Раніше ми обговорювали характеристики перетворювачів частоти , А сьогодні настала черга пристроїв плавного пуску (м'яких пускачів, плавних пускачів - єдиний термін поки не сформувався, і в цій статті ми будемо використовувати термін "пристрій плавного пуску" - УПП).

Іноді з вуст продавців доводиться чути думку про те, що УПП вибрати просто, це, мовляв, не перетворювач частоти, тут треба тільки пуск організувати. Це не так. Пристрій плавного пуску вибирати складніше. Спробуємо розібратися, у чому ця складність полягає.

призначення УПП

Як випливає з назви, завдання приладу - організувати плавний пуск асинхронного двигуна змінного струму. Справа в тому, що при прямому пуску (тобто при підключенні двигуна до мережі живлення за допомогою звичайного пускача) двигун споживає пусковий струм, що перевищує номінальний в 5-7 разів, і розвиває пусковий момент, що істотно перевищує номінальний. Все це призводить до двох груп проблем:

1) Пуск занадто швидкий, і це призводить до різних неприємностей - гідравлічних ударів, ривків в механізмі, ударному вибору люфтів, обриву транспортерних стрічок і т.д.

2) Пуск важкий, і завершити його не вдається. Тут спочатку потрібно визначитися з терміном "важкий пуск" і можливостями його "полегшення" за допомогою УПП. До "важкого пуску" зазвичай відносять три різновиди пуску:

а) пуск, "важкий" для мережі живлення - від мережі потрібно струм, який вона може забезпечити насилу або не може взагалі. Характерні ознаки: при пуску відключаються автомати на вході системи, в процесі пуску гаснуть лампочки і відключаються деякі реле і контактори, зупиняється живить генератор. Швидше за все, УПП тут дійсно поправить справу. Однак слід пам'ятати, що в кращому випадку пусковий струм вдасться знизити до 250% від номінального струму двигуна, і якщо цього недостатньо, то рішення одне - необхідно використовувати перетворювач частоти .
б) Двигун не може запустити механізм при прямому пуску - не крутиться взагалі або "зависає" на певній швидкості і залишається на ній до спрацьовування захисту. На жаль, УПП йому не допоможе - двигуну не вистачає моменту на валу. Можливо, з завданням впорається перетворювач частоти, але цей випадок вимагає дослідження.
в) Двигун впевнено розганяє механізм, але не встигає дійти до номінальної частоти - спрацьовує автомат на вході. Таке часто буває на важких вентиляторах з досить високою частотою обертання. Пристрій плавного пуску тут, швидше за все, допоможе, але ризик невдачі зберігається. Чим ближче механізм до номінальної швидкості в момент спрацьовування захисту, тим більша ймовірність успіху.

Організація пуску за допомогою УПП

Принцип роботи пристрою плавного пуску полягає в тому, що напруга, що подається від мережі через УПП на навантаження, обмежується за допомогою спеціальних силових ключів - сімісторов (або зустрічно - паралельно включених тиристорів) - див. Рис. 1. В результаті напруга на навантаженні можна регулювати.

Трохи теорії: процес пуску - це процес перетворення електричної енергії джерела живлення в кінетичну енергію працюючого на номінальній швидкості механізму. Дуже спрощено цей процес можна описати так: опір двигуна R в процесі розгону збільшується від дуже маленького при зупиненому двигуні до чималого на номінальній швидкості, тому струм, який за законом Ома дорівнює:

I = U / R (1)

виявляється дуже великим, а передача енергії

Е = P х t = I х U х t (2)

дуже швидкою. Якщо між мережею і двигуном встановити УПП, то формула (1) діє на його виході, а формула (2) - на вході. Зрозуміло, що струм в обох формулах однаковий. УПП обмежує напругу на двигуні, плавно підвищуючи його в міру розгону слідом за зростанням опору, обмежуючи, таким чином, споживаний струм. Тому за формулою (2) при сталості необхідної енергії Е і напрузі мережі U чим менше струм I, тим більше час пуску t. Звідси видно, що при зниженні напруги будуть вирішуватися як проблеми, пов'язані з надто швидким пуском, так і проблеми, пов'язані з надто великим струмом, що споживаються від мережі.

Однак в наших викладках не враховувалася навантаження, для розгону якої потрібен додатковий момент, і відповідно додатковий струм, тому зменшувати струм занадто сильно не можна. Якщо навантаження велика, то моменту на валу двигуна може не вистачити навіть при прямому пуску, не кажучи вже про пуск при зниженій напрузі - це варіант важкого пуску "б", описаний вище. Якщо ж при зниженні струму момент виявляється достатнім для розгону, але час у формулі (2) зростає, то може спрацювати автомат - з його точки зору час протікання струму, істотно перевищує номінальний, неприпустимо велика (варіант важкого пуску "в").

