Плавното стартиране на асинхронен двигател винаги е трудна задача, тъй като стартирането на асинхронен двигател изисква много ток и въртящ момент, което може да изгори намотката на двигателя. Инженерите непрекъснато предлагат и прилагат интересни технически решения за преодоляване на този проблем, като използването на превключваща верига, автотрансформатор и др.

Понастоящем такива методи се използват в различни промишлени инсталации за гладка работа на електродвигатели.

От физиката е известен принципът на работа на асинхронен електродвигател, чиято същност е да се използва разликата между честотите на въртене на магнитните полета на статора и ротора. Магнитното поле на ротора, опитвайки се да настигне магнитното поле на статора, допринася за възбуждането на голям стартов ток. Моторът работи на пълна скорост, докато стойността на въртящия момент също се увеличава следвайки тока. В резултат на това намотката на устройството може да се повреди поради прегряване.

По този начин става необходимо да се инсталира мек стартер. Устройствата за плавно пускане за трифазни асинхронни двигатели помагат за защита на модулите от първоначалния висок ток и въртящ момент, произтичащ от ефекта на приплъзване на асинхронния двигател.

Предимства на използването на верига с мек стартер (SCD):

1. намаляване на стартовия ток;
2. намаляване на разходите за енергия;
3. подобряване на ефективността;
4. относително ниска цена;
5. постигане на максимална скорост без повреда на устройството.

Как да стартирате плавно двигателя?

Има пет основни метода за плавен старт.

• Висок въртящ момент може да се създаде чрез добавяне на външно съпротивление към веригата на ротора, както е показано на фигурата.

• Чрез включването на автоматичен трансформатор във веригата началният ток и въртящият момент могат да се поддържат чрез намаляване на първоначалното напрежение. Вижте снимката по-долу.

• Директното стартиране е най-лесният и евтин начин, тъй като асинхронният двигател е свързан директно към захранването.
• Връзки на специална конфигурация на намотките - методът е приложим за двигатели, предназначени за работа при нормални условия.

• Използването на SCP е най-модерният от всички изброени методи. Тук полупроводникови устройства като тиристори или SCR, които регулират скоростта на асинхронен двигател, успешно заместват механичните компоненти.

Регулатор на скоростта на колекторния двигател

Повечето от схемите на домакински уреди и електрически инструменти са създадени на базата на колекторен електродвигател 220 V. Това търсене се дължи на неговата гъвкавост. Уредите могат да се захранват с постоянно или променливо напрежение. Предимството на веригата се дължи на осигуряването на ефективен стартов въртящ момент.

За постигане на по-плавен старт и възможност за регулиране на скоростта се използват регулатори на скоростта.

Стартирането на електродвигател със собствените си ръце може да стане например по този начин.

Заключение

Устройствата за плавно пускане са проектирани и изработени, за да ограничат увеличаването на производителността при стартиране на двигателя. В противен случай нежеланите явления могат да доведат до повреда на устройството, изгаряне на намотките или прегряване на работните вериги. За дълъг експлоатационен живот е важно трифазният двигател да работи без пренапрежения, в режим на плавен старт.

Веднага след като асинхронният двигател набере желаната скорост, се изпраща сигнал за отваряне на релето на веригата. Устройството става готово за работа на пълни обороти без прегряване и системни повреди. Представените методи могат да бъдат полезни при решаване на промишлени и битови проблеми.

Моторните устройства за плавно пускане са статични електронни или електромеханични устройства, предназначени за плавно ускоряване и плавно забавяне и защита на трифазни асинхронни двигатели.

Устройствата за плавно пускане на устройството за плавно пускане действат, за да намалят количеството на стартовия ток и да помогнат за съгласуване на въртящия момент на двигателя и въртящия момент на товара.

Принципът на работа на софтстартера

Напрежението, подавано към двигателя, се контролира чрез промяна на ъгъла на отваряне на тиристорите. Устройството съдържа два последователно разположени тиристора, предназначени за положителни и отрицателни полупериоди. Силата на тока в третата фаза, оставена без контрол, е сумата от токовете на контролираните фази.

След настройка стойността на стартовия въртящ момент на машината се оптимизира до изключително нисък стартов ток. Стойността на тока на двигателя намалява успоредно със стойността на зададеното пусково напрежение при пускане. Големината на началния въртящ момент намалява в квадратична връзка с напрежението.

Нивото на напрежение контролира стартовия ток и въртящия момент на двигателя при стартиране и спиране на двигателя.

Наличието на байпасни контакти в устройството, които байпасират тиристорите, спомага за намаляване на топлинните загуби в тиристорите и съответно намаляване на нагряването на цялото устройство. Вградената електронна дъгова система защитава контактите в случай на повреда поради непредвидени неизправности, като прекъсване на захранването, вибрации или дефектни контакти.

Баланс на полярността

Недостатъкът на 2-фазното управление в софтстартера на асинхронен двигател се проявява в появата на постоянен ток, причинен от фазово прекъсване и наслагването на фазови токове, при което има силен акустичен шум, излъчван от електродвигателя.

