Устройства плавного пуска (софтстартеры). виды и работа

Регуляторы тока с обратной связью

Регуляторы тока с обратной связью являются наиболее прогрессивными устройствами плавного пуска. Эти приборы в первую очередь регулируют ток, а не напряжение. Прямое управление током обеспечивает более точное управление пуском, а также более простую настройку и программирование софт-стартера. Большинство параметров, требующих установки при программировании регуляторов напряжения, в регуляторах тока устанавливаются автоматически.

Ведущие компании-производители устройств плавного пуска, как правило, выпускают различные модельные ряды приборов, относящиеся к разным категориям регуляторов и попадающих в разные ценовые диапазоны.

Таким образом, например, поступает Новозеландская компания AuCom Electronics, специализирующаяся на разработке и производстве устройств мягкого пуска более 25 лет и являющаяся одним из мировых лидеров в этой области. Компания в настоящее время выходит на Российский рынок с приборами нескольких серий с использованием технологии последних трех категорий плавного пуска, описанных выше.

Первая категория мягкого пуска в модельном ряде AuCom отсутствует ввиду ее низкой технической состоятельности.

Ко второй категории плавного пуска — регуляторы напряжения без обратной связи — относится серия CSX . Это компактные софт стартеры, обеспечивающие плавный пуск и остановку трехфазных асинхронных двигателей мощностью до 110 кВт и напряжением питания от 200 до 575 В переменного тока.

Третья категория плавного пуска — регуляторы напряжения с обратной связью — представлена серией CSX — i. Конструктивно серия аналогична CSX, но помимо плавного пуска и останова двигателя софт-стартеры CSX — i имеют расширенный пакет защит, таких как защита двигателя от перегрузки и перегрева, защита от затянутого времени пуска, защита от перекоса и неправильного чередования фаз, и др.

Устройства обеих серий имеют встроенный шунтирующий контактор и дополнительные коммуникационные модули Modbus RTU, Profibus, DeviceNet.

Серия IMS 2 — продвинутые устройства мягкого пуска, обеспечивающие комплексное управление с широким набором режимов разгона, торможения и защиты асинхронных двигателей мощностью до 1000 кВт (1575 А) и напряжением питания от 200 до 690 В переменного тока. Серия IMS 2 относится к четвертой категории — регуляторы тока с обратной связью и базируется на последних достижениях в области мягкого пуска. Широкие функциональные возможности приборов и высокие эксплуатационные характеристики позволяют адаптировать их практически для всех типов и характеров нагрузки двигателя. К этой же категории относятся софт стартеры серии MVS, которые предназначены для работы с высоковольтными двигателями с номинальным током от 80 А до 325 А и напряжением питания от 2,3 до 11 кВ переменного тока.

В заключение можно отметить, что знание особенностей и принципа действия устройств мягкого пуска позволяет более осознанно подойти к выбору и достигнуть оптимального технического результата при минимальных затратах в каждом конкретном применении.

Продукция AuCom распространяется дистрибьюторской сетью и представлена сервисной сетью более чем в 50 странах мира, в том числе в России компанией СТОИК ЛТД и ее партнерами.

Как сделать защитное устройство своими руками

Плавный пуск пригодится для бытового ручного электроинструмента. При точном воспроизведении представленных ниже инструкций он выполнит функции защиты болгарки или насоса не хуже фабричного образца. Для повторения подойдет сравнительно простая конструкция на специализированной микросхеме КР1182ПМ1. Симистор подбирают с учетом нужной нагрузки по току. Электронный ключ BT138-800, например, рассчитан на номинальный ток силой до 12 А. Лучше выбрать его со значительным запасом, чтобы исключить перегрев. Такой подход поможет исключить радиатор.

Параметры других элементов:

• постоянные резисторы: R1 – 470 Ом, R2 – 68 кОм;
• конденсатор в параллельной цепи: C3 – 47 мкф на 10 V;
• одинаковые конденсаторы на входе: С1 (С2) по 1 мкф/10 V.

Электрическая схема

Чтобы исключить сложный процесс изготовления печатной платы, можно приобрести типовой универсальный аналог, предназначенный для монтажных работ. Отмечают маркером места для отдельных электронных компонентов, отрезают нужную часть. Пайкой фиксируют детали, создают цепи прохождения тока в соответствии с чертежом. Микросхему удобнее устанавливать на специализированном разъеме, чтобы предотвратить повреждение перегревом.

