характеристики TSG 2,2 230VAC и TSG 2,2 400VAC представлены в таблице ниже:

УПП уменьшает механическую нагрузку на двигатель при его запуске и снижает пусковые токи

Зелёный LED ВКЛ: индикация напряжения питания

Жёлтый LED (100%) ВКЛ: выходное напряжение 100%, активизирован встроенный шунтирующий контактор (БАЙПАСС)

Самозатухающий пластиковый корпус, IP рейтинг IP40

Установка на DIN-рейку TS 35 в соответствии с EN 50022

Установочная позиция: любая

Ударопрочное подключение в соответствии с VBG 4 (требуется PZ1), IP рейтинг IP20

Момент затяжки: макс. 0.5Nm

Размеры контактов цепи управления:

• 1 x 0.5 — 2.5мм2 многожильный кабель
• 2 x 0.5 — 1.0мм2 многожильный кабель

Все технические характеристики устройства в pdf Устройства плавного пуска для 1- и 3-фазных сетей TELE на нашем сайте.
1.Функции
2. Регулируемые параметры	Диапазон настройки Время запуска T0N 0с – 20с Начальный пусковой момент M0N 0 – 100%
3. Индикаторы
5. Цепь управления	Источник питания: внутренний Точность: — Рабочая частота: — Продолжительность работы: 100%
6. Силовая цепь	Напряжение питания: Вводы L1- L2 — L3: TSG 2.2-230VAC 1 230В TSG 2.2-400VAC 3 400В Точность: ±20% Рабочая частота: 50 — 60Гц Пусковой момент MON 0..100% Кол-во циклов запуска: 30/час (при средней загрузке) Шунтирующий контактор: встроенный (БАЙПАС) Пусковой ток: 16A (макс.5с) Макс. мощность двигателя: TSG 2.2-230VAC 1.3кВт TSG 2.2-400VAC 2.2кВт Импульсное напряжение: 2.5кВ Номинальное напряжение: 345/600В
7. Условия эксплуатации	Рабочая температура: от -20 до +45°C Температура хранения: от -10 до +70°C Температура транспортировки: от -10 до +70°C Относительная влажность: 5% — 95% Конденсация недопустима.

Часто задаваемые вопросы:

В: Чем отличаются устройства плавного пуска TSG 2,2 230VAC и TSG 2,2 400VAC?

О: Это два разных устройства, TSG 2,2 230VAC предназначено для запуска 1-фазных электродвигателей 220-230VAC мощностью до 1,3кВт, TSG 2,2 400VAC предназначено для пуска 3-фазных электродвигателей 380-400VAC (либо 2-фазных электродвигателей 380-400VAC) мощностью до 2,2кВт. Причём оба эти устройства осуществляют плавный пуск только по одной фазе, поэтому для 3-фазных электродвигателей мы рекомендуем использовать устройства плавного пуска серии MSG.

В: Какова схема включения УПП TSG 2,2 230VAC для однофазного двигателя

О: Устройства плавного пуска включается непосредственно в цепь питания электродвигателя. Сигнал управления, который ранее использовался для управления контактором, напрямую соединявшим цепь питания двигателя с сетью питания, теперь должен управлять активизацией УПП. Схема подключения приведена на рис. 6 и в инструкции на устройство.

В: Насколько часто можно производить запуск двигателя с УПП?

О: Стандартная величина циклов запуска для УПП серии TSG и MSG – 30 циклов в час (при средней нагрузке). Во время запуска происходит выделение тепла, поэтому требуется время на охлаждение устройства.

В: Для чего нужен регулятор Mon?

О: Регулятор Mon позволяет определить начальный момент вращения (начальное напряжение), с которого будет начат цикл плавного пуска, если Mon установлен в 0, то при осуществлении цикла запуска двигатель некоторое время будет оставаться неподвижным, опытным путём можно подобрать такое значение Mon, при котором двигатель сразу же будет начинать вращение и постепенно достигнет рабочего режима. Важно: увеличение начального пускового момента Mon увеличивает пусковой ток!

В: Для чего нужен регулятор Ton?

О: Регулятор Ton используется для задания времени, в течение которого будет производиться плавный пуск двигателя от Mon до 100% момента вращения (напряжения), по его окончании будет активизирован шунтирующий контактор. Важно: уменьшение времени запуска Ton увеличивает пусковой ток!

В: Что такое шунтирующий контактор?

О: Шунтирующий контактор (байпас-контактор) замыкает цепь питания электродвигателя напрямую от сети питания, в обход устройства плавного пуска, сразу после того, как цикл плавного запуска электродвигателя завершён. Устройства плавного пуска серии TSG и MSG имеют шунтирующий контактор в своём составе, таким образом, его не требуется приобретать дополнительно.

В: Можно ли запитать с выходов УПП другие бытовые приборы, кроме двигателя.

О: Устройство плавного пуска предназначено для плавного запуска электродвигателя, подключение других потребителей может привести к выходу из строя как потребителей, так и самого устройства.

В: Какие дополнительные аксессуары понадобятся для работы УПП серий TSG и MSG?

О: Дополнительные аксессуары для работы устройств плавного пуска данных серий не требуются.

Где купить?

Перейти к изделию в интернет-магазине: TSG 2,2 230VAC (490251)