Разновидности плавного пуска двигателя. Способы снижения пусковой нагрузки на цепи электрической сети и электродвигателя

Запуск двигателя создает скачок или пусковой ток. Он может во много раз превышать ток, потребляемый двигателем при нормальной работе. Запуская двигатель практически мгновенно, он может вызвать чрезмерный износ электродвигателя. Обмотки, получающие чрезмерные пусковые токи, могут изнашивать изоляцию, что со временем снизит эффективность и повлияет на выходную мощность двигателя. В зависимости от применения могут быть повреждены и другие детали. Если, например, для привода вентилятора используется ремень, эта перегрузка при запуске может привести к проскальзыванию ремня. Даже если это произойдет в течение короткого периода, это сократит срок службы ремня. Для уменьшения износа, связанного с запуском двигателя, многие используют устройства плавного пуска или частотно-регулируемые приводы. Часто встречаются в таком оборудовании, как:

• вентиляторы / воздуходувки;
• насосы;
• компрессоры и др.

Что такое плавный пуск двигателя?

Плавный пуск (также известный как плавный пусковой режим) — это метод пуска электрического двигателя, при котором энергия подается на двигатель постепенно, обеспечивая плавное ускорение и минимизируя резкие напряженные пусковые токи. Вместо того чтобы мгновенно подавать полную мощность на двигатель, в плавном пуске используются устройства управления (часто в виде специальных пусковых устройств или преобразователей частоты), которые увеличивают напряжение и частоту подаваемого на двигатель тока. Преимущества использования плавного пуска включают в себя:

• Снижение механических напряжений: уменьшает резкое начальное ускорение и предотвращает износ двигателя.
• Снижение пусковых токов - снижает пусковые токи, что может уменьшить нагрузку на электрическую сеть и оборудование.
• Увеличение эффективности системы - помогает снизить скачки напряжения и тока, улучшая работу системы и продлевая срок службы оборудования.

Метод плавного пуска широко используется в промышленности для обеспечения более безопасного и надежного запуска электрических двигателей.

Разновидности плавного запуска двигателей

Устройства плавного пуска представляют собой специализированные электронные устройства, которые применяются для обеспечения контролируемого и безопасного запуска электрических двигателей. Вот несколько распространенных устройств плавного пуска:

1. Пусковые стартеры (Soft Starters): пусковые стартеры представляют собой устройства, которые контролируют начальное напряжение и ток пуска двигателя, обеспечивая постепенное ускорение. Они часто используются для снижения повышенных пусковых токов и уменьшения механических напряжений на оборудование.
2. Частотные преобразователи (Variable Frequency Drives, VFD, ЧРП): частотные преобразователи позволяют регулировать частоту и напряжение, управляя скоростью и мощностью двигателя. Обеспечивают плавный запуск двигателя, а также возможность регулирования скорости вращения, что способствует энергосбережению. 
3. Плавные пусковые устройства на основе тиристоров (Soft Starter with Thyristors): эти устройства используются для управления напряжением и током при пуске, обеспечивая плавное ускорение и снижая пусковые токи. Применяются для различных трехфазных двигателей и позволяют снизить нагрузку на систему и оборудование.
4. Плавные пусковые устройства на основе резисторов (Soft Starter with Resistors): используются для пошагового уменьшения тока пуска при помощи включения дополнительных резисторов в цепь пуска. Использование плавных пусковых устройств на основе резисторов помогает снизить воздействие на электрическую сеть и предотвратить перегрузку оборудования.
5. Электронные устройства управления мягким пуском (Soft Start Controllers): обеспечивают контролируемый и пошаговый старт двигателя для минимизации резких начальных токов и ударных нагрузок. Позволяют настраивать параметры пуска в соответствии с требованиями конкретного приложения. 6. Системы плавного пуска с механическими аккумуляторами энергии (Flywheel Soft Start Systems): эти системы используют механические аккумуляторы энергии, такие как маховик, для плавного ускорения двигателя, передавая энергию по мере накопления вращательной энергии. - Механические аккумуляторы энергии помогают сглаживать стартовые токи и увеличивать плавность пуска.
6. Устройства плавного пуска с применением трансформаторов (Transformer-type Soft Starters): такие устройства используют трансформаторы для регулирования начального напряжения, обеспечивая плавное ускорение двигателя. Данные системы плавного пуска помогают смягчить стартовые условия и снизить резкие изменения в электрической сети.
7. Устройства регулирования тока пуска (Current Limit Soft Starters): контролируют пусковой ток, ограничивая его значение и позволяя постепенно увеличивать мощность для старта двигателя. Способствуют установлению стабильного режима работы и предотвращают перегрузку системы. 

Разнообразные устройства плавного пуска предлагают различные технологические подходы для запуска электрических двигателей с минимальными пусковыми напряжениями и токами, что увеличивает эффективность и надежность систем питания и оборудования.

В чем разница между устройством плавного пуска и частотно-регулируемым приводом (ЧРП)?

Устройства плавного пуска и частотно-регулируемые приводы могут ограничивать пусковой ток при разгоне двигателя до номинальной скорости и помогать контролировать остановку.  Главное отличие между этими приводами заключается в том, что плавный пуск предназначен только для запуска и остановки, тогда как ЧРП могут обеспечивать плавный запуск двигателей и регулирование оборотов в ручном режиме или по заданному алгоритму управления. 

Как выбрать между устройством плавного пуска и частотно-регулируемым приводом?

Несмотря на то, что стоимость преобразователей частоты может быть несколько выше устройств плавного запуска двигателей, применение ЧРП обусловлено энергоэффективностью и уменьшением энергозатрат. Например, для вентиляционных систем или для задачи управления насосными станциями соотношение между скоростью, расходом, давлением и мощностью известно как закон зависимости, которые могут снизить эксплуатационные расходы. 

В чем зависимость расчетов?

Соотношение между различными переменными в системе не всегда будет прямым 1:1. Изменения скорости двигателя будут оказывать все большее влияние на поток, давление и мощность.

• Изменение скорости = изменение потока
• Изменение скорости x 2 = Изменение давления
• Изменение скорости x 4 = Изменение мощности

Например, если скорость снизиться до 50%, то может произойти следующее:

• Поток снижен до 50%
• Давление снижено до 25%
• Мощность снижена до 12,5% 

Эта связь объясняет, почему ЧРП могут иметь большую окупаемость затрат, чем другие решения.  

Как правильно подобрать частотно-регулируемый привод?

Вам необходимо узнать номинальные значения по току в амперах и напряжение питания подключаемого электродвигателя.
Оборудование должно учитывать начальную нагрузку или любые изменения нагрузки. Кроме того, рассмотрите, как часто двигатель включается и выключается. Эти факторы могут увеличить размер привода.
Предполагая, что вы знаете свое применение, проверьте паспортную табличку на двигателе, чтобы сопоставить мощность (кВт), напряжение и силу тока с минимальными требованиями для запуска системы.
Подбор привода должен быть выполнен по номинальному значению токовой нагрузки электродвигателя.

Производители учитывают в приводах коэффициент безопасности. Например, в руководстве может быть указано, что привод может работать при перегрузке 150% в течение 60 секунд без проблем.
Однако при запуске двигателя возможна перегрузка в 600%.

Уделив немного больше времени подбору ЧРП, вы обеспечите более длительный срок службы и более эффективную работу как привода, так и двигателя. 

Надежным решением для управления вентиляторами могут быть специально разработанные и рассчитанные на повышенные токи - преобразователи частоты INNOVERT серии IVD (B).