Плавный пуск электродвигателя

Электродвигатели – самые распространенные в мире электрические машины. Ни одно промышленное предприятие, ни один технологический процесс без них не обходится. Вращение вентиляторов, насосов, перемещение лент конвейеров, движение кранов – вот неполный, но уже весомый перечень задач, решаемых с помощью двигателей.

Однако есть один нюанс работы всех без исключения электромоторов: в момент старта они кратковременно потребляют большой ток, называемый пусковым.

Чем опасен пусковой ток электродвигателя

При подаче напряжения на обмотку статора скорость вращения ротора равна нулю. Ротор нужно стронуть с места и раскрутить до номинального частоты вращения. На это тратится значительно большая энергия, чем та, что нужна для номинального режима работы.

Под нагрузкой пусковые токи больше, чем на холостом ходу. К весу ротора прибавляется механическое сопротивление вращению от приводимого двигателем в движение механизма. На практике влияние этого фактора стремятся минимизировать. Например, у мощных вентиляторов на момент запуска автоматически закрываются шиберы в воздуховодах.

В момент протекания пускового тока из сети потребляется значительная мощность, расходуемая на выведение электродвигателя на номинальный режим работы. Чем мощнее электромотор, тем большая мощность для разгона ему требуется. Не все электрические сети переносят этот режим без последствий.

Перегрузка питающих линий неизбежно приводит к снижению напряжения в сети. Это не только еще более затрудняет процесс запуска электродвигателей, но и влияет на других потребителей.

Да и сами электродвигатели во время пусковых процессов испытывают повышенные механические и электрические нагрузки. Механические связаны с увеличением вращающего момента на валу. Электрические же, связанные с кратковременным увеличением тока, воздействуют на изоляцию обмоток статора и ротора, контактные соединения и пусковую аппаратуру.

Методы снижения пусковых токов

Маломощные электромоторы с недорогой пускорегулирующей аппаратурой вполне достойно запускаются и без применения каких-либо средств. Снижать их пусковые токи или изменять частоту вращения нецелесообразно экономически.

Но, когда влияние на режим работы сети в процессе запуска оказывается существенным, пусковые токи требуют снижения. Этого добиваются за счет:

• применения электродвигателей с фазным ротором;
• использование схемы для переключения обмоток со звезды на треугольник;
• использование устройств плавного пуска;
• использование частотных преобразователей.

Для каждого механизма подходит один или несколько указанных методов.

Электродвигатели с фазным ротором

Применение асинхронных электродвигателей с фазным ротором на участках работы с тяжелыми условиями труда – самая древняя форма снижения пусковых токов. Без них невозможна работа электрифицированных кранов, экскаваторов, а также – дробилок, грохотов, мельниц, редко запускающихся при отсутствии продукции в приводимом механизме.

Снижение пускового тока достигается за счет поэтапного вывода из цепи ротора резисторов. Первоначально, в момент подачи напряжения, к ротору подключено максимально возможное сопротивление. По мере разгона реле времени один за другим включают контакторы, шунтирующие отдельные резистивные секции. В конце разгона добавочное сопротивление, включенное к цепи ротора, равно нулю.

Крановые двигатели не имеют автоматического переключения ступеней с резисторами. Это происходит по воле крановщика, передвигающего рычаги управления.

Переключение схемы соединения обмоток статора

В брно (блок распределения начала обмоток) любого трехфазного электромотора выведено 6 выводов от обмоток всех фаз. Таким образом, их можно соединить либо в звезду, либо в треугольник.

За счет этого достигается некоторая универсальность применения асинхронных электродвигателей. Схема включения звездой рассчитывается на большую ступень напряжения (например, 660В), треугольником – на меньшую (в данном примере – 380В).

Но при номинальном напряжении питания, соответствующем схеме с треугольником, можно воспользоваться схемой со звездой для предварительного разгона электромотора. При этом обмотка работает на пониженном напряжении питания (380В вместо 660), и пусковой ток снижается.

Для управления процессом переключения потребуется дополнительный кабель в брно электродвигателя, так как задействуются все 6 выводов обмоток. Устанавливаются дополнительные пускатели и реле времени для управления их работой.

Частотные преобразователи

Первые два метода можно применить не везде. А вот последующие, ставшие доступными относительно недавно, позволяют осуществить плавный пуск любого асинхронного электродвигателя.

Частотный преобразователь – сложное полупроводниковое устройство, сочетающее силовую электронику и элементы микропроцессорной техники. Силовая часть выпрямляет и сглаживает сетевое напряжение, превращая его в постоянное. Выходная часть из этого напряжения формирует синусоидальное с изменяемой частотой от нуля до номинального значения – 50 Гц.

За счет этого достигается экономия электроэнергии: приводимые во вращение агрегаты не работают с избыточной производительностью, находясь в строго требуемом режиме. К тому же технологический процесс получает возможность тонко настраиваться.

Но важное в спектре рассматриваемой проблемы: частотные преобразователи позволяют осуществлять плавный пуск электродвигателя, без толчков и рывков. Пусковой ток полностью отсутствует.

Устройства плавного пуска

Устройство плавного пуска электродвигателя – это тот же частотный преобразователь, но с ограниченным функционалом. Работает он только при разгоне электродвигателя, плавно изменяя скорость его вращения от минимально заданного значения до номинальной.

Чтобы исключить бесполезную работу устройства по окончании разгона электродвигателя, рядом устанавливается шунтирующий контактор. Он подключает электродвигатель напрямую к сети после завершения запуска.

При выполнении модернизации оборудования – это самый простой метод. Он зачастую может быть реализован своими руками, без привлечения узкопрофильных специалистов. Устройство устанавливается на место магнитного пускателя, управляющего пуском электромотора. Может потребоваться замена кабеля на экранированный. Затем в память устройства вносятся параметры электромотора, и оно готово к действию.

А вот с полноценными частотными преобразователями справиться самостоятельно по силам не каждому. Поэтому их применение в единичных экземплярах обычно лишено смысла. Установка частотных преобразователей оправдана лишь при проведении общей модернизации электрооборудования предприятия.