Схема подключения устройства плавного пуска электродвигателя

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.

Наши читатели рекомендуют! Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют ‘Экономитель энергии Electricity Saving Box’. Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Такой способ эффективен, но применяется он не всегда.

Старт через автотрансформатор

Этот способ применяется с использованием в электросхеме автотрансформатора, который соединен с машиной последовательно. Он служит для того, чтобы запуск произошел при пониженном на 50 — 80% от номинального напряжении. Вследствие этого пусковой ток и вращающий пусковой момент уменьшатся. Временной интервал переключения от пониженного напряжения к полному корректируется.

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.

Читать еще: Стол слесарный металлический своими руками

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.

Подключение устройства плавного пуска

Рассмотрим подключение УПП на примере устройства MCD 201. Софт-стартер этой марки предназначено для приводов мощностью 7,5-110 кВт. УПП обеспечивает запуск и остановку на плавно изменяющимся напряжении (функция Timed Voltage Ramp – TVR) без обратной связи по току. Регулировка напряжения осуществляется по всем трем фазам. УПП имеет встроенный шунтирующий контактор.

УПП или устройства плавного пуска – электрооборудование для постепенного старта, разгона и торможения асинхронных электродвигателей. Вне зависимости от особенностей конструкции, софт-стартер состоит:

Из безтрансформаторного преобразователя напряжения на базе силовых тиристоров и генератора импульсов. Этот элемент обеспечивает изменение напряжения, подаваемое на электродвигатель.
Из микропроцессорного устройства управления. Этот блок формирует управляющие команды на генератор импульсов, осуществляет связь с оборудованием телекоммуникаций, осуществляет контроль параметров и прием сигналов с внешних датчиков.
Из шунтирущих контарторов. Коммутационные электроаппараты переключают ток в обход силовых тиристоров после полного разгона электродвигателя. Это уменьшаетнагрев полупроводниковых устройств, снижает потребляемую мощность и исключает появление электромагнитных помех во время работы привода.

Читать еще: Разборка радиатора охлаждения двигателя

Устройства плавного пуска без встроенных обводных контакторов обычно имеют клеммы для подключения внешних аппаратов коммутации.

Компания Данфосс выпускает софт-стартеры VLT для приводов мощностью от 0,1 до 1200 кВт. В линейку УПП входят модели:

Устройства различаются по функционалу, электрическим характеристикам и другим параметрам.

Выбор УПП

Выбор софт-стартера делается при проектировании или модернизации электропривода. При этом учитываются требования к оборудованию, характеристики электросети и другие условия. Главными критериями являются:

Ток, напряжение и мощность электрической машины. Необходимо чтобы максимально возможный ток при пуске не превышал предельную величину тока УПП. Напряжение и мощность устройства должны соответствовать характеристикам двигателя.
Количество стартов и остановок. Этот параметр указан в технической документации УПП, он должен отвечать условиям работы электропривода.
Величина пускового момента. Интервал настраиваемых значений должен включать необходимую величину допустимого момента при запуске оборудования.
Электромагнитная совместимость. Все электрооборудование привода должно иметь одинаковый класс ЭМС.
Допустимое время разгона и торможение двигателя.

При выборе также принимаются во внимание наличие функций динамического торможения, защиты от ненормальных режимов работы, поддерживаемые интерфейсы связи.

Подключение софт-стартера

Софт-стартер поддерживает протоколы связи PROFIBUS, DeviceNet, Modbus RTU, Profinet, Modbus TCP, Ethernet IP. Возможно подключение панели дистанционного управления. УПП MCD 201 используется с внешними аппаратами защиты электродвигателя.

Клеммная панель содержит следующие входы и выходы:

1,3,5. Предназначены для подключения к трехфазной сети. Перед УПП в цепь обязательно включают плавкие предохранители. Это необходимо для снижения вероятности пробоя тиристоров при коротких замыканиях и возникновении переходных процессов. Компания Данффос рекомендует применять аппараты марок Ferraz и Bussman. Опционально могут подключаться автоматический размыкатель и контроллер перегрузки.
2,4,6. К этим клеммам присоединяют обмотки статора электродвигателя.
13, 14. Входы для линейного контактора.
06, 05. Клеммы для датчика температуры обмоток электродвигателя. Для этой модели УПП требуется применять терморезисторы. Температура отключения двигателя – 2,8 кОм. При отсутствии датчика входы закорачивают перемычкой.
А1, А2, А3, N1, N2. Входы цепей управления 24 В АС/DC; 110-240 АС и В 380 – 440 АС.

Подключение цепей управления

Запуск и остановка электродвигателя реализуется двух- или трехпроводными схемами.

