Принцип работы плавного пуска

Soft-Starter (дословно мягкий пускатель) – устройство, призванное обеспечить плавный пуск асинхронного двигателя переменного тока с целью снижения пиковых нагрузок на двигатель и питающую сеть, в отечественной технической терминологии получившее название устройство плавного пуска (сокр. УПП).

Таким образом: УПП, устройство мягкого пуска, плавный пускатель, мягкий пускатель, реле плавного пуска, софт-стартер одного поля ягоды.

Откуда ноги растут или проблемы прямого пуска

Простота конструкции, низкая стоимость и высокая надёжность асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором* сделали его самым распространенным преобразователем электрической энергии в механическую.

Наряду с очевидными преимуществами, асинхронные электрические машины имеют ряд недостатков, самым существенным из которых является большой пусковой ток при прямом пуске (непосредственном подключении двигателя к питающей сети при помощи обычного пускателя).

Проявляется этот недостаток “проседанием” сети, когда при пуске электродвигателя отключаются автоматы, мерцают лампочки, и отключаются некоторые реле и контакторы, останавливается питающий генератор, иными словами, от сети требуется ток, который она обеспечить не может.

Причины высокого пускового тока кроются в физических принципах работы асинхронного двигателя, но это тема совсем другой статьи, отметим только, что кратность пускового тока может достигать 5…7 от номинального рабочего тока, что интересно, высокий пусковой ток отнюдь не значит высокий пусковой момент двигателя.

Еще одна характерная проблема прямого пуска двигателя – это пуск “рывком”, приводит на первый взгляд к незаметным последствиям – гидравлическим ударам, рывкам в механизме, проскальзыванию ремней, быстрому износу подшипников, буксованию колес подвижных тележек, большому износу и трению в редукторах.

* А вы знали, что конструкцию асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором разработал известный русский электротехник польско-русского происхождения Михаи́л О́сипович Доли́во-Доброво́льский и получил патент на нее 1889 году. Конструкция получилась настолько совершенной, что принципиально не изменилась по сей день!

Устройство плавного пуска или преобразователь частоты

Иногда путают два класса разных устройств, имеющих в своем активе схожий функционал.

  • Устройства плавного пуска призваны снижать пусковые токи электродвигателей и пиковые потребляемые мощности в электрических сетях, преобразуют напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя при помощи специальных силовых ключей – симисторов (или встречно – параллельно включенных тиристоров).
  • В то время как преобразователи частоты (ПЧ) преобразуют частоту и напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя, конечная цель этого преобразования плавная регулировка скорости вращения выходного вала двигателя.

Да, частотный преобразователь имеет опцию плавного пуска электродвигателя, но значительно более сложное устройство. В общих чертах преобразователь частоты состоит из диодного силового выпрямителя, LC-фильтра, инвертора на дорогостоящих IGBT модулях, системы управления ШИМ, системы автоматического регулирования, и имеет значительный математический вычислительный аппарат.

Так почему не стоит путать УПП и ПЧ? Хотя бы потому, что стоимость последнего минимум в 2-3 раза больше, а с ростом мощности устройства разница в стоимости возрастает. Например, преобразователь частоты INSTART мощностью 37кВт в 4 раза дороже устройства плавного пуска аналогичной мощности, ответ напрашивается сам: если цели регулирования скорости выходного вала двигателя не стоит, а обеспечить мягкий пуск и сохранность механизмов требуется, то зачем переплачивать.