Основні характеристики УПП. Можливість контролю струму. По суті це здатність УПП регулювати напругу так, щоб струм змінювався по заданій характеристиці. Ця функція зазвичай називається пуском у функції струму. Найпростіші УПП, що не мають такої можливості, просто регулюють напругу в функції часу - тобто напруга на двигуні плавно зростає від початкового до номінального за заданий час. У багатьох випадках цього досить, особливо при вирішенні проблем групи 1. Але якщо основна причина установки УПП - обмеження струму, то без його точного регулювання не обійтися. Ця функція особливо важлива тоді, коли з-за обмеженої потужності мережі (маленький трансформатор, слабкий генератор, тонкий кабель і т.п.) перевищення гранично допустимого струму загрожує аварією. Крім того, УПП з контролем струму здатні реалізувати його плавне наростання на початку процесу пуску, що особливо важливо при роботі від генераторів, які дуже чутливі до різких кидкам навантаження.

Необхідність шунтування.

Після закінчення процесу пуску і досягненні номінальної напруги на двигуні УПП бажано вивести з силового ланцюга. Для цього застосовується шунтирующий контактор, що з'єднує вхід і вихід УПП пофазно (див. Рис. 2).

За командою від УПП цей контактор замикається, і струм тече в обхід приладу, що дозволяє його силових елементів повністю охолонути. Однак, навіть при відсутності шунтирующей ланцюга, коли в усі час роботи двигуна через сімістори тече номінальний силовий струм, їх нагрівання в порівнянні з режимом пуску виявляється невеликим, тому багато УПП допускають роботу без шунтування. Платою за таку можливість виявляється трохи менший номінальний струм і суттєве збільшення ваги і габаритів за рахунок радіатора, необхідного для відводу тепла від силових ключів. Деякі УПП будуються за зворотним принципом - в них шунтирующий контактор вже вбудований, і на роботу без шунтування вони не розраховані, тому через зменшення охолоджуючих радіаторів їх розміри виявляються мінімальними. Це позитивно позначається і на ціні, і на що виходить схемою підключення, але їх час роботи в пусковому режимі виявляється менше в порівнянні з іншими приладами.

Кількість регульованих фаз.

За цим параметром УПП діляться на двофазні і трифазні. У двофазних, як це випливає з назви, ключі встановлені тільки в двох фазах, третя ж підключається до двигуна безпосередньо. Плюси - зниження нагріву, зменшення габаритів і ціни.

Мінуси - нелінійне і несиметричне по фазах споживання струму, яке хоча і частково компенсується спеціальними алгоритмами управління, все ж негативно впливає на мережу і двигун. Втім, при нечастих пусках цими недоліками можна знехтувати.

Цифрове управління. Система управління УПП може бути цифровий і аналогової. Цифрові УПП зазвичай реалізуються на процесорі і дозволяють дуже гнучко управляти процесом роботи приладу і реалізовувати безліч додаткових функцій і захистів, а також забезпечувати зручну індикацію і зв'язок з керуючими системами верхнього рівня. В управлінні аналогових УПП використовуються операційні елементи, тому їх функціональна насиченість обмежена, настройка виконується потенціометрами і перемикачами, а зв'язок із зовнішніми системами управління зазвичай здійснюється за допомогою додаткових пристроїв.

Додаткові функції

Захист. Крім своєї основної функції - організації плавного пуску - УПП містять в собі комплекс захистів механізму і двигуна. Як правило, в цей комплекс входить електронний захист від перевантаження і несправностей силового ланцюга. У додатковий набір можуть входити захисту від перевищення часу пуску, від перекосу фаз, зміни чергування фаз, занадто маленького струму (захист від кавітації в насосах), від перегріву радіаторів УПП, від зниження частоти мережі і т.д. До багатьох моделях можливе підключення термистора або термореле, вбудованого в двигун. Однак слід пам'ятати, що УПП не може захистити ні себе, ні мережу від короткого замикання в ланцюзі навантаження. Звичайно, мережа буде захищена вступним автоматом, але УПП при короткому замиканні неминуче вийде з ладу. Деякою втіхою може служити тільки те, що коротке замикання при правильному монтажі не виникає миттєво, і в процесі зниження опору навантаження УПП обов'язково відключиться, тільки не варто знову включати його, чи не встановивши причину відключення.

Знижена швидкість. Деякі пристрої плавного пуску здатні реалізувати так зване псевдочастотное регулювання -переклад двигуна на знижену швидкість. Цих знижених швидкостей може бути кілька, але вони завжди строго визначені і не піддаються корекції користувачем.

Крім того, робота на цих швидкостях сильно обмежена за часом. Як правило, ці режими використовуються в процесі налагодження або при необхідності точного встановлення механізму в потрібне положення перед початком роботи або після її закінчення.

Гальмування. Досить багато моделей здатні подати на обмотку двигуна постійний струм, що призводить до інтенсивного гальмування приводу. Ця функція зазвичай потрібна в системах з активним навантаженням - підйомники, похилі транспортери, тобто системи, які могуг рухатися самі собою за відсутності гальма. Іноді ця функція потрібна для передпусковий зупинки вентилятора, що обертається в зворотну сторону через тяги або дії іншого вентилятора.