Използването на метода "баланс на полярността" значително намалява влиянието на DC стойностите по време на ускорението на двигателя, съответно намалява акустично изпълнениестартиране, това се постига чрез балансиране на полувълни с различна полярност по време на ускорението на двигателя.

Интерфейс на устройството

Интерфейсът на мекия стартер на мекия стартер "човек-машина" ви позволява да конфигурирате параметри, значително улеснявайки и опростявайки процеса на стартиране и работа на двигателя. Вграденото управление на помпата предотвратява воден удар.

Фигура 4. Диаграма на комбинацията от устройство за плавно пускане на двигател и фидер сКАТО- интерфейс

Интерфейсът се състои от два дисплея със сегментни индикатори и LCD дисплей, който позволява видимост на значително разстояние, включва описание на параметри и съобщения.

Хардуерните функции включват избор на режим на програмиране и езикови опции. Копира параметри от едно устройство на друго, като увеличава скоростта на програмиране, повишава надеждността на оборудването и има възможност за коригиране и въвеждане на идентични параметри на едни и същи машини.

Мек старт за монофазен двигател

Мек стартер монофазен електродвигател, използван в ежедневието, се активира, когато ~ U се приложи към изходите L1 и L2.

Има нарастване на стойността на линейното напрежение за определен период от време до достигане на граничната му стойност. Заключенията T-2 и T-3 се захранват постоянно от електрическата мрежа. Времето на процеса се регулира от регулатора, в диапазона до 20 сек. С увеличаване на параметрите на напрежението се получава увеличение на въртящия момент. След приключване на стартирането, двигателят се свързва от мрежата чрез байпасен контактор (байпас).

Софтстартер на двигателя на помпата

Мек стартер за помпа, използваща честотен преобразувател, изпълнява следните операции:

1. Осъществяване на плавен пуск и спиране на помпения агрегат.
2. Производство на автоматично превключване в зависимост от нивопоказателите и параметрите на налягането на течността.
3. Защита на устройството от "суха работа", тоест без течност.
4. Защита на устройството в случай на критично намаляване на параметрите на напрежението.
5. Изпълнение на защитни действия срещу пренапрежение на входа на преобразувателя.
6. Сигнали за включване, изключване на уреда, както и при авария.
7. Осигурява локално отопление.

Електрическият мотор е свързан от контакти U,V,Wчестотен преобразувател. Бутонът за стартиране SB2 задейства реле K1 чрез неговата контактна група, STF и PS входовете на честотния преобразувател са свързани, което произвежда плавен стартел.помпа, която се извършва според ипотек софтуервключени в настройката на устройството.

Сензорът за налягане BP1 се захранва от входа на преобразувателя, което дава възможност за обратна връзка във веригата за стабилизиране на налягането. Работата на тази система се осъществява при осигуряване на PID контролер. Потенциометър К1 или честотен преобразувател изпълняват функцията за поддържане на зададените параметри на налягането. Помпеният агрегат, когато възникне „суха“ работа, трябва да бъде изключен за защита, в този случай контактите 7-8 във веригата на бобината на релето K3 се затварят, изключването настъпва, когато сензорът за „суха“ работа е свързан от съпротивлението реле A2 се задейства. Реле К2 изпълнява защитна функция за изключване на електродвигателя на блока в случай на авария. В случай на авария лампата НL1 се включва, лампата НL2 светва, след като сензорът реагира на понижаване на нивото на водата до неприемлива стойност.

Термичното реле VK1 включва отоплението на контролния шкаф на контактора KM1, електрическите нагреватели EK1 и EK2. Устройството е защитено от ток на късо съединение и претоварване чрез автоматичен QF1.

Характеристики на софтстартер за високо напрежение

Да се отличителни чертиотнасям се:

1. Наличието на оптично управление на тиристори.
2. Управление на микропроцесори.
3. Възможност за работа при повишени температури.
4. Възможност за настройка на различни алгоритми и характеристики на потегляне и спиране за различни видоветовари.
5. Възможност за интелектуална защита.
6. Възможност за стартиране със слаби източници на енергия.
7. Изпълнение на степен на защита от IP 00 до IP 65

Важно:при регулиране на софтстартера е необходимо зададеното време за ускорение да бъде по-дълго от физическото време за ускорение на двигателя, в противен случай има възможност за повреда на устройството, тъй като вътрешните байпасни контакти са затворени след изтичане на стартовото време. В случай, че двигателят не ускори, байпасната контактна система може да се повреди.

Важно:автоматичното рестартиране е опасно не само като повреди устройството, но може да доведе и до смърт и сериозни наранявания.

Командата за стартиране трябва да бъде нулирана преди командата за нулиране, тъй като ако има команда за стартиране след командата за нулиране, автоматично се извършва рестартиране. Това важи особено за защитата на двигателя.

От съображения за безопасност е препоръчително да свържете общ изход за грешка към системата за управление.

Препоръка: нежелателността на автоматичното стартиране диктува необходимостта от свързване на допълнителни компоненти, например устройство за повреда на фаза или товар, с контролни и главни токови вериги.

Споделяйте полезно съдържание в социалните медии

печат

електрическо задвижване

Устройства за плавно пускане: правилният избор

По-рано обсъдихме характеристиките на честотните преобразуватели, а днес е ред на меките стартери (меки стартери, меки стартери - един термин все още не се е установил и в тази статия ще използваме термина "мек стартер" - SCP) .