Сводная таблица характеристик УПП, поставляемых компанией ООО «РусАвтоматизация»

Диапазон мощностей Пусковое напряжение от Uн
(ограничение пускового
тока от Iн)
Время пуска /
Время останова
Режим пуска Режимы останова
INSTART SSI 5,5…600 кВт 30…70%
(50…500%)
2…60 с /
0…60 с
Ограничение I; Рампа по U;
Запуск рывком в режиме ограничения I;
Запуск рывком в режиме рампы по U;
Рампа по I; Режим двойного контура
регулирования с ограничением I/U
Свободный выбег;
Плавный останов
AuCom CSX 7,5…110 кВт 30…70%
(нет)
2…20 с /
2…20 с
Рампа по U Свободный выбег;
Плавный останов
AuCom CSX-i 7,5…110 кВт нет
(250…450%)
2…20 с /
2…20 с
Ограничение I; Рампа по I Свободный выбег;
Плавный останов
AuCom EMX3 20…615А нет
(100…600%)
1…180 с /
0…240 с
Ограничение I; Рампа по I;
Адаптивный пуск; Запуск рывком
Свободный выбег;
Плавный останов;
Адаптивное торможение;
Торможение постоянным током
AuCom EMX4 20…579А нет
(100…600%)
1…180 с /
0…240 с
Ограничение I; Рампа по I;
Адаптивный пуск
Свободный выбег;
Плавный останов;
Адаптивное торможение
ONI SFA 5,5…45кВт 40…70%
(нет)
1…20 с /
1…20 с
Рампа напряжения Плавный останов

Выбрать УПП наугад или не переплачивать?

Для эффективного применения устройства плавного пуска важно осуществить правильный выбор устройства по номиналу мощности, не забыв про характеристику нагрузки , различные задачи требуют различных пусковых характеристик и в общих чертах могут быть разделены на три категории:

  1. Нормальный режим работы требует значения пускового тока не более 3,5хIн, при этом время пуска может быть в диапазоне 10…20 с;
  2. Тяжелый режим работы характеризуется наличием момента сопротивления на валу двигателя и требует значения пускового тока до 4,5хIн и время разгона до 30 с;
  3. Очень тяжелый режим работы характеризуется пусковым током до 5,5хIн и длительным временем разгона.

Из вышесказанного вытекают рекомендации по отраслевому применению некоторых моделей УПП:

Устройства плавного пуска серии SSI INSTART – по настоящему универсальная рабочая лошадка, имеет 6 режимов пуска двигателя, позволяет ограничить пусковой ток до 500% от номинального и временем плавного пуска до 60 секунд. INSTART SSI отлично подойдет для категории механизмов с тяжелым пуском дробилки (компрессоры, нагруженные конвейеры).

Кроме того, полноценная трехфазная схема регулирования, встроенные функции защиты нагрузки и коммуникационный интерфейс MODBUS RTU.

Устройства плавного пуска CSX, CSX-i предназначены для регулирования процессов пуска, разгона, торможения трехфазных асинхронных двигателей мощностью до 110 кВт. Модели отличаются функционалом. Первая оснащена функциями контроля напряжения по заданному времени (рампа напряжения), вторая дополнительно имеет встроенные функции защиты нагрузки и контролирует токовые нагрузки (рампа тока, ограничение тока). Коммуникационные интерфейсы доступны опционально.

CSX, CSX-i подходят для категорий механизмов с легким и нормальным режимом пуска (ненагруженный ленточный конвейер, центробежные насосы и вентиляторы).

Из плюсов, серии УПП CSX, CSX-i не требуют применения внешнего контактора, обе модели имеют встроенный шунтирующий контактор.

Устройства плавного пуска EMX3, EMX4 как два брата близнеца мало чем отличаются друг от друга, можно лишь сказать, что EMX4 новая модель, разработанная на основе EMX3, имеет еще более компактный корпус, обладает новыми функциями управления и защиты, а также дополнена новой конструктивной особенностью – использованием встраиваемых плат расширения.

Оба устройства имеют фантастические показатели ограничения пускового тока до 600% от номинального и время разгона до 180 секунд. Устройства с такими характеристиками целесообразно применять для категорий механизмов с очень тяжелым режимом пуска, таким как молотковая или шаровая мельница.

ONI SFA компактное и лаконичное УПП включает модельный ряд до 45кВт. Панель управления поражает своей простотой, всего 3 регулятора не заставят вас долго разбираться в настройках. ONI SFA идеально подойдет для легких нагрузок, таких как центробежные насосы, различные миксеры, сверлильные и токарные станки. Имеет встроенный шунтирующий контактор.