Компактная конструкция помещается в стандартной розетке закрытого типа

При выборе мощного устройства, предназначенного для подключения станков и другой дорогой техники, следует отдать предпочтение фабричным изделиям. В этом случае, кроме стабильной работы и отличных потребительских параметров, можно рассчитывать на официальные гарантийные обязательства производителя. Электродрель и другие бытовые приборы защитить несложно с помощью самоделки

В любом варианте необходимо учитывать реальные условия будущего применения, уделять достаточное внимание вопросам безопасности

Регуляторы пускового момента

Регуляторы пускового момента контролируют только одну фазу трехфазного двигателя. Управление одной фазой может обеспечить контроль пускового момента двигателя, но пусковой ток снижается при этом незначительно. Ток, текущий по обмоткам двигателя, почти равен току при прямом пуске и не контролируется пускателем. Такой ток протекает по обмоткам двигателя в течение более длительного времени, чем при прямом пуске, поэтому может вызвать перегрев двигателя. Регуляторы пускового момента не могут использоваться там, где необходимо снижение пусковых токов, обеспечение частых пусков, а также для пуска высокоинерционных нагрузок.

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

Характеристики УПП

Основными критериями выбора УПП являются диапазон ограничения тока, степень защиты корпуса, допустимое количество пусков за единицу времени, номинальный ток и напряжение, допустимая мощность электродвигателя, возможность параллельного включения шунтирующего электроаппарата. Выбор устройства осуществляется по стандартным методикам.

При выборе УПП также необходимо учесть наличие следующих функций:

• Запуск в функции тока или напряжения. Устройства плавного пуска с такой функцией применяют при ограниченной мощности питающей сети. Такие УПП позволяют осуществлять регулировку тока и избежать перегрева кабелей, сработки защиты, остановку генераторов, чувствительных к резким колебаниям потребляемого нагрузкой тока. Для технологического оборудования, где недопустим быстрый пуск с повышенным моментом, используют УПП с пуском в функции напряжения. Такие устройства плавно увеличивают напряжение в обмотках электрических машин. Для более точной регулировки используют УПП с обратной связью по току и напряжению.
• Количество фаз. Для пуска электродвигателей используются УПП с регулировкой электрических параметров по одной, двум и трем фазам. Устройства первых двух типов используются для привода оборудования с нечастым запуском, так как несимметричная нагрузка в момент пуска отрицательно сказывается на работе электрической машины.
• Наличие шунтирующего контактора. При завершении переходного процесса целесообразно отключить подачу тока через устройство плавного пуска, чтобы исключить перегрев симистров. Это достигается параллельным включением в цепь контактора, который замыкает силовые контакты после разгона электродвигателя. Существуют модели УПП, не предусматривающие параллельного подключения контакторов, однако, для мощного двигателя лучше выбрать устройство с шунтирующим коммутирующим аппаратом.
• Функции защиты. Многие УПП имеют встроенную защиту от перегрева самого устройства, изменения частоты питающего напряжения, снижения величины выходного тока, а также функции отключения нагрузки при превышении времени разгона, обрыва фаз, неравномерной нагрузки. В некоторых моделях также возможно подключение датчика нагрева обмоток электродвигателя. Для защиты привода с УПП от коротких замыканий необходимы предохранители или автоматические выключатели.
• Функции регулирования скорости. Существуют УПП, где реализована возможность снижения частоты вращения электродвигателя. Однако, УПП не заменяют частотный преобразователь. Регулировка скорости осуществляется ступенчато. При длительной работе на пониженной скорости УПП сильно перегревается. Устройство плавного пуска не обеспечивает долговременной работы двигателя в режиме пониженной скорости. Такие режимы применяются при регулировке и наладке производственного оборудования.
• Режим торможения. Для приводов инерционного оборудования следует выбрать УПП с функцией торможения. В этом режиме на обмотки электродвигателя подается напряжение, вызывающее торможение электрической машины. Такие устройства применяют для подъемников, транспортеров, тяговых вентиляторов.
• Контроль состояния байпасного контактора. При незамкнутых силовых контактах шунтирующего контактора по достижении номинальной частоты вращения ротора электродвигателя, УПП осуществляет отключение привода.
• Пуск с максимальным моментом. Устройства плавного пуска с этой функцией подают на обмотки номинальное напряжение питающей сети. После резкого пускового толчка, напряжение ограничивается. Далее разгон электрической машины осуществляется в плавном режиме. УПП с такой функцией используется для приводов оборудования с включением под значительной нагрузкой.