Понякога от устните на продавачите трябва да чуете мнението, че е лесно да изберете мек стартер, те казват, че това не е честотен преобразувател, тук е необходимо само да се организира стартиране. Това не е вярно. Мекият стартер е по-труден за избор. Нека се опитаме да разберем каква е тази сложност.

Цел на SCP

Както подсказва името, задачата на устройството е да организира плавен стартасинхронен двигател променлив ток. Факт е, че по време на директен старт (т.е. когато двигателят е свързан към мрежата с помощта на конвенционален стартер), двигателят консумира стартов ток, който е 5-7 пъти по-голям от номиналния ток и развива стартов въртящ момент, който е значително по-висок от оцененият. Всичко това води до две групи проблеми:

1) Стартът е твърде бърз и това води до различни проблеми - хидравлични удари, дръпвания в механизма, ударно избиране на хлабина, счупване на транспортни ленти и др.

2) Началото е тежко и не може да бъде завършено. Тук първо трябва да дефинирате понятието "труден старт" и възможностите за неговото "улесняване" с помощта на мекия стартер. „Тежкият старт“ обикновено включва три вида старт:

а) пусков, "тежък" за захранващата мрежа - мрежата изисква ток, който трудно може да осигури или изобщо не може да осигури. Характеристики: по време на стартиране автоматите на входа на системата се изключват, по време на стартиране светлините изгасват и някои релета и контактори се изключват, захранващият генератор спира. Най-вероятно UPP наистина ще коригира въпроса тук. Все пак трябва да се помни, че в най-добрия случай стартовият ток може да бъде намален до 250%. номинален токдвигател, а ако това не е достатъчно, тогава има само едно решение - необходимо е да се използва честотен преобразувател.
б) Двигателят не може да стартира механизма при директен старт - той изобщо не се върти или "замръзва" на определена скорост и остава на нея до задействане на защитата. Уви, мекият стартер няма да му помогне - двигателят няма достатъчно въртящ момент на вала. Възможно е честотен преобразувател да се справи със задачата, но този случай изисква разследване.
в) Двигателят уверено ускорява механизма, но няма време да достигне номиналната честота - автоматичната машина на входа се задейства. Това често се случва при тежки вентилатори с доста висока скорост. Мекият стартер най-вероятно ще помогне тук, но рискът от повреда остава. Колкото по-близо е механизмът до номиналната скорост в момента на действие на защитата, толкова по-голяма е вероятността за успех.

Организация на стартиране с мек стартер

Принципът на работа на софтстартера е, че напрежението, подавано от мрежата през софтстартера към товара, се ограничава от специални силови превключватели - триаци (или контрапаралелно свързани тиристори) - вижте фиг. 1. В резултат на това напрежението на товара може да се регулира.

Малко теория: процесът на стартиране е процес на трансформация електрическа енергияизточник на енергия в кинетичната енергия на механизма, работещ при номинална скорост. По много опростен начин този процес може да се опише по следния начин: по време на ускорение съпротивлението на двигателя R нараства от много малко, когато двигателят е спрян, до доста голямо при номинална скорост, така че токът, който според закона на Ом е равен да се:

I = U / R (1)

се оказва много голям, а преносът на енергия

E \u003d P x t \u003d I x U x t (2)

много бързо. Ако между мрежата и двигателя е инсталиран софтстартер, тогава формула (1) действа на неговия изход, а формула (2) действа на входа. Ясно е, че токът и в двете формули е еднакъв. Софтстартерът ограничава напрежението на двигателя, като постепенно го увеличава, докато ускорява след увеличаването на съпротивлението, като по този начин ограничава консумирания ток. Следователно, съгласно формула (2), при постоянна необходима енергия E и мрежово напрежение U, колкото по-нисък е токът I, толкова по-дълго е времето за стартиране t. От това може да се види, че чрез намаляване на напрежението, както проблемите, свързани с твърде бързо стартиране, така и проблемите, свързани с висок токконсумирани от мрежата.

Нашите изчисления обаче не взеха предвид товара, който се нуждае от допълнителен въртящ момент, за да се ускори, и съответно допълнителен ток, така че е невъзможно да се намали твърде много тока. Ако натоварването е високо, тогава въртящият момент на вала на двигателя може да не е достатъчен дори при директен старт, да не говорим за старт при ниско напрежение - това е опцията за твърд старт "b", описана по-горе. Ако с намаляване на тока въртящият момент се окаже достатъчен за ускорение, но времето във формула (2) се увеличи, тогава машината може да работи - от нейна гледна точка времето за протичане на ток, значително надвишаващо номиналната стойност е неприемливо дълга (опция за твърд старт "c").