Применение устройства плавного пуска позволяет устранить проблему “проседания” в питающей электрической сети, уменьшить механические ударные воздействия на двигатель и приводной механизм, исключить гидравлические удары, повысив надежность производственных циклов и продлив срок службы основного производственного фонда предприятия.

Данная статья носит исключительно ознакомительный характер. Обратитесь к специалистам компании ООО «РусАвтоматизация» для подбора устройства плавного пуска применительно к вашей категории производственного оборудования.

Во время начала работы мотора, функционирующего при помощи электрической энергии, возникает достаточно большая нагрузка на оборудование со значительным превышением. Также из-за этого может случиться просадка уровня напряжения, что тоже негативно сказывается на работе. В таких случаях требуется устройство плавного пуска электродвигателя, отвечающее за мягкий запуск мотора без побочных эффектов. Это позволяет в полной мере избавиться от негативных последствий для двигателя и техники, а также обеспечить значительное продление срока службы и более эффективное функционирование. Используется подобное оборудование только при взаимодействии с двигателями асинхронного типа.

Читайте также:  Производство полупроводников в россии

Зачем нужно УПП?

Устройство плавного пуска электродвигателя обозначается специальной аббревиатурой УПП – именно под таким наименованием его часто можно встретить в различной справочной литературе или каталогах. Зачем оно требуется в системе? Дело в том, что при запуске двигателя крутящий момент дает очень большую нагрузку, которая значительно превышает номинальную, то же касается и пусковых токов. Все это приводит к появлению ряда неприятных проблем.

  1. Может повредиться изоляция на обмотках, и тогда аппарат прекратит свою работу, запустить его не получится.
  2. Кинематическая цепь может полностью выйти из строя из-за различных повреждений и ударов.
  3. Тяжелый пуск, который не дает устройству работать нормально.

Все эти моменты требуют использования такого приспособления, как устройство плавного пуска двигателя. С ним мотор будет работать нормально, постепенно разгоняясь без лишних рывков, а значит, перегрузки не будут влиять на состояние и работоспособность агрегата. Также это способствует сохранению хорошего состояния изоляции.

Как понять, что происходит тяжелый пуск, и требуется устройство плавного пуска двигателя для нормальной работы? Это явление обычно появляется в определенных случаях, когда его можно распознать по некоторым признакам:

  1. Пуск может быть тяжелым, если используемый источник питания не справляется со своими функциями. В этом случае устройство требует от сети такой ток, который она может выдать только под максимальным напряжением, либо не способна работать с такими параметрами в принципе. При совершении запуска будут отключаться автоматы и элементы системы, начнут мигать лампочки с индикаторами и тоже отключатся, генератор прекратит свою деятельность. Однако стоит учесть, что в такой ситуации установка УПП поможет, только если данная сеть способна дать 250 процентов от номинального имеющегося значения тока, тогда при плавном пуске конкретный двигатель сможет работать от нее. Если же источник питания не способен выдавать такие показания, то и смысла в установке дополнительных устройств нет, они все равно не помогут работе, нужно подключаться к другой сети.
  2. Во время тяжелого пуска работающий двигатель может не запускаться напрямую, видно, что он не начинает двигаться или не может разогнаться до нужной при функционировании скорости, в результате чего срабатывает защитная система. Для решения задачи не поможет УПП, но можно дополнительно попробовать использовать другое устройство – преобразователь частоты, который исправит ситуацию.
  3. В некоторых случаях запуск может быть хорошим, но включается защитный автомат. В этом случае может помочь устройство плавного пуска двигателя, причем, чем ближе конкретная получаемая частота вращения находится непосредственно к номинальной в то время, когда срабатывает защита, тем выше шансы на успех и удачное разрешение этой проблемы.

