Схемы
УПП или софт стартеры представляют собой управляемый бесстрансформаторный преобразователь напряжения, выполненный на базе тиристорных ключей. Производят 3 типа устройств плавного пуска:
- УПП с регулированием напряжения по 1 фазе. Такие устройства используют для маломощных приводов. Несимметричная нагрузка при запуске, разгоне и торможении вызывает гармонические помехи и нагрев обмоток.
- Софт стартеры с управлением по 2 фазам. УПП применяют для приводов средней мощности с нечастыми коммутациями.
- Устройства плавного пуска с ключами на 3 фазах. Софт стартеры с 3 ключами применяют для приводов с тяжелыми или особо тяжелыми условиями пуска, а также для оборудования с частыми пусками, остановками и реверсами .
- Из ключей, обеспечивающих изменение величины напряжения.
- Из схемы управления для задания режима старта, торможения и разгона.
- Из шунтирующих контакторов для снижения потерь на тиристорах при достижении номинальной частоты вращения.
Частотные преобразователи построены на базе схемы двойного преобразования. ПЧ состоят:
- Из выпрямителя для преобразования переменного напряжения сети в постоянное.
- Из фильтра для сглаживания пульсаций.
- Из инвертора для обратного преобразования постоянного напряжения в переменное заданной частоты.
- Из устройства управления.
Таким образом, схемы преобразователя частоты и УПП имеют принципиальные отличия.
Устройство плавного пуска электродвигателя.
- При отсутствии необходимости регулировать угловую скорость ротора. Некоторые софт стартеры могут изменять частоту вращения, однако, такой режим можно включать только при настройке. Сфера применения УПП – приводы с постоянной скоростью.
- В условиях ограниченной мощности. Для ограничения пускового тока при отсутствии других требований, лучше установить софт стартер. Цена такого устройства значительно ниже стоимости ПЧ.
- Для пуска оборудования под высокой нагрузкой. УПП обеспечивает запуск при сниженном моменте. Если главным требованием является снижение ударной нагрузки, лучше приобрести устройство плавного пуска.
Функции преобразователей и устройств плавного пуска
Преобразователи частоты – многофункциональные устройства. Они позволяют:
- Изменять скорость вращения ротора для поддержания заданных технологических параметров. При помощи ПЧ можно реализовать сложные алгоритмы управления.
- Ограничить пусковой ток и обеспечить защиту от аварий и аномальных режимов работы двигателя. Старт на напряжении пониженной частоты позволяет снизить величину тока при пуске. Преобразователи частоты также позволяют отказаться от сложных и громоздких схем релейной защиты.
- Обеспечить точную отработку команд поворотом вала на требуемый угол. ПЧ с микроконтроллерами применяют для претенциозных электроприводов и замены дорогостоящих сервоприводов, применяющихся в робототехнике.
Частотные преобразователи имеют большее количество функций, сфера их применения немного шире, чем у софт стартеров.
- Обеспечивают плавный старт, разгон, торможение, остановку двигателя. Софт стартеры позволяют снизить нагрузку на механизмы высокоинерционного оборудования. УПП также обеспечивают пуск оборудования со значительной нагрузкой на валу привода.
- Снижают значительные пусковые токи. При ограниченной мощности сети, пуск мощных электродвигателей вызывает просадки напряжения, ложные срабатывания защиты, другие нежелательные явления. Установка УПП успешно решает проблемы высоких пусковых токов.
Габариты софт стартеров значительно меньше размеров частотных преобразователей той же мощности. Кроме того, стоимость устройства плавного пуска ниже цены частотного преобразователя аналогичной мощности. УПП также не является источником высших гармоник, после разгона электродвигателя ток протекает в обход полупроводниковых ключей.
Частотное регулирование скорости вращения
Вал электродвигателя вращается магнитным полем статора. Скорость зависит от частоты питающего напряжения. Электропривод будет работать эффективней, если дополнительно менять напряжение.
В состав устройства плавного пуска асинхронных двигателей может входить частотный преобразователь.
Первой ступенью устройства является выпрямитель, на который подается напряжение трехфазной или однофазной сети. Он собирается на диодах или тиристорах и предназначен для формирования пульсирующего напряжения постоянного тока.
В инверторе выходной сигнал преобразуется в переменный заданной частоты и амплитуды. Он работает по принципу изменения амплитуды или ширины импульсов.
Все три элемента получают сигналы от электронной схемы управления.
Отличия частотного преобразователя и устройства плавного пуска |
- предельная сила тока УПП и двигателя должны быть правильно подобраны и соответствовать друг другу;
- параметр количества запусков в час задается как характеристика софтстартера и не должен превышаться при эксплуатации двигателя;
- заданное напряжение устройства не должно быть меньше сетевого.
Принцип действия УПП
Увеличение пускового тока в 6-8 раз и вращающего момента требуют применения УПП для выполнения следующих действий при запуске или торможении двигателя:
- постепенное увеличение нагрузки;
- снижение просадки напряжения;
- управление запуском и торможением в определенные моменты времени;
- снижение помех;
- защита от скачков напряжения, при пропадании фазы и др.;
- повышение надежности электропривода.
Устройство плавного пуска двигателя ограничивает величину напряжения, подаваемого в момент пуска. Оно регулируется путем изменения угла открытия симисторов, подключенных к обмоткам.
- простые схемы применяются только с небольшими нагрузками или при холостом запуске;
- продолжительный запуск приводит к перегреву обмоток и полупроводниковых элементов;
- момент вращения вала снижается и двигатель может не запуститься.
Технология управления «polarity balancing»
Рис. 6. Стандартная схема включения АД КЗР и устройства плавного пуска с регулированием по трем активным фазам
Рис. 7. Включение АД КЗР и устройства плавного пуска по схеме «вентили внутри треугольника»
Плавный пуск асинхронного электродвигателя. Устройство и принцип работы
- при прямом пуске (естественная механическая характеристика, зависящая от параметров применяемого АД КЗР);
- при пуске переключением обмоток «звезда» – «треугольник» (суперпозиция естественных механических характеристик АД КЗР при 58% и при полном напряжениях питания, соответственно);
- при плавном пуске (потенциально достижимы любые характеристики в пределах естественной механической характеристики применяемого АД КЗР).
Интеграция в модульную систему Sirius
- регулирование крутящего момента электродвигателя в соответствии с заданной программой пуска;
- различные варианты активного торможения АД КЗР (постоянным током и комбинированное), а также свободный выбег привода;
- управляемый выбег насоса;
- формирование импульса трогания электропривода;
- работа АД КЗР на «ползучей» скорости с уменьшенным крутящим моментом и настраиваемой механической характеристикой;
- прогрев электродвигателя;
- возможность подключения электродвигателя по схеме «тиристоры внутри треугольника обмоток».
Рис. 8. Механические характеристики электропривода с АД КЗР при различных алгоритмах плавного пуска