Основните характеристики на софтстартера. Възможност за текущ контрол. По същество това е способността на софтстартера да регулира напрежението, така че токът да се променя според дадена характеристика. Тази функция обикновено се нарича старт в текущата функция. Най-простите софтстартери, които нямат такава възможност, просто регулират напрежението във функция на времето - т.е. напрежението на двигателя постепенно се увеличава от първоначалното до номиналното за определено време. В много случаи това е достатъчно, особено при решаване на проблеми от група 1. Но ако основната причина за инсталиране на софтстартер е ограничението на тока, тогава точното регулиране е необходимо. Тази функция е особено важна, когато поради ограничената мощност на мрежата (малък трансформатор, слаб генератор, тънък кабел и др.) превишаването на максимално допустимия ток е изпълнено с авария. В допълнение, меките стартери с контрол на тока могат да реализират плавното му увеличаване в началото на процеса на стартиране, което е особено важно при работа от генератори, които са много чувствителни към внезапни скокове на натоварване.

Необходимостта от маневриране.

В края на процеса на стартиране и достигане номинално напрежениена двигателя е желателно да премахнете мекия стартер от силовата верига. За целта се използва байпасен контактор, свързващ входа и изхода на софтстартера по фази (виж фиг. 2).

По команда от софтстартера този контактор се затваря и токът протича около устройството, което позволява на силовите му елементи да се охладят напълно. Въпреки това, дори при липса на шунтова верига, когато номиналният ток протича през триаците по време на цялата работа на двигателя мощност ток, тяхното нагряване в сравнение с режима на стартиране се оказва малко, следователно много меки стартери позволяват работа без маневриране. Цената за тази възможност е малко по-нисък номинален ток и значително увеличение на теглото и размерите поради радиатора, необходим за отстраняване на топлината от превключвателите на захранването. Някои софтстартери са изградени на обратния принцип - в тях вече е вграден байпасен контактор и те не са проектирани да работят без байпас, поради което поради намаляването на охлаждащите радиатори техните размери се оказват минимални. Това има положителен ефект както върху цената, така и върху получената схема на свързване, но времето им на работа в режим на стартиране е по-малко в сравнение с други устройства.

Брой регулируеми фази.

Според този параметър софтстартерите се разделят на двуфазни и трифазни. При двуфазен, както подсказва името, ключовете се монтират само в две фази, докато третата е свързана директно към двигателя. Плюсове - намалено отопление, намален размер и цена.

Минуси - нелинейно и асиметрично във фазите потребление на ток, което, макар и частично компенсирано от специални алгоритми за управление, все още влияе негативно на мрежата и двигателя. Въпреки това, при редки стартирания, тези недостатъци могат да бъдат пренебрегнати.

Дигитален контрол.Системата за управление на софтстартера може да бъде цифрова и аналогова. Цифровите софтстартери обикновено се изпълняват на микропроцесор и позволяват много гъвкав контрол на процеса на работа на устройството и реализират различни допълнителни функциии защита, както и осигуряват удобна индикация и комуникация със системите за управление от по-високо ниво. Управлението на аналоговия софтстартер използва оперативни елементи, така че тяхната функционалност е ограничена, настройката се извършва от потенциометри и превключватели, а комуникацията с външни системи за управление обикновено се осъществява с помощта на допълнителни устройства.

Допълнителни функции

защита.С изключение на вашия Главна функция- организация на мек старт - меките стартери съдържат комплекс от защита на механизма и двигателя. По правило този комплекс включва електронна защита срещу претоварване и повреди на захранващата верига. Допълнителният комплект може да включва защита срещу превишаване на времето за стартиране, срещу фазов дисбаланс, промяна на последователността на фазите, твърде нисък ток (защита срещу кавитация в помпи), от прегряване на радиаторите на софтстартера, от намаляване на честотата на мрежата и др. Много модели могат да бъдат свързани към термистор или термично реле, вградено в двигателя. Трябва обаче да се помни, че мекият стартер не може да защити себе си или мрежата от късо съединение в веригата на натоварване. Разбира се, мрежата ще бъде защитена от въвеждаща машина, но мекият стартер неизбежно ще се провали в случай на късо съединение. Някаква утеха може да бъде само, че късо съединение с правилна инсталация не възниква незабавно и в процеса на намаляване на съпротивлението на натоварване софтстартерът определено ще се изключи, но не трябва да го включвате отново, без да установите причината за изключването .

Намалена скорост.Някои софтстартери са в състояние да реализират така нареченото псевдочестотно управление - прехвърляне на двигателя към намалена скорост. Може да има няколко от тези намалени скорости, но те винаги са строго определени и не могат да бъдат регулирани от потребителя.

Освен това работата при тези скорости е силно ограничена във времето. По правило тези режими се използват в процеса на отстраняване на грешки или когато е необходимо да се прецизира механизмът в желана позицияпреди започване на работа или в нейния край.

Спиране. Доста модели могат да се прилагат към намотката на двигателя D.C., което води до интензивно спиране на задвижването. Тази функция обикновено е необходима на системи с активно натоварване– елеватори, наклонени конвейери, т.е. системи, които могат да се движат сами при липса на спирачка. Понякога тази функция е необходима за предварително стартиране на вентилатор, който се върти в обратна посока поради течение или действието на друг вентилатор.

Старт с натискане.Използва се в механизми с висок стартов момент. Функцията се състои в това, че в самото начало на стартирането към двигателя се подава пълно мрежово напрежение за кратко време (части от секундата) и механизмът се поврежда, след което се получава допълнително ускорение в нормален режим.