Некоторые приборы УПП обладают дополнительными функциями, которые способствуют оптимальной работе асинхронных двигателей:

  1. Могут защитить от случайного возникновения короткого замыкания при пуске в ход и последующих повреждений.
  2. Способны предотвратить внезапный обрыв фазы.
  3. С его помощью можно исключить повторное включение, являющее незапланированным.
  4. Защитит от превышения допустимого уровня нагрузок.

Подобные приспособления помогают не только обеспечить плавный и спокойный запуск двигателя без лишних нагрузок на систему, но и провести такую же плавную остановку, которая способствует увеличению срока службы агрегата и более эффективному функционированию. Также один из плюсов использования этого устройства – возможность подобрать ИПБ с меньшей мощностью, если есть необходимость в использовании подобного источника.

Принцип действия механизма

Стартсофтеры – это еще одно название подобных систем, калька с их английского наименования. Они бывают двух типов, которые отличаются по способу действия и особенностям функционирования. Это электрические и механические УПП.

Механический способ регулирования является более простым, поскольку в его основе лежит несложное действие – он принудительно сдерживает нарастающую скорость вращения при запуске, чтобы не дать образоваться слишком большой нагрузке. Для этого применяются различные детали и механизмы, которые воздействуют механическим путем, помогая регулировать работу и получать нужные параметры. Конечно, каждый из этих вариантов обладает своими особенностями и характерными принципами работы, но выполняют они одну и ту же задачу.

Представить способ механического воздействия достаточно легко. Если вращающегося диска коснуться каким-либо предметом, скорость движения замедлится, поскольку возникнет сила трения, направленная в противоположную сторону. Элементу нужно будет больше времени, чтобы разогнаться, и такой процесс будет происходить более плавно. Вот так действуют механические регуляторы.

У электрических регуляторов принцип действия сложнее, там работа осуществляется за счет специальных элементов в электрической цепи, которые ограничивают подачу напряжения. Чтобы разобраться, как именно и по какому типу работает УПП с таким принципом, нужно внимательно изучить сам процесс. Это момент, когда электроэнергия преобразуется в кинетическую, из-за чего и происходит начало работы мотора. Также в это время сопротивление увеличивается – от малых показателей к максимальным. И уровень тока по своей силе действия максимален, о чем говорит закон Ома. Это значит, что поступающая энергия в такой момент, согласно закону, должна передаваться с большой скоростью. А если подключить двигатель с использованием специального стартсофтера, то в действие вступает вторая формула этого закона, в итоге энергия передается по-прежнему с таким же уровнем, быстро, но выходит уже иначе, медленно, поскольку напряжение ограничивается. Чем меньше будет имеющаяся сила тока, тем больший промежуток времени потребуется агрегату на разгон, и при этом он будет плавным.

Существует несколько параметров, от которых следует отталкиваться при необходимости выбора подобного элемента:

  1. Нужно правильно подобрать агрегат таким образом, чтобы его предельная сила тока соответствовала мотору, с которым он будет использоваться – в этом заключается залог нормальной работы.
  2. Существует параметр запусков в час, которых может быть определенное количество, обычно он указывается в эксплуатационных характеристиках УПП, и при работе нельзя превышать это значение.
  3. Напряжение этого устройства не должно быть меньше, чем уровень, который имеется в сети.

Стоит отдельно отметить специализированные УПП для насосов, которые предназначены для снижения гидравлических ударов, негативно влияющих на трубопровод. При полностью заполненных трубах использование такого механизма позволяет практически полностью устранить эти удары, тем самым, продлевая срок службы всей системы коммуникаций. Вот почему приобретение устройства для насоса будет хорошим решением, использовать его можно не только на моторах различных машин.

Есть и устройства плавного запуска, предназначенные для электроинструментов, у них тоже имеется своеобразная специфика, поскольку при работе таких агрегатов получается сочетание динамических нагрузок и больших оборотов, например, можно увидеть это при работе шлифовальной машинки. Характерная особенность состоит в том, что нагрузка возникает не только во время пуска, но и при каждой подаче, поэтому инструменту нужно обеспечить надлежащую защиту.

