Устройства плавного пуска ETStart-02

Характеристики Файлы Применение Цена

UPP
ETStart002

Функциональные особенности
:

Устройства плавного пуска серии ETStart-02 это новейшая разработка ЗАО «Электротекс» для решения задач плавного запуска и останова трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Устройства осуществляют мягкий (безударный) пуск и останов двигателя методом плавного нарастания/спада напряжения. Во всех режимах работы УПП осуществляется контроль и ограничение тока. УПП серии ETStart-02 обеспечивают возможность работы в сетях с нестабильным напряжением, в том числе при питании от генераторов со значительными колебаниями частоты. Простота настройки УПП обеспечивается встроенным графическим пультом управления с интуитивно понятным интерфейсом и полностью русскоязычным меню. Гибкие настройки параметров токоограничения, встроенная система диагностики и наличие функций защит двигателя и приводного механизма в сочетании с невысокой ценой делают устройства плавного пуска серии ETStart-02 отличным решением для большинства применений.

ETStart-02/Е
Конструкция УПП серии ETStart-02/E оптимизирована для установки в шкафах управления. Для исключения дополнительных потерь в процессе работы в УПП предусмотрена возможность подключения внешнего обводного (шунтирующего) контактора. При этом даже при включенном контакторе обеспечивается защита двигателя от перегрузки по току!
ETStart-02/NK
Конструкция УПП серии ETStart-02/NK оптимизирована для длительной работы с номинальной нагрузкой без обводного контактора. Эффективная система охлаждения УПП позволяет избежать перегрева даже при работе с перегрузкой 125% I ном! Отсутствие шунтирующего контактора позволяет минимизировать габариты шкафа подключения двигателя и снизить затраты на закупку оборудования.

Решаемые задачи:
  • снижение пусковых токов и устранение возникающих при пуске просадок напряжения в питающей сети;
  • существенное снижение интенсивности гидравлических ударов в трубопроводе при пуске и останове насоса;
  • исключение проскальзывания ремней в ременных передачах;
  • значительное снижение динамических перегрузок и ударов в приводе при пуске и останове механизмов с большим моментом инерции;
  • увеличение срока службы контактной аппаратуры, двигателя и приводного механизма, снижение расходов на текущий ремонт оборудования;
  • интеграция привода в АСУ ТП предприятия.
Технические характеристики:
            
Напряжение на входе (UВХ) 3 фазы, 380 В ± 10%, 50(60) Гц ± 2,5%
Диапазон изменения линейного напряжения на выходе, В 130 ... 380
Длительность плавного запуска и останова 1.999,9с (раздельная настройка длительности пуска и останова)
КПД (в номинальном режиме) при работе без обводного контактора не менее 0,97 при работе с обводным контактором не менее 0,99
Серия ETStart-02/E ETStart-02/NK
Номинальный выходной ток, А 50 63 80 100 125 160 200 210 250 315 400 500 630 800
Рекомендуемая мощность подключаемого двигателя, кВт 22  30 37  45 55  75  90  110  132  160  200  250  315  400
Перегрузочная способность -4,5*Iном в течение 60 сек из холодного состояния (Тпрофиля <45°C);
- 3,5*Iном в течение 60 сек при Тпрофиля < 65°C;
-1,5*Iном за время 300с и времени усреднения 10 минут;
- 1,25*Iном длительно, в том числе без обводного контактора
Режимы  работы УПП - ручное управление (по командам оператора с пульта управления);
- работа «по расписанию» (в соответствии с заданными событиями и сигналам от встроенных часов реального времени);
- работа с управлением от внешней релейно-контактной аппаратуры (используются дискретные входы типа «сухой контакт»).
Основные функции - плавный пуск и останов двигателя;
-плавный пуск двигателя с отрывающим импульсом (кик-старт);
-плавный пуск двигателя с токоограничением на заданном уровне (настраиваемый график токоограничения);
-управление обводным контактором при окончании разгона и при начале останова двигателя;
-отображение и сигнализация информации о параметрах и режимах работы;
-автоматическое повторное включение после отключения, вызванного недопустимым снижением и повышением входного напряжения сети.
Дополнительные функции -возможность подключения термодатчика защиты двигателя (резистивный датчик с номинальным сопротивлением 4,7кОм);
-защита от несанкционированного редактирования настроек УПП с помощью пароля.  
Защиты  - максимально-токовая защита;
-времятоковая защита (I2t) с раздельной настройкой для режимов запуска/останова и работы двигателя;
-от превышения максимально допустимого времени пуска;
-от перегрева УПП;
-от перегрева двигателя (при подключении термодатчика защиты двигателя);
-от прямого останова двигателя при несрабатывании внешнего обводного контактора.
Аварии -от межфазных коротких замыканий и однофазных замыканий на землю;
-от межфазных коротких замыканий на выходе;
-от кратковременного превышения входного напряжения;
-от исчезновения или недопустимого снижения питающего напряжения;
-от дисбаланса напряжения и тока на выходе и обрыва фаз;
-от неисправностей в системе питания цепей управления.
Также доступен дискретный вход типа «сухой контакт» для команды «прямой останов» от внешней релейно-контактной аппаратуры.
Дискретные входы 4 входа типа «сухой контакт»
Релейные выходы 2 релейных выхода (~250VAC, 3A или 30VDC, 3A с нормально замкнутыми и нормально разомкнутыми контактами)
Выход управления внешним обводным контактором 1 релейный выход (~250VAC, 8A с 2 парами нормально замкнутых и нормально разомкнутых контактов)
Интерфейс связи RS485 с гальванической развязкой (протоколы ModBus ASCII/RTU)
Габаритные размеры (длина х высота х ширина), мм Ш, мм  265 350 635 780
В, мм 510 320 785 975
Г, мм 230 800 420 465
Тип охлаждения воздушное принудительное
  Навесной металлический шкаф одностороннего обслуживания, степень защиты оболочки IP20
Условия эксплуатации температура от 0 до +40 °С, относительная влажность 80% при 25°С (без конденсации влаги)
Средняя наработка на отказ не менее 20 000 часов
Средний ресурс не менее 50 000 часов
Гарантийный срок эксплуатации 2 года со дня ввода в эксплуатацию