Пестене на енергияв натоварването на помпата и вентилатора. Тъй като мекият стартер е регулатор на напрежението, при леко натоварване е възможно да се намали захранващото напрежение, без да се нарушава работата на механизма.

Това дава икономия на енергия, но не трябва да забравяме, че тиристорите в режим на ограничаване на напрежението са нелинеен товар за мрежата с всички произтичащи от това последствия.

Има и други възможности, които производителите включват в своите продукти, но обемът на една статия не е достатъчен, за да ги изброим.

Метод на избор

Сега да се върнем там, откъдето започнахме - към избора на конкретно устройство.

Много от дадените съвети за избор на честотен преобразувател важат и тук: първо изберете серии, които отговарят на техническите изисквания за функционалност, след това изберете тези, които покриват диапазона на мощността за конкретен проект, а от останалите изберете желаната серия според други критерии - производител, доставчик, сервиз, цена, размери и др.

Ако трябва да изберете мек стартер за помпа или вентилатор, който стартира не повече от два или три пъти на час, тогава можете просто да изберете модел, чийто номинален ток е равен или по-голям от номиналния ток на стартирания двигател. Този случай обхваща около 80% от приложенията и не изисква консултация със специалист. Ако честотата на стартирания на час надвишава 10, тогава трябва да се вземат предвид както необходимото ограничение на тока, така и необходимото закъснение при стартиране. В този случай е много желана помощта на доставчик, който като правило разполага с програма за избор на желания модел или поне алгоритъм за изчисление. Данни, които ще са необходими за изчислението: номинален ток на двигателя, брой пускания на час, необходима продължителност на пускане, необходимо ограничаване на тока, необходима продължителност на спиране, околна температура, очаквано маневриране.

Ако двигателят стартира повече от 30 пъти на час, тогава си струва да обмислите използването на честотен преобразувател като алтернатива, тъй като дори изборът на по-мощен модел на софтстартер може да не реши проблема. И цената му вече ще бъде съпоставима с цената на конвертора със значително по-малка функционалност и сериозно влияние върху качеството на мрежата.

Връзка

В допълнение към очевидното свързване на устройството към мрежата и двигателя е необходимо да се определи маневрирането.

Въпреки факта, че байпасният контактор ще превключи номиналния, а не стартовия ток на двигателя, все пак е желателно да се използва модел, предназначен за директно стартиране - поне за прилагане на авариен режим. Когато свързвате, обърнете внимание Специално вниманиеза фазиране - ако погрешно свържете например фаза А на входа на софтстартера с друга фаза на изхода, тогава при първото включване на байпасния контактор ще възникне късо съединение и устройството ще бъде деактивирано.

Някои софтстартери позволяват така нареченото шестпроводно свързване, чиято схема е показана на фиг. 3. Тази връзка изисква повече кабели, но позволява софтстартерът да се използва с двигател, който е много по-голям от самия софтстартер.

При инсталирането на мекия стартер трябва да се има предвид още едно свойство, което често води до недоразумения (виж тежък старт "c"). При изчисляване уводна машиназа двигател, свързан директно към мрежата, се вземат предвид номиналният ток на двигателя, който протича дълго време, и пусковият ток, който протича само за няколко секунди. При използване на мекия стартер стартовият ток е значително по-малък, но тече много по-дълго - до минута или повече. Автоматът не може да "разбере" това и смята, че изстрелването е приключило отдавна, а протичащият ток, многократно по-висок от номиналния, е следствие от спешен случай, и изключва системата. За да избегнете това, или инсталирайте специална машина с възможност за задаване на допълнителен режим за процеса на плавен старт, или изберете машина с номинален ток, съответстващ на стартовия ток, когато използвате мекия стартер. Във втория случай тази машина няма да може да защити двигателя от претоварване, но самият софтстартер изпълнява тази функция, така че защитата на двигателя няма да бъде засегната.

Нека да обобщим. Ако механизмът, чийто старт искате да направите по-плавен, се вписва във всички ограничения, изброени в тази статия, и възможностите, предоставени от наличните модели софтстартери, ви подхождат, тогава вашият избор е софтстартер. Спестяванията в сравнение с използването на честотен преобразувател (смяна на захранващия трансформатор, увеличаване на мощността на генератора, смяна на кабела с по-дебел - изберете вашия случай) ще бъдат забележими. Ако по някаква причина софтстартерът не е подходящ, отново обърнете внимание на честотните преобразуватели, които, макар и по-скъпи, са много по-функционални.

д-р Руслан Хусаинов, технически директор на ЗАО "Сантерно" (Москва)

реклама

електрическо задвижване 25.07.2017 Yaskawa Electric Corporation обяви създаването на първия в света серво мотор с интегриран полупроводников усилвател от галиев нитрид. Серво моторът Σ-7 F е наполовина по-малък от конвенционалните задвижвания, което позволява по-компактни и ефективни решения.

Този раздел е посветен на теоретични основичестотно регулиране и принципите на работа на софтстартера.

Как работи честотният преобразувател

Честотен преобразувател- устройство, което ви позволява да контролирате скоростта на въртене на електродвигателите чрез промяна на честотата на електрическия ток.