Устройства плавного пуска серий Astat

Все УПП со встроенным байпасом. При выведении двигателя на рабочий режим включается байпасная схема, что позволяет:

1. экономить электроэнергию
2. значительно увеличить срок службы УПП

Основные особенности Astat S до 55 кВт (Iном до 58А)

• Номинальные напряжения до 600В.
• Компактный корпус небольшого размера.
• Монтаж на направляющую DIN. В качестве опции: от 31A.
• Простейшее управление с помощью 3 элементов управления.

Astat Plus до 850 кВт Iном до 1677А

• Рабочее напряжение до 500В.
• Встроенная цифровая панель оператора.
• Протоколы связи ASСII и Modbus RTU.
• Опциональные внешние модули связи ProfibusDP и DeviceNet.

Установка УПП

Примерил для начала:

Пробная установка блока плавного пуска

По высоте подходит один в один, по ширине тоже, только длина чуть больше, но место есть.

Теперь вопрос по цепям управления. Контакторы в исходной схеме включались напряжением 24 VAC, а наши АББ управляются напряжением минимум 100 VAC. Налицо необходимость промежуточного реле либо изменения напряжения питания цепи управления.

Однако, на официальном сайте ABB я нашёл схему, где показано, что это устройство способно работать и при 24 VAC. Попытал счастья – не получилось, не запускается…

Что же, ставим промежуточное реле, которое приводит напряжение к нужному уровню:

Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей

Вот с другого ракурса:

Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей

Вот и всё. Промежуточные реле обозвал 07КМ11 и 07КМ21. Кстати, они также нужны и для дополнительных цепей. Через них включаются индикаторы, и сухие контакты для внешнего устройства (пока не используются, в старой схеме – оранжевые провода).

Когда хотел управление использовать напрямую, без реле (24 VAC), планировал индикаторы включения пустить через контакты Com – Run, которые теперь остались неиспользованные.

Необходимость плавного запуска

При плавном запуске асинхронного двигателя возможно снизить недостатки таких электрических машин и обеспечить:

• Снижение затрат на ремонт. Пусковые токи вызывают перегрев обмотки, что существенно снижает эксплуатационный ресурс машин.
• Отсутствие рывков. Резкий старт двигателя приводит к увеличению износа шестеренчатых передаточных механизмов, гидроударам в сети подачи жидкости, другим нежелательным последствиям.
• Снижение потребляемой электроэнергии. Прямой пуск вызывает дополнительные энергозатраты. Кроме того, просадки напряжения в условиях ограниченной мощности сети отрицательно влияют на все подключенные устройства.
• Уменьшение расходов на оборудование коммутации. Электротехнические устройства для асинхронного привода выбирают с большим запасом мощности. Плавный пуск позволяет подключать более дешевые аппараты коммутации и защиты.

Плавный старт и разгон существенно расширяет сферы применения асинхронных электродвигателей.

Особенности фабричных моделей

Производители предлагают широкий ассортимент изделий в этой категории. Для упрощенного выбора устройства плавного пуска (УППА) достаточно уточнить соответствие мощности потребления определенного силового агрегата и количества фаз, которые будут изменяться.

При более тщательном изучении вопроса обращают внимание на номинал тока электронных ключей. Его выбирают в несколько раз больше, чем аналогичный рабочий параметр двигателя (берут значение для средних оборотов ротора)

Запас по этой позиции определяют с учетом особенностей оборудования. В насосном оборудовании, например, вполне достаточно превышения на 250-300%. Для пилорам, где нагрузки увеличиваются очень быстро, подойдет множитель от 7 до 11.

К сведению. Отдельно проверяют цикл завершения и частоту операций. При повышенных нагрузках для достаточно быстрого охлаждения требуются более мощные тиристоры. Также применяют эффективные системы пассивного и активного охлаждения с радиаторами.

Простейшие электронные схемы увеличивают до расчетного уровня напряжение на выходе за определенный временной интервал. В современной схемотехнике применяют обратную связь с контролем сдвига фазы, вращающего момента, других параметров. Такие дополнения усложняют оборудование. Однако автоматизированное управление выполняет свои функции более точно с учетом реальных условий. Кроме блокировки опасных режимов, улучшаются экономические эксплуатационные параметры.

Иные важные нюансы приведены в следующем перечне:

• специальное шунтирование основного ключа регулятора упрощает поддержание оптимального температурного режима;
• цифровое управление отличается повышенной точностью;
• для выставления нужных параметров пригодится встроенное индикаторное табло;
• некоторые модели можно подключать к внешним устройствам для решения задач автоматизации контроля и регулировки.