Управление системами электрического типа

Говоря об электрических стартсофтерах, стоит отметить, что у них бывает два вида управления, которые также отличаются своими характеристиками. Система может быть амплитудной или фазовой.

  1. Первый вариант основывается на постепенном и неспешном увеличении подающегося напряжения, поступающего непосредственно на клеммы, которое мягко и плавно возрастает до максимального показателя. В этом случае можно при использовании техники запускать моторы без проблем с небольшой нагрузкой по минимуму или даже вхолостую.
  2. Фазовые установки не снижают мощность мотора, а регулируют состояние тока по фазам, поэтому можно запустить двигатель даже с большим уровнем нагрузки. Плавное увеличение мощности можно установить и в рабочем режиме.
Читайте также:  Вилка для духового шкафа electrolux

Устанавливать стартсофтер на двигатель или нет – решает каждый владелец агрегата лично для себя. Однако стоит отметить, что за границей запрещено использовать устройства с мощностью более 15 тысяч Вт без УПП. Использование прибора без стартсофтера – не очень хорошая идея, поскольку она значительно сокращает срок службы и ведет к поломкам, а это означает лишние затраты, которые будут гораздо более глобальными, чем расходы на покупку УПП.

Ранее мы обсуждали характеристики преобразователей частоты, а сегодня настал черед устройств плавного пуска (мягких пускателей, плавных пускателей – единый термин пока не устоялся, и в этой статье мы будем использовать термин "устройство плавного пуска" – УПП).

Иногда из уст продавцов приходится слышать мнение о том, что УПП выбрать просто, это, мол, не преобразователь частоты, здесь надо только пуск организовать. Это не так. Устройство плавного пуска выбирать сложнее. Попробуем разобраться, в чем эта сложность состоит.

Назначение УПП

Как следует из названия, задача прибора – организовать плавный пуск асинхронного двигателя переменного тока. Дело в том, что при прямом пуске (то есть при подключении двигателя к питающей сети при помощи обычного пускателя) двигатель потребляет пусковой ток, превышающий номинальный в 5-7 раз, и развивает пусковой момент, существенно превышающий номинальный. Все это приводит к двум группам проблем:

1) Пуск слишком быстрый, и это приводит к различным неприятностям – гидравлическим ударам, рывкам в механизме, ударному выбору люфтов, обрыву транспортерных лент и т.д.

2) Пуск тяжелый, и завершить его не удается. Здесь сначала нужно определиться с термином "тяжелый пуск" и возможностями его "облегчения" при помощи УПП. К "тяжелому пуску" обычно относят три разновидности пуска:

а) пуск, "тяжелый" для питающей сети – от сети требуется ток, который она может обеспечить с трудом или не может вообще. Характерные признаки: при пуске отключаются автоматы на входе системы, в процессе пуска гаснут лампочки и отключаются некоторые реле и контакторы, останавливается питающий генератор. Скорее всего, УПП тут действительно поправит дело. Однако следует помнить, что в лучшем случае пусковой ток удастся снизить до 250% от номинального тока двигателя, и если этого недостаточно, то решение одно – необходимо использовать преобразователь частоты.
б) Двигатель не может запустить механизм при прямом пуске – не крутится вообще или "зависает" на определенной скорости и остается на ней до срабатывания защиты. Увы, УПП ему не поможет – двигателю не хватает момента на валу. Возможно, с задачей справится преобразователь частоты, но этот случай требует исследования.
в) Двигатель уверенно разгоняет механизм, но не успевает дойти до номинальной частоты – срабатывает автомат на входе. Такое часто бывает на тяжелых вентиляторах с достаточно высокой частотой вращения. Устройство плавного пуска здесь, скорее всего, поможет, но риск неудачи сохраняется. Чем ближе механизм к номинальной скорости в момент срабатывания защиты, тем больше вероятность успеха.