За да разберете процеса на регулиране на честотата, първо трябва да запомните принципа на работа от курса по електротехника асинхронен двигател.

Въртенето на вала на двигателя се дължи на магнитно полегенерирани от намотките на статора. Синхронната честота на въртене на магнитното поле зависи от честотата на захранващото напрежение f и се изразява със следната връзка:

където p е броят на двойките полюси на магнитното поле.

Под действието на товара скоростта на въртене на ротора на електродвигателя се различава донякъде от скоростта на въртене на магнитния мол на статора поради приплъзване s:

Следователно честотата на въртене на ротора на електродвигателя е зависимост от честотата на захранващото напрежение:

По този начин необходимата скорост на вала на двигателя np може да се получи чрез промяна на честотата на мрежовото напрежение f. Приплъзването не се увеличава с промяна на скоростта на въртене и съответно загубите на мощност по време на процеса на регулиране са незначителни.

За ефективна работа на електрическото задвижване и осигуряване на максимални стойности на основните характеристики на електродвигателя е необходимо да се променя захранващото напрежение заедно с честотата.

Функцията за промяна на напрежението от своя страна зависи от естеството на момента на натоварване. При постоянен въртящ момент на натоварване Mc = const, напрежението на статора трябва да се регулира пропорционално на честотата:

За случаи с режим вентилатор:

Когато въртящият момент на товара е обратно пропорционален на скоростта:

По този начин се осигурява плавно регулиране на честотата чрез едновременно регулиране на честотата и напрежението върху статора на асинхронния двигател.

Фиг. 1. Схема на честотния преобразувател

На фиг. 1. Показана е типична блокова схема на честотен преобразувател за ниско напрежение. В долната част на фигурата за всеки блок са ясно показани графики на входни и изходни напрежения и токове.

Първо, мрежовото напрежение (U BX) се подава към входа на токоизправителя (1). Освен това се използва кондензаторен филтър (2) за изглаждане на изправеното напрежение (U REP). Тогава вече постоянно налягане(U d) се подава на входа на инвертора (3), където токът се преобразува от DC обратно в AC, като по този начин се формира изходен сигнал с необходимото напрежение и честота. За получаване на синусоидален сигнал се използва изглаждащ филтър (4)

За по-добро разбиране на принципа на работа на инвертора, разгледайте електрическата схема на честотния преобразувател на фиг. 2

Ориз. 2- електрическа схемачестотен преобразувател за ниско напрежение

По принцип инверторите използват метода на широчинно-импулсната модулация (PWM). Принципът на този метод е последователно включване и изключване на ключовете на генератора, образувайки импулси с различна продължителност (фиг. 3). Синусоидалният сигнал се получава поради индуктивността на двигателя или използването на допълнителен изглаждащ филтър.

Ориз. 3. Изход на честотен инвертор

По този начин, контролирайки процеса на включване и изключване на инверторните превключватели, можем да генерираме изходен сигнал с желаната честота и следователно да контролираме технологичните параметри на механизма чрез промяна на скоростта на задвижване.

Теория и принцип на действие на софтстартера

Поради особеностите на преходните процеси, протичащи при стартиране на електродвигателя, токовете на намотките достигат 6-8 пъти номиналния ток на електродвигателя, а въртящият момент на неговия вал достига 150-200% от номинална стойност. В резултат на това се увеличава рискът от повреда на механичната част на двигателя, а също така води до спад на захранващото напрежение.

За да се решат тези проблеми на практика, софтстартери за електродвигатели, осигурявайки постепенно увеличаване на текущото натоварване.

В допълнение към намаляването на текущите натоварвания, меките стартери ви позволяват да: .

• Намалете нагряването на намотките на двигателя;
• Намалете падането на напрежението по време на стартиране;
• Осигурете спиране и последващо стартиране на двигателя в зададеното време;
• Намалете водния удар в тръбопроводите под налягане, когато работите като част от помпено задвижване;
• Намалете електромагнитните смущения;
• Осигурява цялостна защита на електродвигателя при отпадане на фаза, пренапрежение, заглушаване и др.;
• Увеличете надеждността и издръжливостта на системата като цяло.

Принципът на действие на SCP

Типична схема на софтстартер е показана на фиг. един

Ориз. 1. Типична схема на мек стартер

Чрез промяна на ъгъла на отваряне на тиристорите се регулира изходното напрежение на софтстартера. Колкото по-голям е ъгълът на отваряне на тиристора, толкова по-голяма е стойността на изходното напрежение, захранващо електродвигателя.

Ориз. 2. Формиране на изходното напрежение на софтстартера

Като се има предвид, че големината на въртящия момент на асинхронния двигател е пропорционална на квадрата на напрежението, намаляването на напрежението намалява големината на въртящия момент на вала на двигателя. Използвайки този метод, стартовите токове на електродвигателя се намаляват до стойност от 2 ... 4 I NOM, докато времето за ускорение леко се увеличава. Визуална промяна в механичните характеристики на асинхронен електродвигател с намаляване на напрежението е показана на фиг. 3

Фиг. 3. Механични характеристики на двигателя

Намаляването на текущото натоварване по време на плавен старт на електродвигателя е ясно показано на фиг. четири.