Пульт дистанционного управления

опция (RS-485 стандартная длина линии 300 м)

П. П. Зайцев, инженер ООО «Аметист»

Б. И. Карлов, инженер-конструктор ЗАО «Электротекс»

Проблема пуска асинхронных двигателей

Общеизвестно, что прямой пуск электродвигателя сопровождается потреблением из питающей сети тока, в 6...10 раз превышающего значение номинального тока. Длительность протекания сверхтоков прямо пропорциональна моменту инерции приводимого механизма и нагрузке на валу двигателя. Высокие значения тока вызывают существенный нагрев обмоток двигателя, что приводит к старению изоляции и, соответственно, к снижению срока службы двигателя. Из-за нагрева обмоток появляются ограничения на число пусков двигателя. Кроме того, высокие пусковые токи приводят к глубоким просадкам напряжения питающей сети, что зачастую вызывает "отпадение" контакторов и сбои в цепях управления.

Особенно сильно указанные проблемы проявляются при пуске двигателей большой мощности. Бросок тока, возникающий при прямом пуске двигателя, создает ударный электромагнитный момент, передающийся через вал двигателя на приводимый механизм и вызывающий вибрации двигателя и механизма. Следствием таких ударных нагрузок являются поломки валов, соединительных муфт, редукторов и т.п.

Проблема токовых перегрузок при прямом пуске двигателей существенно усугубляется в механизмах с большим моментом инерции, где пуск становится затяжным и токовая перегрузка существует в течение длительного времени. Помимо разогрева обмоток двигателя здесь возникает и перегрев силовых кабелей двигателя, что приводит к необходимости использования кабелей большего сечения.

Отдельно стоит отметить проблему пуска насосных агрегатов. Прямой пуск двигателя насоса сопровождается резким увеличением давления в трубопроводе, называемым гидравлическим ударом. Классический вариант устранения гидравлического удара – пуск насоса на закрытую задвижку, однако при этом все равно остаются негативные факторы прямого пуска и ограничения на количество включений-отключений насосного агрегата. Описанные недостатки присущи также и схемам пуска двигателя с переключением обмоток "звезда-треугольник", с той лишь разницей, что здесь уменьшаются амплитуды токов и, соответственно, несколько смягчаются негативные последствия прямого пуска.