Старт привода производится нажатием кнопки. Остановка электрической машины осуществляется повторным нажатием.

При выборе трехпроводной схемы, плавный пуск и торможение двигателя осуществляется нажатием кнопок “старт” и “стоп”.

УПП этой модели позволяет настраивать пусковое напряжение в диапазоне от 30% до 75% от номинального значения электросети. По умолчанию выставлено 50% . Длительность нарастания и снижения напряжения регулируется в интервале от 2-х до 20 секунд. Эта величина определяет время разгона и остановки электрической машины.

Все электрические соединения выполняются кабелями с медными жилами, рекомендованных производителями марок и сечения. Настойки привода и программирование УПП проводятся в соответствии с алгоритмом, указанным производителем. Перед пробным пуском для проверки работоспособности привода необходимо проверить схему подключения и корректность настроек.

Устройство плавного пуска электродвигателя. Пример применения

Устройство плавного пуска ABB PSR-25-600

Всем привет! Сегодня будет статья, в которой показан реальный пример использования устройства плавного пуска (мягкого пускателя) на практике. Плавный пуск электродвигателя установлен мною на реальном устройстве, приводятся фото и схемы.

Что это за устройство, я ранее подробно рассказывал в статье про мягкий пускатель. Напоминаю, что мягкий пускатель и устройство плавного пуска суть одно и то же устройство. Названия эти берутся от английского Soft Starter. В статье я буду называть этот блок и так, и эдак, привыкайте). Информации по устройствам плавного пуска в интернете достаточно, рекомендую также почитать здесь.

Моё мнение по пуску асинхронных двигателей, подтвержденное многолетними наблюдениями и практикой. При мощности двигателя более 4 кВт стоит подумать, чтобы обеспечить плавный разгон двигателя. Это нужно при тяжелой, инерционной нагрузке, которая как раз и подключается на вал такого двигателя. Если двигатель используется с редуктором, то ситуация полегче.

Простейший и самый дешевый вариант плавного пуска – вариант с включением двигателя через схему “Звезда-Треугольник”. Более “плавные” и гибкие варианты – устройство плавного пуска и преобразователь частоты (в народе – “частотник”). Есть ещё древний способ, который уже почти не применяется – двухскоростные двигатели.

Кстати, верный признак того, что двигатель питается через частотник – хорошо слышимый писк с частотой около 8 кГц, особенно на низких оборотах.

Я уже использовал устройство плавного пуска от Schneider Electric, был такой положительный опыт в моей деятельности. Тогда нужно было плавно включать/выключать длинный круговой конвейер с заготовками (двигатель 2,2 кВт с редуктором). Жаль, что фотоаппарата тогда не было под рукой. Но в этот раз всё рассмотрим очень детально!

Зачем понадобился плавный пуск двигателя

Итак, проблема — на котельной есть насосы подпитки котла водой. Всего два насоса, и включаются они по команде от системы слежения за уровнем воды в котле. Одновременно может работать только один насос, выбор насоса осуществляет оператор котельной путем переключения водяных кранов и электрических переключателей.

Насосы приводятся в действие обычными асинхронными двигателями. Асинхронные двигатели 7,5 кВт включаются через обычные контакторы (магнитными пускателями). А поскольку мощность большая, то пуск очень жесткий. Каждый раз при пуске возникает ощутимый гидроудар. Портятся и сами двигатели, и насосы, и гидросистема. Иногда такое ощущение, что трубы и краны сейчас разлетятся вдребезги.

Кроме того, когда котёл остывший, и в него резко подается горячая вода (более 95 °С), то происходят неприятные явления, напоминающие взрывообразное бурление. Бывает и наоборот, воду с температурой 100 °С можно холодной – когда в котле находится сухой пар с температурой почти 200 °С. В этом случае тоже происходят вредные гидроудары.

Всего на котельной два идентичных котла, но во втором установлены частотники на насосы. Котлы (точнее, парогенераторы) вырабатывают пар с температурой более 115 °С и давлением до 14 кгс/см2.

Читать еще: Какое основное предназначение у компрессора авиационного двигателя

Жаль, что конструкцией котла в электросхеме не предусмотрено было плавное включение двигателей насоса. Хотя котлы итальянские, на этом было решено сэкономить…

Повторюсь, что для плавного включения асинхронных двигателей мы имеем на выбор такие варианты:

В данном случае необходимо было выбрать тот вариант, при котором бы было минимальное вмешательство в рабочую схему управления котлом.

Дело в том, что любые изменения в работе котла должны быть обязательно согласованы с производителем котла (либо сертифицированной организацией) и с надзорной организацией. Поэтому изменения должны быть внесены незаметно и без лишнего шума. Хотя, в систему безопасности я не вмешиваюсь, поэтому тут не так строго.