Ориз. 4. Показана е диаграма за плавен старт на индукционния двигател

На фиг. 1. Показана е типична схема на софтстартер, но си струва да се отбележи, че действителната схема на софтстартер ще зависи основно от условията на работа. Например домакински инструмент и задвижващ двигател на промишлена трошачка изискват различни устройства за плавно пускане. Най-важните параметри, които определят режимите на работа на софтстартерите, са времето за пускане и максималният свръхток.

В зависимост от тези параметри се разграничават следните режими на работа на меките стартери:

• нормално: стартиране 10-20 секунди, ток при стартиране не повече от 3,5 I ном.
• тежък: стартиране около 30 секунди, токът при стартиране не надвишава 4,5 I ном
• Супер тежък: Неограничено време за ускорение, високоинерционни системи, стартов ток в диапазона 5,5…8 I nom

Устройствата за плавно пускане могат да бъдат разделени на следните основни групи:

1. Пускови регулатори на въртящия момент
Този тип устройство управлява само една фаза трифазен двигател. Еднофазното управление позволява да се намали стартовият момент на двигателя, но в същото време намаляването на стартовия ток е незначително. Устройствата от този тип не могат да се използват за намаляване на текущите натоварвания по време на периода на стартиране, както и за стартиране на товари с висока инерция. Те обаче са намерили приложение в системи с монофазни асинхронни двигатели.

2. Регулатори на напрежение с отворена верига
Този тип устройство работи на следния принцип: потребителят задава първоначалната стойност на напрежението и времето на неговото покачване до номиналната стойност и обратно. Регулаторите на напрежение без обратна връзка могат да управляват както две, така и три фази на електродвигателя. Такива регулатори осигуряват намаляване на стартовия ток чрез намаляване на напрежението по време на процеса на стартиране.

3. Регулатори на напрежение с обратна връзка
Този тип софтстартер е по-усъвършенстван модел на описаните по-горе устройства. Наличието на обратна връзка ви позволява да контролирате процеса на увеличаване на напрежението, постигайки оптималния режим на стартиране на електродвигателя. Данните за текущото натоварване също ви позволяват да организирате цялостна защита на електродвигателя срещу претоварване, фазов дисбаланс и др.

4. Токови регулатори с обратна връзка
Токовите контролери със затворен контур са най-модерните устройства за плавно пускане. Принципът на работа се основава на директно регулиране на тока, а не на напрежението. Това ви позволява да постигнете най-точния контрол на старта на електродвигателя, а също така улеснява настройката и програмирането на мекия стартер.

Кой иска да се напряга, да харчи парите и времето си за преоборудване на устройства и механизми, които вече работят перфектно? Както показва практиката - много. Въпреки че не всеки в живота се сблъсква с промишлено оборудване, оборудвано с мощни електрически двигатели, те постоянно срещат, макар и не толкова ненаситни и мощни, електрически двигатели в ежедневието. Е, със сигурност всички са използвали асансьора.

Факт е, че практически всеки електродвигател, в момента на стартиране или спиране на ротора, изпитва огромни натоварвания. Колкото по-мощен е двигателят и оборудването, което задвижва, толкова по-големи са разходите за експлоатацията му.

Вероятно най-значителното натоварване, което пада върху двигателя по време на стартиране, е многократно, макар и краткотрайно, превишаване на номиналния работен ток на уреда. След няколко секунди работа, когато електродвигателят достигне номиналната си скорост, токът, консумиран от него, също ще се върне към нормалното си ниво. За осигуряване на необходимото захранване трябва да се увеличи капацитетът на електрическото оборудване и проводимите линиикоето вдига цените им.

При стартиране на мощен електродвигател, поради високата му консумация, настъпва "източване" на захранващото напрежение, което може да доведе до неизправност или повреда на оборудването, захранвано с него от същата линия. Освен това се намалява експлоатационният живот на захранващото оборудване.

В случай на аварийни ситуации, които са довели до изгаряне на двигателя или неговото силно прегряване, свойствата на трансформаторната стомана могат да се променяттолкова много, че след ремонт двигателят ще загуби до тридесет процента от мощността. При такива обстоятелства той вече не е подходящ за по-нататъшна работа и изисква подмяна, която също не е евтина.

За какво е плавен старт?

Изглежда, че всичко е правилно и оборудването е предназначено за това. Но винаги има едно „но“. В нашия случай има няколко:

• в момента на стартиране на електродвигателя захранващият ток може да надвиши номиналния с четири и половина до пет пъти, което води до значително нагряване на намотките и това не е много добро;
• стартирането на двигателя чрез директна връзка води до сътресения, които засягат предимно плътността на едни и същи намотки, увеличавайки триенето на проводниците по време на работа, ускорява разрушаването на тяхната изолация и с течение на времето може да доведе до късо съединение между завоите;
• гореспоменатите трептения и вибрации се предават на целия задвижван агрегат. Никак не е здравословно, т.к може да причини повреда на движещите се части: системи предавки, задвижващи ремъци, транспортни ленти или просто си представете, че се возите в потрепващ асансьор. При помпите и вентилаторите това е рискът от деформация и разрушаване на турбини и лопатки;
• не забравяйте за продуктите, които може да са на производствената линия. Те могат да паднат, да се раздробят или да се счупят поради такъв удар;
• Е, и вероятно последната от точките, които заслужават внимание, е цената на експлоатацията на такова оборудване. Говорим не само за скъпи ремонти, свързани с чести критични натоварвания, но и за осезаемо количество неефективно изразходвана електроенергия.