Для корректного выбора ответственные производители приводят в описаниях расширенные сведения (пример):

• назначение – асинхронные электрические двигатели;
• рекомендуемая область применения – вентиляторы, насосное оборудование;
• количество регулируемых фаз – 3;
• параметры сети питания – 220-420 V с допустимой погрешностью 10%;
• мощность потребления электродвигателя – 40/ 76 кВт для напряжения 220/ 400 V, соответственно;
• фабричная настройка по току – 130А;
• особенности пускового режима – контроль момента с применением обратной связи и ограничением по току;
• управление – дискретное цифровое или аналоговое;
• потребляемая мощность управляемой цепи – 15 Вт;
• сигналы на цифровом выходе: тревога, отключение, остановка, пуск, работа;
• скорость передачи сигналов информационного канала – от 4800 до 19200 бит/с;
• блокировки: обрыв цепей фаз, превышение температурного порога с контролем электродвигателя (пускателя);
• охлаждение устройства – конвекционное;
• соответствие по протоколу IEC 60947-4-2 уровням электромагнитных помех;
• устойчивость к вибрациям амплитудой 1,5 мм при частоте 2-13 Гц;
• шум при работе – не более 55дБ;
• рабочий температурный диапазон – от -10°C до +40°C.

Приведенное описание демонстрирует, что, кроме основных технических данных, необходим учет реальных условий эксплуатации. Тщательная подготовка увеличивает долговечность, предотвращает лишние затраты на ремонтные работы.

Подключение типового блока для плавного пуска электроинструмента

Сравнительная характеристика

Модель/Производитель	Напряжение (В)/ Номинальный ток (А)	Расчетная мощность, кВт	Цена в руб. по состоянию на февраль 2019 г.
ALTISTART ATS01/ Schneider Electric	380/ 3	1,1	4250-4800
SSI-55/ INSTART	380/ 110	55	32900-34200
MCD100-007/ Danfoss	600/ 15	7,5	12700-13400
MCD 201-015-T4-CV3/ Danfoss	220 (380)/ 34	15	21200-22700
ALTISTART ATSU01/ Schneider Electric	220/ 9	1,5	7900-8600
GS3-045/ ESQ	380/ 90	45	31300-32800

Данные по расходам на покупку, приведенные в сводной таблице, актуализировать несложно. В данном примере они демонстрируют относительное изменение стоимости в зависимости от технических характеристик. Определенное значение в данном сравнении имеет известность бренда.

Выбор устройства плавного пуска

Принцип работы УПП основан на ограничении напряжения сети на нагрузке при помощи симисторов или тиристоров, включенных встречно-параллельно. Исходя их этого, регулируются ток и напряжение на двигателе. УПП предназначается для разгона и останова асинхронного двигателя, имеющего высокий пусковой момент. При выборе УПП необходимо остановиться на следующих свойствах.

— Шунтирование.

После запуска двигателя с нагрузкой устройство желательно вывести из силовой цепи по двум причинам:

1. УПП необходимо подготовить к последующей работе, соответственно прибору нужно дать остыть после пуска;

2. Минимизируются потери из-за падения напряжения на симисторах. Этого можно достичь, соединяя пофазно вход и выход УПП шунтирующим контактором. Однако тепловые потери на силовых ключах намного меньше потерь на УПП в режиме пуска даже при длительном протекании силового тока. Поэтому некоторые УПП производятся и без шунтирующего контактора.

— Управление.

По элементной базе разделяют на аналоговые и цифровые УПП.

— Фазность.

По числу ключей в фазах УПП делятся на неполнофазные (имеющие ключи в 1…2 фазах) и полнофазные (имеющие ключи во всех фазах). Полнофазные УПП обеспечивают симметричное распределение токов по фазам.

— Контроль величины тока.

Чаще всего УПП, не имеющие функции контроля тока, повышают за определенное время напряжение на двигателе от начального до номинального значения. Если же стоит задача ограничения тока, без данной функции не обойтись. В случаях, когда наблюдается ограниченная мощность сети, существует вероятность аварии из-за превышения предельно допустимого тока. УПП, имеющие данную функцию, способны обеспечить плавное нарастание тока в начале процесса пуска.

— Торможение.

При подаче на электродвигатель постоянного тока происходит его интенсивное торможение. Функция УПП подачи тока на обмотку чаще всего применяется в системах, которые могут двигаться сами собой при отсутствии тормоза, — подъемники, фуникулеры.

— Защита.