Устройства плавного пуска. Общие сведения

Устройство плавного пуска (УПП) представляет собой электронный регулятор напряжения, выполненный на тиристорах. Основное назначение устройства плавного пуска – плавный разгон асинхронного двигателя до номинальной скорости путем бесступенчатого управляемого повышения напряжения на статоре двигателя. Регулирование напряжения осуществляется системой импульсно-фазового управления посредством изменения угла открытия тиристоров. Чем больше угол открытия тиристора – тем больше будет значение напряжения, прикладываемого к двигателю.

Рис. Общая структура устройств плавного пуска

Так как вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения, то одновременно с ограничением напряжения происходит и снижение ударных пусковых моментов. Благодаря плавному повышению напряжения на двигателе обеспечивается снижение пусковых токов до уровня 2…4 Iном, при этом время запуска двигателя остается малым, хотя и увеличивается по сравнению со временем прямого пуска.

Рис. Формирование выходного напряжения УПП изменением угла открытия тиристоров

Рис. Механические характеристики двигателя при изменении напряжения

Значение пускового тока определяется настройкой начального и конечного углов открытия тиристоров, а также требуемой длительностью нарастания напряжения (временем плавного пуска). При различных параметрах токоограничения двигателя в процессе пуска получаются различные механические характеристики двигателя (см. рисунок 3). При этом следует отметить, что несмотря на наличие перегрузки по току 2...3 Iном, при низких скоростях вращения (в начале пуска) момент, развиваемый двигателем существенно ниже номинального.

Этот факт приводит к тому, что применение УПП для пуска механизмов с большим статическим моментом на валу при низких скоростях вращения возможен только с существенной перегрузкой по току. Эта перегрузка может быть сопоставима с токовой перегрузкой, возникающей при прямом пуске таких механизмов.

Следует также учитывать, что независимо от значения и характера изменения нагрузки на валу, пуск двигателя с использованием УПП при перегрузке по току менее 1,5 Iном практически невозможен.

Для пуска механизмов с большим моментом трогания в УПП предусматривается возможность подачи отрывающего импульса (кик-старта). После окончания разгона двигателя в УПП имеется возможность переключения двигателя на сеть с использованием внешнего шунтирующего (обводного) контактора. При этом при включенном контакторе УПП также обеспечивает все необходимые защитные функции двигателя. Типовая диаграмма изменения угла открытия тиристоров при работе УПП приведена на рисунке 5. Типовая осциллограмма плавного пуска двигателя приведена на рисунке 6.

Рис. Механические характеристики двигателя при работе с УПП при различных значениях токоограничения в процессе пуска

Рис. Типовая диаграмма напряжения на двигателе при работе УПП

Рис. Типовая осциллограмма пуска двигателя с использованием УПП

Необходимо отметить, что применение в УПП системы импульсно-фазового управления приводит к ухудшению гармонического состава тока, потребляемого из сети. При работе УПП такое ухудшение проявляется только в режимах плавного пуска и плавного останова двигателя, тогда как при работе двигателя на номинальной скорости (даже без использования внешнего обводного контактора) дополнительная гармоническая нагрузка на сеть отсутствует.

Некоторые производители устройств плавного пуска заявляют о наличии встроенной функции энергосбережения, позволяющей при снижении нагрузки на двигатель добиться дополнительной экономии электроэнергии. Такой экономии они достигают путем понижения напряжения на обмотках двигателя, однако при этом умалчивается, что в таких режимах возрастает гармоническая нагрузка на сеть и появляются дополнительные потери электроэнергии, возникающие при коммутации тиристоров. Кроме того, при работе в таком режиме энергосбережения ток в двигателе отличается от синусоидального, возрастает потребление реактивной мощности, возникают пульсации момента и скорости, что сводит на нет все преимущества режима.

Плавный останов двигателя – это еще одна полезная функция, которую можно реализовать с использованием УПП. В некоторых механизмах, останов двигателя путем отключения силового питания и торможения двигателя самовыбегом недопустим. Например, в насосном оборудовании такое отключение (при условии открытой задвижки) приводит к возникновению гидравлического удара, как и при прямом пуске на открытую задвижку. Применение УПП позволяет увеличить время торможения двигателя по сравнению с временем торможения самовыбегом, и тем самым значительно уменьшить интенсивность гидравлических ударов. Помимо функций, связанных непосредственно с плавным пуском и остановом двигателя, УПП реализуют все необходимые защиты двигателя, дополняя или даже заменяя собой отдельные защитные устройства. Так, в УПП производства ЗАО "Электротекс" реализованы защиты:

  • от неверного подключения (контроль последовательности фаз);
  • от межфазных коротких замыканий на выходе;
  • от однофазного короткого замыкания на землю на выходе;
  • от отклонения напряжения и частоты питающей сети от номинальных значений с возможностью автоматического повторного включения;
  • от дисбаланса токов двигателя и обрыва одной или нескольких фаз питающей сети;
  • максимально-токовая защита двигателя;
  • время-токовая защита двигателя (аналог I2t).