Организация пуска при помощи УПП

Принцип работы устройства плавного пуска заключается в том, что напряжение, подаваемое от сети через УПП на нагрузку, ограничивается при помощи специальных силовых ключей – симисторов (или встречно – параллельно включенных тиристоров) – см. рис. 1. В результате напряжение на нагрузке можно регулировать.

Немного теории: процесс пуска – это процесс преобразования электрической энергии источника питания в кинетическую энергию работающего на номинальной скорости механизма. Очень упрощенно этот процесс можно описать так: сопротивление двигателя R в процессе разгона увеличивается от очень маленького при остановленном двигателе до достаточно большого на номинальной скорости, поэтому ток, который по закону Ома равен:

I = U / R (1)

оказывается очень большим, а передача энергии

Е = P х t = I х U х t (2)

очень быстрой. Если между сетью и двигателем установить УПП, то формула (1) действует на его выходе, а формула (2) – на входе. Понятно, что ток в обеих формулах одинаковый. УПП ограничивает напряжение на двигателе, плавно повышая его по мере разгона вслед за ростом сопротивления, ограничивая, таким образом, потребляемый ток. Поэтому по формуле (2) при постоянстве необходимой энергии Е и напряжении сети U чем меньше ток I, тем больше время пуска t. Отсюда видно, что при снижении напряжения будут решаться как проблемы, связанные со слишком быстрым пуском, так и проблемы, связанные со слишком большим током, потребляемым от сети.

Однако в наших выкладках не учитывалась нагрузка, для разгона которой нужен дополнительный момент, и соответственно дополнительный ток, поэтому уменьшать ток слишком сильно нельзя. Если нагрузка велика, то момента на валу двигателя может не хватить даже при прямом пуске, не говоря уже о пуске при пониженном напряжении – это вариант тяжелого пуска "б", описанный выше. Если же при снижении тока момент оказывается достаточным для разгона, но время в формуле (2) растет, то может сработать автомат – с его точки зрения время протекания тока, существенно превышающего номинальный, недопустимо велико (вариант тяжелого пуска "в").

Основные характеристики УПП. Возможность контроля тока. По существу это способность УПП регулировать напряжение так, чтобы ток изменялся по заданной характеристике. Эта функция обычно называется пуском в функции тока. Простейшие УПП, не имеющие такой возможности, просто регулируют напряжение в функции времени – т.е. напряжение на двигателе плавно возрастает от начального до номинального за заданное время. Во многих случаях этого достаточно, особенно при решении проблем группы 1. Но если основная причина установки УПП – ограничение тока, то без его точного регулирования не обойтись. Эта функция особенно важна тогда, когда из-за ограниченной мощности сети (маленький трансформатор, слабый генератор, тонкий кабель и т.п.) превышение предельно допустимого тока чревато аварией. Кроме того, УПП с контролем тока способны реализовать его плавное нарастание в начале процесса пуска, что особенно важно при работе от генераторов, которые очень чувствительны к резким броскам нагрузки.

Необходимость шунтирования.

По окончании процесса пуска и достижении номинального напряжения на двигателе УПП желательно вывести из силовой цепи. Для этого применяется шунтирующий контактор, соединяющий вход и выход УПП пофазно (см. рис. 2).

По команде от УПП этот контактор замыкается, и ток течет в обход прибора, что позволяет его силовым элементам полностью остыть. Однако, даже при отсутствии шунтирующей цепи, когда во все время работы двигателя через симисторы течет номинальный силовой ток, их нагрев по сравнению с режимом пуска оказывается небольшим, поэтому многие УПП допускают работу без шунтирования. Платой за такую возможность оказывается немного меньший номинальный ток и существенное увеличение веса и габаритов за счет радиатора, необходимого для отвода тепла от силовых ключей. Некоторые УПП строятся по обратному принципу – в них шунтирующий контактор уже встроен, и на работу без шунтирования они не рассчитаны, поэтому из-за уменьшения охлаждающих радиаторов их размеры оказываются минимальными. Это положительно сказывается и на цене, и на получающейся схеме подключения, но их время работы в пусковом режиме оказывается меньше по сравнению с другими приборами.