УПП имеет ряд защит двигателя и механизма. В этот комплекс входят: защита от перекоса фаз, изменения чередования фаз, перегрева радиаторов УПП, защита от перегрузки и неисправностей силовой цепи, слишком маленького тока, от снижения частоты. Но стоит оберегать прибор от короткого замыкания в цепи нагрузки, в противном случае УПП может выйти из строя. Однако при правильном монтаже короткое замыкание — процесс не мгновенный, и прибор, скорее всего, просто отключится при снижении сопротивления нагрузки. Но, прежде чем снова запускать его в работу, необходимо устранить причину, приведшую к короткому замыканию.

На сегодняшний день различные отрасли российской промышленности применяют электропривод переменного тока для решения своих задач: водоснабжение, энергетика, атомная, оборонная промышленности, нефтегазовая отрасль, автоматизированное производство, крановое и лифтовое производство, вентиляция, кондиционирование. Помимо перечисленных характеристик, у преобразователя частоты и устройства плавного пуска, также важны и другие параметры: номинальные мощность и ток двигателя, напряжение питания, число пусков в час, длительность пуска/останова, пусковой ток.

Преобразователи частоты серии VAT

VAT 20

— Мощность от 0,2 до 2,2 кВт; — 1ф/3ф 200В -240В;— 3ф 380В -480В.

• • Встроенный пульт и дисплей. • Класс защиты IP20 или IP65. • Встроенный ЭМС фильтр для заводских условий (класс A). • Возможность установки на DIN-рейку. • Выходная частота от 0-200 Гц. • Перегрузочная способность 150% до 60 сек. • Диапазон температур от -10 до +50°С. • Влажность от 0 до 95% без конденсации. • Защитные функции: ограничение по току и напряжению, защита разблокировки ротора. • Сообщения об ошибках: Перегрузка, Превышение напряжения Недостаточное напряжение, Просадка напряжения, Внешнее короткое замыкание, замыкание на землю и перегрев. • Запись последних трех ошибок в память. • Компактный и простой в эксплуатации частотный преобразователь. Высокая степень защиты IP 65. • Универсальный малогабаритный ПЧ для широкого применения.

VAT 200

— 1ф 200-240В; от 0,4 до 2,2 кВт; — 3ф 200-240В; от 0,4 до 7,5 кВт; — 3ф 380-480В; от 0,75 до 55 кВт.

• • Диапазон регулирования частоты от 0 до 650Гц. • Компактный размер. • Встроенная съемная светодиодная клавиатура. • Бессенсорное векторное управление напряжением и частотой с возможность выбора.• Встроенный протокол связи Modbus RTU. • Возможность использования связи DeviceNet, ProfibusDP. • Встроенные ЭМС фильтры. • Встроенная модуль динамического торможения до 15 кВт. • Простой запуск и настройка с помощью персонального компьютера или клавиатуры. • Развитая система программирования и управления приводом с помощью встроенных функций ПЛК. • Самое широкое применение в диапазонах мощностей до 55 кВт. • Встроенная функция динамического торможения до 15 кВт. • Развитая система программирования. Наличие ПИД-контроллера. • Встроенный протокол связи Modbus RTU.

VAT 2000

— 1ф 200-230В; от 0,4 до 45 кВт; — 3ф 380-460В; от 0,4 до 370 кВт.

• • Векторное управление в разомкнутом контуре регулирования. • Высокоэффективное сенсорное векторное управление. • V/F, улучшенное управление моментом. • Управление двигателем с постоянными магнитами. • Автонастройка. • Мягкий шум. • ПИД регулирование. • Управление несколькими насосами. • Работа по запрограммируемому циклу. • Программируемые значения скорости.. • Функция продольного перемещения. • Пропуск частоты. • Управление соотношением скоростей. • Разгон формы «S». • Возможности связи: встроенный порт RS485, Опциональный интерфейс Profibus DP.

VAT 300 от 0,4 до 475 кВт

Продолжение модели VAT 2000 с новыми дополнительными возможностями по функциям и характеристикам.

• Встроенный модуль динамического торможения в приводах до 22 кВт. • Встроенный ПЛК контроллер. • ПИД регулирование. • Управление несколькими насосами. • Возможности связи ModBus, ProfibusDP, DeviceNet, CANopen, CC-Link. • Многоязычный интерфейс. • Версия для лифтового применения — VAT300L. • Соответствует директиве RoHS. • Высокая производительность. • Экологичность — пластиковые компоненты не содержат вредных диоксинов.