Мои постоянные читатели знают, что теперь, после сдачи экзаменов в Ростехнадзоре, я имею полное право выполнять работы по КИПиА в котельной.

Выбор устройства плавного пуска

Для начала посмотрим на шильдик двигателя:

Двигатель насоса, который подключается к схеме плавного пуска

Мощность двигателя – 7,5 кВт, обмотки соединены в схему “треугольник”, номинальный потребляемый при этом ток – 14,7А.

Вот как выглядела система пуска (“жёсткая”):

Система прямого пуска двигателей насосов

Напоминаю, что у нас два двигателя, и запускаются они контакторами 07КМ1 и 07КМ2. Контакторы снабжены блоками дополнительных контактов – для индикации и контроля включения.

В качестве альтернативы было выбрано устройство плавного пуска ABB PSR-25-600. Его максимальный ток – 25 Ампер, так что запас у нас хороший. Особенно, если учесть, что работать придётся в тяжелых условиях – количество пусков/стопов, высокая температура. Фото – в начале статьи.

Вот наклейка на софтстартере с параметрами:

Soft Starter ABB PSR-25-600 – параметры

FLA – Full Load Amps – значение силы тока при полной нагрузке – почти 25А,
Uc – рабочее напряжение,
Us – напряжение цепи управления.

Установка УПП

Примерил для начала:

Пробная установка блока плавного пуска

По высоте подходит один в один, по ширине тоже, только длина чуть больше, но место есть.

Теперь вопрос по цепям управления. Контакторы в исходной схеме включались напряжением 24 VAC, а наши АББ управляются напряжением минимум 100 VAC. Налицо необходимость промежуточного реле либо изменения напряжения питания цепи управления.

Однако, на официальном сайте ABB я нашёл схему, где показано, что это устройство способно работать и при 24 VAC. Попытал счастья – не получилось, не запускается…

Что же, ставим промежуточное реле, которое приводит напряжение к нужному уровню:

Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей

Вот с другого ракурса:

Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей

Вот и всё. Промежуточные реле обозвал 07КМ11 и 07КМ21. Кстати, они также нужны и для дополнительных цепей. Через них включаются индикаторы, и сухие контакты для внешнего устройства (пока не используются, в старой схеме – оранжевые провода).

Когда хотел управление использовать напрямую, без реле (24 VAC), планировал индикаторы включения пустить через контакты Com – Run, которые теперь остались неиспользованные.

Схемы плавного пуска

Вот исходная схема.

Схема жесткого пуска двигателей, через контакторы (исходная)

А вот как нехитро я изменил схему:

Схема с плавным пуском двигателей на софтстартерах

По настройкам – коротко. Тут три регулировки – время разгона, время замедления, и начальное напряжение.

Можно было бы использовать одно устройство плавного пуска, и контакторы выбора двигателя (переключать одно устройство на два двигателя). Но это усложнит и сильно изменит схему, и понизит надежность. Что для такого стратегического объекта, как котельная, очень важно.

Осциллограммы напряжения

Орешек знанья твёрд, но всё же
мы не привыкли отступать!
Нам расколоть его поможет
киножурнал «Хочу всё знать!»

Собрать схему отверткой всякий может. А для тех, кто хочет увидеть напряжение и понять, какие реальные процессы происходят, без осциллографа не обойтись. Публикую осциллограммы на выходе 2Т1 устройства плавного пуска.

Двигатель выключен. Чистый синус.

Не правда ли, логическая нестыковка – двигатель выключен, а напряжение на нём есть?! Это особенность некоторых устройств мягкого пуска. Неприятная и опасная. Да, на двигателе есть напряжение 220В, даже когда он стоит.

Дело в том, что управление происходит только по двум фазам, а третья (L3 – T3) подключена к двигателю напрямую. А так как тока нет, то на всех выходах устройства действует напряжение фазы L3, которое проходит через обмотки двигателя. Та же ерунда бывает и в трехфазных твердотельных реле, вот моя статья.

Будьте осторожны! При обслуживании двигателя, подключенного к устройству мягкого пуска, отключайте вводные автоматы, и проверяйте отсутствие напряжения!

Запуск. Тиристоры режут фазу нещадно.

Поскольку нагрузка индуктивная, то синусоида не только режется на куски, но и сильно искажается.

Кстати, рекомендую ознакомиться с осциллограммами на выходе источника бесперебойного питания. Там тоже не всё так однозначно.

Помеха прёт, и это надо учитывать – возможны сбои в работе контроллеров и другой слаботочки. Чтобы это влияние уменьшить, надо разносить и экранировать цепи, устанавливать дроссели на входе, и др.