Количество регулируемых фаз.

По этому параметру УПП делятся на двухфазные и трехфазные. В двухфазных, как это следует из названия, ключи установлены только в двух фазах, третья же подключается к двигателю напрямую. Плюсы – снижение нагрева, уменьшение габаритов и цены.

Читайте также:  Опрессовка многожильных проводов наконечниками

Минусы – нелинейное и несимметричное по фазам потребление тока, которое хотя и частично компенсируется специальными алгоритмами управления, все же отрицательно влияет на сеть и двигатель. Впрочем, при нечастых пусках этими недостатками можно пренебречь.

Цифровое управление. Система управления УПП может быть цифровой и аналоговой. Цифровые УПП обычно реализуются на микропроцессоре и позволяют очень гибко управлять процессом работы прибора и реализовывать множество дополнительных функций и защит, а также обеспечивать удобную индикацию и связь с управляющими системами верхнего уровня. В управлении аналоговых УПП используются операционные элементы, поэтому их функциональная насыщенность ограничена, настройка выполняется потенциометрами и переключателями, а связь с внешними системами управления обычно осуществляется при помощи дополнительных устройств.

Дополнительные функции

Защита. Кроме своей основной функции – организации плавного пуска – УПП содержат в себе комплекс защит механизма и двигателя. Как правило, в этот комплекс входит электронная защита от перегрузки и неисправностей силовой цепи. В дополнительный набор могут входить защиты от превышения времени пуска, от перекоса фаз, изменения чередования фаз, слишком маленького тока (защита от кавитации в насосах), от перегрева радиаторов УПП, от снижения частоты сети и т.д. Ко многим моделям возможно подключение термистора или термореле, встроенного в двигатель. Однако следует помнить, что УПП не может защитить ни себя, ни сеть от короткого замыкания в цепи нагрузки. Конечно, сеть будет защищена вводным автоматом, но УПП при коротком замыкании неизбежно выйдет из строя. Некоторым утешением может служить только то, что короткое замыкание при правильном монтаже не возникает мгновенно, и в процессе снижения сопротивления нагрузки УПП обязательно отключится, только не стоит вновь включать его, не установив причину отключения.

Пониженная скорость. Некоторые устройства плавного пуска способны реализовать так называемое псевдочастотное регулирование –перевод двигателя на пониженную скорость. Этих пониженных скоростей может быть несколько, но они всегда строго определены и не поддаются коррекции пользователем.

Кроме того, работа на этих скоростях сильно ограничена по времени. Как правило, эти режимы используются в процессе отладки или при необходимости точной установки механизма в нужное положение перед началом работы или по ее окончании.

Торможение. Довольно много моделей способны подать на обмотку двигателя постоянный ток, что приводит к интенсивному торможению привода. Эта функция обычно нужна в системах с активной нагрузкой – подъемники, наклонные транспортеры, т.е. системы, которые могуг двигаться сами собой при отсутствии тормоза. Иногда эта функция нужна для предпусковой остановки вентилятора, вращающегося в обратную сторону из-за тяги или действия другого вентилятора.

Толчковый пуск. Используется в механизмах, имеющих высокий момент трогания. Заключается функция в том, что в самом начале пуска на двигатель кратковременно (доли секунды) подается полное напряжение сети, и происходит срыв механизма с места, после чего дальнейший разгон происходит в обычном режиме.

Экономия энергии в насосно-вентиляторной нагрузке. Поскольку УПП представляет собой регулятор напряжения, то при малой нагрузке можно снизить напряжение питания без ущерба для работы механизма.

Экономию энергии это дает, но не следует забывать, что тиристоры в режиме ограничения напряжения являются нелинейной нагрузкой для сети со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Есть и другие возможности, которые производители закладывают в свои изделия, но для их перечисления объема одной статьи недостаточно.