Изглежда, че всички горепосочени оперативни трудности са присъщи само на мощен и тромав индустриално оборудване, Обаче не е така. Всичко това може да се превърне в главоболие за всеки средностатистически лаик. На първо място, това се отнася за електрически инструменти.

Спецификата на използването на такива агрегати като електрически прободни триони, бормашини, шлифовъчни машини и други подобни включва многократни цикли на стартиране и спиране в относително кратък период от време. Този режим на работа в същата степен влияе върху тяхната издръжливост и консумация на енергия, както и на индустриалните им аналози. Не бива обаче да се забравя, че системите плавен старт не може да контролира оборотите на двигателяили да обърнат посоката им. Също така е невъзможно да се увеличи началният въртящ момент или да се намали токът под необходимия за стартиране на въртенето на ротора на двигателя.

Опции за системи за плавен старт на електродвигатели

Система звезда-триъгълник

Една от най-широко използваните индустриални стартови системи асинхронни двигатели. Основното му предимство е простотата. Двигателят стартира, когато намотките на звездната система се превключват, след което, когато се зададе номиналната скорост, той автоматично превключва на триъгълник. Този вид начало ви позволява да постигнете ток с почти една трета по-нисъкотколкото при директен старт на електродвигателя.

Този метод обаче не е подходящ за механизми с малка ротационна инерция. Те включват например вентилатори и малки помпи поради малкия размер и тегло на техните турбини. По време на прехода от конфигурацията "звезда" към "делта" те рязко ще намалят скоростта или ще спрат напълно. В резултат на това, след превключване, електрическият двигател по същество се рестартира. Тоест, в крайна сметка не само ще постигнете спестявания на ресурса на двигателя, но най-вероятно ще получите преразход на електроенергия.

Електронен софтстартер на двигателя

Плавният старт на двигателя може да се извърши с помощта на триаци, включени в управляващата верига. Има три схеми за такова включване: еднофазни, двуфазни и трифазни. Всеки от тях се различава съответно по функционалност и крайна цена.

Тези схеми обикновено възможно е да се намали стартовият токдо две или три номинални. Освен това е възможно да се намали значителното нагряване, присъщо на гореспоменатата система звезда-триъгълник, което допринася за увеличаване на експлоатационния живот на електродвигателите. Поради факта, че стартирането на двигателя се контролира чрез намаляване на напрежението, ускорението на ротора се извършва плавно, а не рязко, както при други схеми.

Като цяло, няколко ключови задачи се възлагат на системите за плавен старт на двигателя:

• основният - намаляване на стартовия ток до три или четири номинални;
• намаляване на захранващото напрежение на двигателя, при наличие на подходящи мощности и окабеляване;
• подобряване на стартовите и спирачните параметри;
• аварийна защита на мрежата срещу токови претоварвания.

Монофазна стартова верига

Тази схема е предназначена за стартиране на електрически двигатели с мощност не повече от единадесет киловата. Тази опция се използва, ако е необходимо да се смекчи ударът при стартиране, а спирането, мекият старт и намаляването на стартовия ток нямат значение. Преди всичко поради невъзможността последните да бъдат организирани в такава схема. Но поради по-евтиното производство на полупроводници, включително триаци, те са преустановени и рядко се срещат;

Двуфазна стартова верига

Такава схема е предназначена за регулиране и стартиране на двигатели с мощност до двеста и петдесет вата. Такива системи за плавен старт понякога оборудван с байпасен контакторда се намали цената на устройството, но това не решава проблема с асиметричното захранване на фазите, което може да доведе до прегряване;

Трифазна стартова верига

Тази схема е най-надеждната и универсална система за плавен старт за електрически двигатели. Максималната мощност на двигателите, управлявани от такова устройство, е ограничена изключително от максималната термична и електрическа издръжливост на използваните триаци. Неговата гъвкавостта ви позволява да реализирате много функциикато: динамична спирачка, обратно движение или магнитно поле и балансиране на ограничаване на тока.

Важен елемент от последната от споменатите вериги е байпасният контактор, който беше споменат по-рано. Той позволява да се осигури правилен термичен режим на системата за плавен старт на електродвигателя, след като двигателят достигне нормалните си работни обороти, като го предпазва от прегряване.

Съществуващите днес устройства за плавно пускане на електрически двигатели, в допълнение към горните свойства, са предназначени за съвместна работа с различни контролери и системи за автоматизация. Имат възможност за включване по команда на оператора или глобалната система за управление. При такива обстоятелства, в момента на включване на товарите, може да възникне смущение, което може да доведе до неизправности в работата на автоматизацията и следователно си струва да се погрижите за системите за защита. Използването на схеми за плавен старт може значително да намали тяхното въздействие.