Кроме того, нельзя забывать о возможностях по автоматизации объекта, которые дает применение УПП. Так, УПП производства "Электротекс" обеспечивают возможность работы в одном из следующих режимов:

  • ручное управление – пуск и останов двигателя осуществляется по командам оператора с местного пульта управления УПП;
  • автоматический пуск и останов двигателя согласно заданному суточному или недельному расписанию работы;
  • управление по сигналам на дискретных и аналоговых входах;
  • управление по командам от дистанционного пульта управления или внешней управляющей системы.

Особенности применения УПП в различных приложениях

Основная область применения УПП – механизмы с большой инерционностью и насосной (вентиляторной) характеристикой нагрузки. При выборе УПП необходимо учитывать характер работы механизма. Для многих приложений (например, центрифуги и турбокомпрессоры) необходимо наличие в УПП существенной перегрузочной способности по току! Применение УПП оправдано в механизмах, работающих с постоянной частотой вращения вала двигателя, но имеющих тяжелые режимы пуска и/или требующих большого количества включений-отключений. На применимость УПП оказывает существенное влияние величина и характер изменения нагрузки на валу двигателя. Так, если большая статическая нагрузка на валу двигателя присутствует во всем диапазоне скоростей вращения, а не только при номинальной скорости, и/или если нагрузка при разгоне двигателя имеет пульсирующий характер, то осуществить плавный пуск с использованием УПП практически невозможно. Наиболее типичный пример подобной нагрузки – шаровые мельницы.

Еще одно ограничение на применимость УПП накладывает значение момента инерции механизма. В случае слишком большого момента инерции пуск двигателя становится затяжным (более 15 секунд); при этом ток 2,5…3 Iном протекает в течение длительного времени, что может привести к перегреву как двигателя, так и силовой части самого УПП. Длительный пуск посредством УПП является бесполезным по энергетическим, тепловым и технологическим параметрам. УПП линейно изменяет амплитуду подводимого напряжения на обмотках статора электродвигателя, при этом частота напряжения остается равной сетевой (50 Гц). В результате на низких скоростях вращения из-за повышенного скольжения почти вся получаемая энергия электродвигателя тратится на тепловыделение. А так как момент электродвигателя имеет квадратичную зависимость от напряжения, то пуск двигателя не произойдёт до тех пор, пока момент нагрузки не станет меньше момента, создаваемого двигателем. Поэтому при задании большого времени разгона часть этого времени попадает на участок с большим скольжением и малым моментом на валу двигателя, что является недопустимым с точки зрения энергетических и тепловых характеристик. В связи с этим при необходимости использования УПП в механизмах с большой инерционностью и характеристикой нагрузки, отличающейся от насосной (вентиляторной), требуется проведение инженерных расчетов применимости УПП.

Самое существенное ограничение на применимость УПП накладывают принципиально ограниченные функциональные возможности. На механических характеристиках нагрузки и двигателя, работающего с УПП, приведенных на рисунке 3, видно, что каждому значению напряжения на двигателе соответствует своя рабочая точка (пересечение характеристики нагрузки и механической характеристики двигателя при данном напряжении). В свою очередь каждая рабочая точка соответствует некоторому значению скольжения s1, s2,…,sn. Но при изменении напряжения значение критического скольжения не изменяется, поэтому максимальный момент при любых изменениях напряжения соответствует значению скольжения s=0,1…0,2. Этим определяется сравнительно узкий диапазон регулирования по скорости вращения вала двигателя, который может обеспечить УПП. Поэтому УПП неприменимы в тех приложениях, где требуется регулирование скорости вращения двигателя или технологического параметра (например, давления в трубопроводе). Для таких приложений оптимальным решением является использование преобразователей частоты.