Поштовховий пуск. Використовується в механізмах, що мають високий момент рушання. Полягає функція в тому, що на самому початку пуску на двигун короткочасно (частки секунди) подається повне напруга мережі, і відбувається зрив механізму з місця, після чого подальший розгін відбувається в звичайному режимі.

Економія енергії в насосно-вентиляторної навантаженні. Оскільки УПП є регулятор напруги, то при малому навантаженні можна знизити напругу живлення без шкоди для роботи механізму.

Економію енергії це дає, але не слід забувати, що тиристори в режимі обмеження напруги є нелінійним навантаженням для мережі з усіма наслідками, що випливають звідси наслідками.

Є й інші можливості, які виробники закладають у свої вироби, але для їх перерахування обсягу однієї статті недостатньо.

Методика вибору

Тепер повернемося до того, з чого ми починали - до вибору конкретного приладу.

Багато рад, дані для вибору перетворювача частоти, діють і тут: спочатку слід відібрати серії, що відповідають технічним вимогам по функціональності, потім вибрати з них ті, які охоплюють діапазон потужностей для конкретного проекту, і з решти вибрати потрібну серію відповідно до іншими критеріями - виробник, постачальник, сервіс, ціна, габарити, і т.д.

Якщо потрібно вибрати УПП для насоса або вентилятора, запуск яких відбувається не частіше двох-трьох разів на годину, то можна просто вибрати модель, номінальний струм якої дорівнює або більше номінального струму запускається двигуна. Цей випадок охоплює близько 80% застосувань, і не вимагає консультацій з фахівцем. Якщо ж частота пусків в годину перевищує 10, то потрібно врахувати і необхідне обмеження струму, і необхідну затягування пуску за часом. В цьому випадку дуже бажана допомога постачальника, у якого, як правило, є програма вибору потрібної моделі або хоча б розрахунковий алгоритм. Дані, які знадобляться для розрахунку: номінальний струм двигуна, кількість пусків в годину, необхідна тривалість пуску, необхідне обмеження струму, необхідна тривалість зупинки, навколишня температура, передбачуване шунтування.

Якщо ж двигун запускається понад 30 разів на годину, то варто розглянути в якості альтернативи варіант використання перетворювача частоти, оскільки навіть вибір більш потужної моделі УПП може не вирішити проблему. А ціна його вже буде порівнянна з ціною перетворювача при істотно меншій функціональності і серйозного впливу на якість мережі.

підключення

Крім очевидного підключення приладу до мережі і двигуну, необхідно визначитися з шунтуванням.

Незважаючи на те, що шунтирующий контактор буде комутувати номінальний, а не пусковий струм двигуна, бажано все-таки використовувати модель, розраховану на прямий пуск - хоча б для реалізації аварійних режимів роботи. При підключенні слід звернути особливу увагу на фазировку - якщо помилково з'єднати, наприклад, фазу А на вході УПП з іншого фазою на виході, то при першому ж включенні шунтирующего контактора відбудеться коротке замикання, і прилад буде виведений з ладу.

Деякі УПП допускають так зване шестіпроводних підключення, схема якого показана на рис. 3. Таке підключення вимагає більшої кількості кабелів, але дозволяє використовувати пристрій плавного пуску з двигуном, потужність якого набагато перевищує потужність самого УПП.

При установці УПП слід мати на увазі ще одне його властивість, часто приводить до непорозумінь (див. Важкий пуск "в"). При розрахунку вступного автомата для двигуна, що підключається до мережі безпосередньо, враховується номінальний струм двигуна, протекающі й тривалий час, і пусковий, що протікає лише кілька секунд. При використанні ж УПП пусковий струм істотно менше, але протікає він набагато довше - до хвилини і більше. Автомат не може цього "зрозуміти" і вважає, що запуск давно завершено, а протікає струм, що перевищує номінальний в рази, є наслідком аварійної ситуації, і відключає систему. Щоб уникнути цього слід або встановити спеціальний автомат з можливістю установки додаткового режиму для процесу плавного пуску, або вибрати автомат з номінальним струмом, відповідним пусковому току при використанні УПП. У другому випадку цей автомат не зможе захистити двигун від перевантажень, але цю функцію виконує сам УПП, так що захист двигуна не постраждає.

Підведемо підсумки. Якщо механізм, пуск якого потрібно зробити більш плавним, вписується в усі перераховані в цій статті обмеження, а можливості, що забезпечуються доступними моделями УПП, вас влаштовують, то ваш вибір - пристрій плавного пуску. Економія коштів в порівнянні із застосуванням перетворювача частоти (заміною живильного трансформатора, збільшенням потужності генератора, заміною кабелю на більш товстий - виберіть ваш випадок) буде відчутною. Якщо ж УПП з якихось причин не підходить - ще раз зверніть увагу на перетворювачі частоти , Які хоча і дорожче, але набагато функціональніша.

Руслан Хусаїнов, к.т.н., технічний директор ЗАТ "Сантерно" (Москва)