Плавный пуск асинхронного электродвигателя
Мягкий пускатель — устройство и применение
Soft Starter Toshiba TMC7 — пример мягкого пускателя
При словах «мягкий пускатель» у человека, далёкого от электроники, возникает ассоциация — что-то мягкое, набитое поролоном или ватой.
Но давайте серьезно рассмотрим это замечательное устройство, выясним, что у него внутри и с какой стороны к нему подходить.
Понятие «мягкий» относится не к самому пускателю, а к пуску двигателя, который подключается через такой пускатель.
Имеется ввиду, как правило, асинхронный электрический двигатель с короткозамкнутым ротором. Это самый распространенный тип двигателей. По моим наблюдениям, в 95% случаев в промышленном оборудовании применяются именно асинхронные двигатели.
Я уже писал в статье про подключение электродвигателей, что двигателя можно подключать различными способами — прямой подачей напряжения через контактор, через твердотельное реле, через схему «звезда-треугольник», через частотный преобразователь. По приведенным ссылкам рекомендую перейти, если эта тема интересует, там много интересного.
А вот — пример реального практического применения устройства плавного пуска (мягкого пускателя), монтировал и изменял схему я сам.
Так вот, если контактор и твердотельное реле включают двигатель «жёстко» (БАХ! — и поехали), то мягкий пускатель позволяет запустить двигатель плавно. Поэтому его ещё называют плавным пускателем, устройством плавного пуска или soft starter.
Причём, пускатель на то и пускатель, что он полностью обеспечивает все потребности двигателя в пуске, останове и защите.
Ещё раз призываю не путать контактор и пускатель, вот моя статья, в которой я подробно объяснил различия.
Где используются мягкие пускатели
Мягкие пускатели целесообразно применять там, где существует большая нагрузка на валу в момент включения двигателя.
Большая нагрузка может быть за счет большой инерции ротора двигателя, а также за счет собственно нагрузки (потребителя). Имеется ввиду такая нагрузка, как конвейера, имеющие большую протяженность и перемещающие хрупкие предметы, вентиляторы, имеющие массивную крыльчатку, а также различные насосы и компрессора.
Кроме того, иногда очень важно обеспечить не только плавный пуск, но и плавный останов. Например, при питании тех же конвейеров, чтобы предметы не попадали или не сместились. Либо в насосном оборудовании, для предотвращения гидроудара при выключении.
Мягкий старт двигателей при помощи мягких пускателей и преобразователей частоты успешно решает все эти проблемы, а также даёт другие преимущества, предоставляя полную свободу в управлении двигателем.
Пару десятков лет назад, до развития электронных устройств пуска, при необходимости управления приводом применялись двигатели постоянного тока, управлять которыми проще. Однако, и стоят они дороже асинхронных.
Также применялись двухскоростные асинхронные двигатели.
Выбор
При выборе мягкого пускателя вполне логично руководствоваться прежде всего мощностью подключаемого электромотора.
Однако, если мотор имеет тяжелые условия пуска, а также при частом включении/выключении, необходим запас по мощности.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Дело в том, что мягкий пускатель устроен так, что не может долго тянуть двигатель на напряжении ниже номинального. Поскольку для этого применяются тиристоры, а они греются. И им нужно время, чтобы остыть и подготовиться «морально» для очередного пуска или останова. Во время нормальной работы, когда двигатель работает на номинале, тиристоры полностью открыты, напряжение на них стремится к нулю, и они практически не греются.
В мощных плавных пускателях, чтобы не напрягать тиристоры при выходе двигателя на номинал, используют шунтирующий контактор (байпас), который может быть как встроенным, так и внешним.
Основные параметры
1. Время разгона (передняя рампа). Название говорит за себя. Чем меньше время разгона, тем труднее двигателю, и тем меньше смысла использовать мягкий пускатель. Обычное время разгона — 10…20 сек. Чем больше это время, тем труднее мягкому пускателю — тиристоры не могут работать в таком режиме длительное время, греются. Другое название параметра — наклон характеристики разгона.
2. Время торможения (замедления), задняя рампа. То же самое, но напряжение плавно понижается. Другое название — наклон характеристики торможения.
3. Начальное напряжение. Если это значение выставить малым, то двигатель будет плавно набирать обороты. Если очень малым — может вообще не тронуться. Оптимально — выставить такой минимальный уровень, при котором мотор гарантированно начнет вращаться при включении.