Необходимо отметить, что применение преобразователей частоты позволит осуществить плавный пуск двигателя при токе, не превышающем значение номинального тока двигателя. Более того, в некоторых механизмах, где не требуется регулирование скорости и/или технологического параметра, плавный пуск с УПП бывает невозможен по тем или иным причинам. В таких механизмах только применение преобразователя частоты обеспечит плавный пуск и устранит все неприятные аспекты, связанные с прямым пуском двигателя. Помимо устранения токовых перегрузок, приводящих к перегреву двигателя и провалам напряжения сети, УПП обеспечивают и другие преимущества, определяемые областью их применения.

Насосное оборудование

Значение пускового тока определяется настройкой начального и конечного углов открытия тиристоров, а также требуемой длительностью нарастания напряжения (временем плавного пуска). При различных параметрах токоограничения двигателя в процессе пуска получаются различные механические характеристики двигателя (см. рисунок 3). При этом следует отметить, что несмотря на наличие перегрузки по току 2...3 Iном, при низких скоростях вращения (в начале пуска) момент, развиваемый двигателем существенно ниже номинального.

Использование УПП позволяет практически полностью устранить гидравлический удар, возникающих при отключении насосного агрегата. Однако использование УПП для плавного пуска насосных агрегатов на незаполненный трубопровод с целью предотвращения гидроудара является ошибочным, так как время полного заполнения трубопроводной системы значительно превышает возможности УПП.

Поэтому после выхода на номинальную частоту заполнение трубопровода осуществляется с той же скоростью, как и при прямом пуске насосного агрегата. Применение ение ение ение ение ение УПП позволяет снизить интенсивность гидроудара при пуске насосного агрегата, но не устраняет его полностью! Например, при использовании УПП на КНС нормальный безаварийный пуск насосов невозможен без камеры гашения напора, а гидроудар при останове насосного агрегата практически отсутствует. Кроме того, УПП позволяет произвести без перегрузки двигателя пуск дополнительного насосного агрегата на полностью открытую задвижку и заполненный трубопровод.

Рис. График изменения давления при прямом пуске насоса и при использовании устройства плавного пуска

Вентиляторное оборудование

Вентиляторы в большинстве случаев характеризуются очень большими значениями момента инерции (возможно от 10- до 200-кратного значения момента инерции двигателя), приводящими к длительным пускам. При этом при прямом пуске двигатели длительное время подвергаются воздействию ударных токов, а на вал двигателя передаются значительные механические усилия. Это приводит к перегреву обмоток и быстрому износу подшипников. В вентиляторном оборудовании часто применяются ременные передачи; при прямом пуске возможно проскальзывание и разрыв ремней. Применение УПП позволяет исключить, или, по крайней мере, существенно уменьшить связанные с этим проблемы.

Центрифуги, турбокомпрессоры

Центрифуги и турбокомпрессоры по пусковым характеристикам во многом схожи с вентиляторным оборудованием, однако здесь часто присутствует большой начальный пусковой момент, обуславливаемый трением покоя в механизме. При использовании отрывающего импульса (кик-старта) с помощью УПП возможно создание необходимого начального момента трогания. Необходимо учитывать, что последующий плавный разгон механизма в таких случаях может потребовать токовых перегрузок до 3…5 Iном. Необходимо отметить, что успешный плавный пуск двигателя возможен в данном случае при отсутствии в механизме несбалансированных масс, вызывающих пульсации момента нагрузки в процессе разгона.

Дробилки, мельницы, мешалки, поршневые компрессоры

Для этого класса оборудования характерна работа с постоянным моментом нагрузки во всем диапазоне скоростей вращения вала двигателя. Применение УПП для запуска двигателей в таких механизмах позволяет исключить механические ударные воздействия; при этом сохраняется токовая перегрузка, сопоставимая с перегрузкой при прямом пуске. Плавный пуск с применением УПП в механизмах этого класса в большинстве случаев возможен только в разгруженном состоянии.

Транспортеры и конвейеры, а также механизмы с редукторами и другими силовыми передачами

При прямом пуске механизмов с редукторами и другими передачами происходит ударная выработка зазоров, что ведет к повышенному износу передач и преждевременному выходу их из строя. Применение УПП позволяет снизить интенсивность удара при выработке зазора. Для транспортеров и конвейеров пуск с использованием УПП обеспечивает безударное преднатяжение в механизме; разгон двигателя, как правило, происходит с токовой перегрузкой, сопоставимой с перегрузкой при прямом пуске.


Спецпредложения

ph_filter_1.jpg

При оснащении преобразователей частоты Delta Electronics сетевыми дросселями 1+1 года гарантии на оборудование!


Партнеры