Плавный пуск электродвигателя

Асинхронный электродвигатель (ЭД) нашел свое широкое применение благодаря своей надежности, простоте и дешевизне. Чтобы продлить срок его эксплуатации и улучшить его параметры, необходимы дополнительный устройства, которые позволяют запускать регулировать и даже защищать двигатель. Одним из таких приборов является устройство плавного пуска ЭД или как его еще называют софт-стартер.


Устройство плавного пуска двигателя заменяет устаревшие методы, например способ переключением с треугольника на звезду или метод реостатного пуска.

Плавный пуск двигателя так ли он необходим?

При запуске асинхронного ЭД, появляется большой пусковой момент, т.к электродвигателю требуется преодолеть начальный момент нагрузки на валу. Для того чтобы обеспечить этот момент, ЭД требуется много энергии из питающей сети, с этим связана первая проблема появляющаяся при запуске двигателя, а именно, просадки напряжения. Эта особенность может крайне неблагоприятно сказаться на остальных потребителях этой сети. Кроме того, резкий рывок в стартовый момент, может вывести из строя различные части привода ЭД.

Второй глобальной проблемой появляющейся в начальный момент запуска двигателя являются большие пусковые токи протекающие по обмотке ЭД, При этом выделяется значительное количество тепла, от которого изоляция обмотки может прийти в полную негодность и появиться проблема межвиткового замыкания обмоток двигателя.

Чтобы избавится от этих минусов, при старте, применяют устройство плавного пуска, которое позволяет существенно уменьшить пусковые токи протекающие в обмотки, а поэтому и уменьшить просадки напряжения и нагрев проводов в обмотках. Снижение пускового тока, понижает пусковой момент ЭД, благодаря этому, смягчаются удары в стартовый момент, что позволяет сохранить механические детали привода в целостности. Жирным плюсом оборудования плавного пуска является то, что пуск двигателя происходит с плавным ускорением, без каких либо резких рывков.

Устройства плавного пуск двигателя

В современном типовом устройстве имеются выводы для подсоединения ЭД и управляющей цепи. Многие из подобных устройств дополняются ЖК экранами, кнопками и индикаторами, с помощью которых можно задавать различные режимы пуска, снимать показания, ограничивать величину протекающего тока и огромная куча подобных фишек. Также на корпусе прибора имеются сетевые разъемы для обмена данными и удобного программирования.

Такие устройства часто называют инверторами или преобразователями частоты, т.к они позволяет не только обеспечить запуск, но и остановку двигателя. Кроме того, в них имеются различные функции защиты ЭД, например от КЗ, обрыва фаз, перегрева, превышения максимальных пусковых токов и т.п. Большинство моделей инверторов имеет функцию запоминания ошибок, которые появляются во время работы и их можно считать и расшифровать.

Пример такого практического использования, флюорограф ФМЦ в штативе сканирующем и в схеме управления приводом двери.

Плавный пуск асинхронных двигателей основные способы

Так как конструктивно нельзя снизить пусковой ток, придуманы методы, схемы и дополнительные устройства, обеспечивающие плавный пуск асинхронных электродвигателей.

Переключение звезда – треугольник
Запуск при помощи автотрансформатора
Внешние устройства плавного пуска асинхронного двигателя.

На рисунке ниже показаны два графика изменения токов при прямом запуске ЭД и при помощи дополнительных устройств плавного пуска асинхронных двигателей

Плавный пуск асинхронных двигателей

В показаном ниже видео уроке перечислены основные проблемы, имеющие место при запуске ЭД, а также описаны плюсы и минусы различных устройств плавного пуска асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Основные принципы плавного пуска

Легко снизить пусковой ток, просто снизив напряжение питания ЭД, например, при помощи автотрансформатора поворачивая его ползунок. При использовании способа переключения «звезда-треугольник» изменяется линейное напряжение на обмотках двигателя. Переключение обычно происходит с помощью контакторов, магнитных пускателей и реле времени. Схемотехническую реализацию данного метода смотри в статье: Методы пуска асинхронного двигателя.

Теория плавного пуска двигателя

Для четкого понимания принципа работы плавного пуска необходимо знать закон сохранения энергии. Упрощенно можно считать энергию разгона электромотора пропорциональной мощности и времени, E = P×t, где P – мощность, (P = U×I). Соответственно, E = U×I ×t. Т.к для снижения стартового момента и уменьшения нагрузок на питающую сеть нужно снизить стартовый ток I, то сохранив уровень потраченной энергии потребуется увеличить время разгона.

Однако, увеличение разгонного времени за счет снижения пускового тока можно только при относительно небольшой нагрузке на валу ЭД. Это является сильным минусом. Поэтому для случаев с большой нагрузкой на валу во время запуска, используются электродвигатели с фазным ротором.

Также следует учитывать, что во время мягкого запуска асинхронного ЭД идет более сильный нагрев обмоток и силовых ключей пусковой схемы. Для охлаждения транзисторных или тиристорных ключей необходимо применять массивные радиаторы. Поэтому лучше применять устройство плавного пуска УПП для кратковременного разгона ЭД с последующим шунтированием электронных ключей прямым сетевым напряжением.

На рисунке показаны шунтирующие ключи (симисторы) контактора, включенные после разгона ЭД, для исключения перегрузки в силовых полупроводниковых модулях.

По способу подключения к ЭД все УПП делятся на три вида:

  1. Однофазные. Регулируют пусковое напряжение по одной фазе для снижения момента запуска ЭД. Имеют ограниченную функциональность и не снижают пусковой ток


  2. Двухфазные. регулировку пускового тока происходит сразу по двум фазам, что позволяет значительно улучшить динамические характеристики запуска, но не решают недостаток с несимметричной «просадкой» напряжения. Применяется в основном в радиолюбительской практике.


  3. Трехфазные. Дают максимум снижения пускового момента, снижая Iзапуска до минимально возможной трехкратной перегрузки. Имеют большой выбор функций, кроме плавного разгона – настройка момента, слежение за параметрами, торможение, защита от тепловых перегрузок, дистанционное управление, и т.п.