Методика выбора

Теперь вернемся к тому, с чего мы начинали – к выбору конкретного прибора.

Многие советы, данные для выбора преобразователя частоты, действуют и здесь: сначала следует отобрать серии, отвечающие техническим требованиям по функциональности, затем выбрать из них те, которые охватывают диапазон мощностей для конкретного проекта, и из оставшихся выбрать нужную серию в соответствии с другими критериями – производитель, поставщик, сервис, цена, габариты, и т.д.

Если нужно выбрать УПП для насоса или вентилятора, запуск которых происходит не чаще двух-трех раз в час, то можно просто выбрать модель, номинальный ток которой равен или больше номинального тока запускаемого двигателя. Этот случай охватывает около 80% применений, и не требует консультаций со специалистом. Если же частота пусков в час превышает 10, то нужно учесть и необходимое ограничение тока, и требуемое затягивание пуска по времени. В этом случае очень желательна помощь поставщика, у которого, как правило, имеется программа выбора нужной модели или хотя бы расчетный алгоритм. Данные, которые понадобятся для расчета: номинальный ток двигателя, количество пусков в час, необходимая длительность пуска, необходимое ограничение тока, необходимая длительность останова, окружающая температура, предполагаемое шунтирование.

Если же двигатель запускается свыше 30 раз в час, то стоит рассмотреть в качестве альтернативы вариант использования преобразователя частоты, поскольку даже выбор более мощной модели УПП может не решить проблему. А цена его уже будет сравнима с ценой преобразователя при существенно меньшей функциональности и серьезному влиянию на качество сети.

Подключение

Кроме очевидного подключения прибора к сети и двигателю, необходимо определиться с шунтированием.

Несмотря на то, что шунтирующий контактор будет коммутировать номинальный, а не пусковой ток двигателя, желательно все-таки использовать модель, рассчитанную на прямой пуск – хотя бы для реализации аварийных режимов работы. При подключении следует обратить особое внимание на фазировку – если ошибочно соединить, например, фазу А на входе УПП с другой фазой на выходе, то при первом же включении шунтирующего контактора произойдет короткое замыкание, и прибор будет выведен из строя.

Некоторые УПП допускают так называемое шестипроводное подключение, схема которого показана на рис. 3. Такое подключение требует большего количества кабелей, но позволяет использовать устройство плавного пуска с двигателем, мощность которого намного превышает мощность самого УПП.

При установке УПП следует иметь в виду еще одно его свойство, часто приводящее к недоразумениям (см. тяжелый пуск "в"). При расчете вводного автомата для двигателя, подключающегося к сети напрямую, учитывается номинальный ток двигателя, протекающи й длительное время, и пусковой, протекающий лишь несколько секунд. При использовании же УПП пусковой ток существенно меньше, но протекает он намного дольше – до минуты и более. Автомат не может этого “понять” и считает, что запуск давно завершен, а протекающий ток, превышающий номинальный в разы, является следствием аварийной ситуации, и отключает систему. Во избежание этого следует либо установить специальный автомат с возможностью установки дополнительного режима для процесса плавного пуска, либо выбрать автомат с номинальным током, соответствующим пусковому току при использовании УПП. Во втором случае этот автомат не сможет защитить двигатель от перегрузок, но эту функцию выполняет сам УПП, так что защита двигателя не пострадает.

Подведем итоги. Если механизм, пуск которого нужно сделать более плавным, вписывается во все перечисленные в этой статье ограничения, а возможности, обеспечиваемые доступными моделями УПП, вас устраивают, то ваш выбор – устройство плавного пуска. Экономия средств по сравнению с применением преобразователя частоты (заменой питающего трансформатора, увеличением мощности генератора, заменой кабеля на более толстый – выберите ваш случай) будет ощутимой. Если же УПП по каким-то причинам не подходит – еще раз обратите внимание на преобразователи частоты, которые хотя и дороже, но намного функциональнее.

Руслан Хусаинов, к.т.н., технический директор ЗАО "Сантерно" (Москва)