4. Ограничения тока. Тут принцип такой же, как и у теплового реле, которое защищает двигатель от перегрузки. Только реле не может долго терпеть, и отключает цепь пуска, а мягкий пускатель ограничивает ток двигателя на установленном уровне. Например, при разгоне ток некоторое время может составлять 120-140% от номинала, это нормально. Ток будет сохраняться на уровне ограничения, затем напряжение продолжит увеличиваться до номинала.
5. Номинальный ток. Этот параметр используется для защиты двигателя в процессе работы, и аналогичен работе теплового реле — отключает двигатель, если ток превысил уставку.
Схема включения
Схемы включения софт стартеров могут отличаться для разных моделей, но смысл один.
Выделю основные тезисы.
1. Три фазы на входе, три фазы — на выходе.
2. Система управления пуском/стопом — двухпроводная (переключатель) либо трехпроводная (две кнопки, Пуск и Стоп):
Схема управления мягкого пускателя
3. Внутреннее реле аварии, которое говорит о ошибке (например, перегрев или перегрузка) и размыкает соответствующую контрольную цепь.
Схема включения мягкого пускателя
Подробнее про схемы включения и пример реального применения мягких пускателей — в этой статье.
Настройка параметров
Рассмотри подробно для примера переднюю панель Плавного пускателя Toshiba TMC7, внешний вид которого показан в самом начале этой статьи.
Плавный пускатель (SoftStarter) Toshiba TMC7 — передняя панель
Reset — сброс ошибок.
Trip codes — коды ошибок, которые индицируются в определенном количестве миганий светодиода Ready.
Вот количество миганий и соответствующая ошибка:
- Проблема с силовой частью
- Превышено время старта
- Перегрузка двигателя
- Перегрев двигателя
- Дисбаланс по фазам
- Частота на входе вышла за пределы 40…72 Гц
- Ошибка чередования фаз
- Ошибка связи (в случае применения дополнительного модуля)
Current Ramp — Нарастание тока при запуске, в процентах и в секундах.
Motor FLC — ток двигателя, в процентах от номинала мягкого пускателя. Параметр защиты двигателя.
Current limit - ограничение тока во время старта
Soft Stop - время мягкого останова. 0 — выбег двигателя (отключение питания, вращение по инерции)
Motor Trip Class — Класс термозащиты двигателя. Чем выше значение, тем медленнее сработает тепловая защита двигателя при перегрузке
AUX relay, Phase rotatoin — функция внутреннего реле, защита от смены фаз от неправильного вращения
Excess Start Time — Превышение времени старта. Двигатель за данное время не смог развить номинальную скорость. Требуется увеличить уровень ограничения тока.
По контактам управления.
С1, С2 — клеммы подключения термистора двигателя. Если термистора нет, устанавливается перемычка.
R33…R44 — выходы функциональных реле
02, 01 — подключение кнопок управления
А2, А1, А3 — выходы для питания цепей управления и контрольных цепей схемы софт стартера.
Защита
Поскольку Soft Starter — это электронное силовое устройство, то для его защиты по входу требуются быстродействующие предохранители. На крайний случай — быстродействующие защитные автоматы с характеристикой В. Я об этом много распространяюсь в статье про твердотельные реле, даю ссылку ещё раз.
С другой стороны (по выходу Мягкого пускателя) надо защитить пускатель и двигатель от длительного перегруза. Это определяется классом срабатывания защиты. Класс срабатывания защиты определяет время пуска при заданном токе двигателя до того, как сработает защита. Существует несколько классов защиты — 10, 20, 30. Чем больше класс, тем большая инерция у системы защиты.
Пояснения — на графике:
Гpафики сpабатывания электpонной системы защиты от пеpегpузки
Ещё важно — устройство плавного пуска часто имеет одну фазу, которая напрямую передается со входа на выход. Особенно это относится к маломощным моделям. Поэтому — не удивляйтесь, если при выключенном двигателе «долбанёт».
Устройство
Небольшой бонус — фотографии разобранного мягкого пускателя Toshiba TMC7 на 45 кВт.
SoftStarter-13-view
Сделано для Австралийского филиала Toshiba в Новой Зеландии в 2007 году…
SoftStarter — плата управления
SoftStarter — плата управления с силовыми контактами
SoftStarter-front, передняя панель
На сегодня всё, задавайте вопросы в комментариях!