Устройство плавного пуска или преобразователь частоты — как обеспечить максимальную защиту двигателя
Большинство электроприводов работают от асинхронных моторов, при запуске которых фактическое значение тока может превышать номинальное в 5–8 раз. Это сопровождается повышенной нагрузкой на элементы коммуникации, питающие кабели, образуется высокий вращательный момент. Все это плохо сказывается не только на работе двигателя, но и на механизме, который он приводит в движение. Уменьшается ресурс мотора.
Проблема решается за счет использования специальных приборов для запуска электродвигателей — устройств плавного пуска (УПП) и преобразователей частоты (ПЧ). Предлагаем ознакомиться с принципами работы аппаратуры, основными различиями. Вы узнаете, что предпочтительнее для вашего оборудования (УПП или ПЧ), как выбрать преобразователь частоты.
Принцип действия устройства плавного пуска
УПП служит для снижения пиковых (максимальных) значений тока при запуске электродвигателей, в том числе обеспечивающих работу оборудования средний и большой мощности. Работа устройства плавного пуска:
- УПП подключается перед двигателем, запуск которого оно обеспечивает.
- После включения устройства плавного пуска оно генерирует выходное напряжение с измененной синусоидой — в соответствии с заданным режимом работы.
- Обороты мотора прямо пропорциональны частоте поступающего напряжения.
Таким образом, при изменении частоты питающего напряжения увеличивается/уменьшается скорость вращения электродвигателя. Генерация Uвых осуществляется за счет тиристорных коммуникаторов). Современные модели УПП реализованы с применением байпассных схем. В них помимо силовых микросхем предусмотрен контактор (параллельное подключение). При запуске и останове мотора напряжение поступает через микросхему, а после выхода на номинальные обороты — через контактор.
Применение устройства плавного пуска
УПП используют в системах с разными типами приводов (ремень, цепь, реверсивно-редукторные), с большой инерцией (центрифужное действие, мельницы и так далее). Их применяют на производстве (при подключении конвейеров, транспортеров), в системе водоснабжения, отопления (работа помп, насосов), при подключении промышленных вентиляторов. Устройства плавного пуска востребованы в следующих сферах: 
- строительная, горнодобывающая, перерабатывающая;
- машиностроительная, в том числе производство дробилок, станков;
- коммунальная (отопление, водоснабжение);
- аграрная (работа сепараторов, насосного оборудования);
- металлургическая;
- пищевая;
- деревообрабатывающая;
- нефтеперерабатывающая;
- энергетическая.
Фактически, УПП применимы во всех направлениях, где задействованы электрические двигатели. Выбор устройства плавного пуска обусловлен значениями тока двигателя (номинальный, пусковой), частота пусков в час.
Как работает преобразователь частоты
ЧП предназначен для изменения частоты переменного тока в большую или меньшую сторону. Давайте разберемся, из чего состоит преобразователь частоты:
- Силовой блок. Основа — полупроводники, чаще всего тиристоры или транзисторы.
- Управляющий блок. На базе микропроцессоров. Управляет силовым модулем, также служит для выявления неисправностей, выполняет защитную и контролирующую функцию.
Принципиальное отличие между ЧП и УПП заключается в том, что ПЧ влияет и на частоту, и на напряжение, а УПП — только на напряжение.
Принцип действия
Работа ЧП реализована на влиянии частоты питающего напряжения на скорость вращения и момент силы на валу мотора. Таким образом, с помощью частотных регуляторов легко изменять оба параметра. Различают два вида преобразователей частоты: с непосредственной связью и двойными преобразованием частоты.
Рассмотрим особенности схемы ПЧ с непосредственной связью:
- Управляющий модуль служит в качестве генератора сигналов.
- Под воздействием сигналов происходит отпирание полупроводников, обеспечивающих подачу напряжения установленной частоты на обмотки электродвигателя.
Подобный вариант имеет высокий КПД на малых оборотах, при останове электроэнергия, которая генерируется, поступает обратно в сеть. Минусы: невозможно увеличение частоты (она не будет выше исходной), перегрев обмоток и электромагнитные помехи. По этой причине большинство современных моделей ЧП предусматривают двойное преобразование частоты. Плюсы такого решения: доступно увеличение/уменьшение частоты, Uвых правильной синусоидальной формы, нейтрализованы электромагнитные помехи, высокая точность регулировки напряжения, подаваемого на электромотор.
Для чего нужен преобразователь частоты
Подключение двигателей через преобразователь частоты предпочтительнее, чем установка устройства плавного пуска. Для чего используются преобразователи частоты? Они выполняют целый ряд важных задач.
- продление ресурса электрических моторов и промышленного оборудования;
- уменьшение затрат электрической энергии;
- дистанционное управление, в том числе за счет интеграции с системами автоматизации технических процессов;
- защита от перегрева, перехода в аварийный режим, при возникновении нештатных ситуация двигатель отключается;
- подключение без редукторов, дросселей и других регулирующих устройств — система становится более простой и надежной.
Использование преобразователей частоты намного выгоднее альтернативных вариантов регулировки, в частности, дросселирования, с помощью гидромуфт и иных механических приборов.
Как подобрать преобразователь частоты или устройство плавного пуска
Сначала определитесь, какой из приборов для вас оптимален. В целом, УПП имеет одно ключевое преимущество — его стоимость ниже, чем ЧП. Устройство плавного пуска приобретают для:
- создания низкого крутящего момента запуска;
- при малой/средней нагрузке;
- работы мотора на номинальных оборотах, без превышения;
- уменьшения ударной нагрузки на шестерни механизма.
Во всех остальных случаях лучше выбрать преобразователь частоты. ЧП подойдет для двигателей, работающих с переменной нагрузкой, а также с частотой, которая превышает номинальную. Кроме того, они превосходят УПП по энергоэффективности.
Выбор преобразователя частоты
При сравнении моделей следует ориентироваться на их совместимость с электродвигателем, точнее, с его параметрами. В любом случае, ключевые критерии выбора — технические характеристики преобразователей частоты:
- Мощность и ток (номинальные). Подбирайте с небольшим запасом, нет смысла переплачивать за мощное устройство, потенциал которого не востребован, к тому же, снизится точность управления мотором.
- Напряжение. В промышленных условиях устанавливают 3-фазные преобразователи частоты, для небольших мастерских или бытового применения подойдут с 1-фазным входным напряжением, 3-фазным — выходным.
- Диапазон регулировки частоты. Этот параметр важен, если предполагается подключение двигателя, который обеспечивает работу вентиляционного оборудования, подъемников (лифты, эскалаторы и так далее), конвейеров, станков.
- Количество двигателей, которые можно подключить одновременно.
- Климатическое исполнение, степень защиты от влаги и пыли.
Учитывайте назначение преобразователей частоты. Так, если они нужны для управления двигателями прессовального или подъемного оборудования, важен такой показатель, как кратковременная перегрузка по U или I (напряжение и ток, соответственно). В нашем каталоге представлены преимущественно импортные ЧП. Это продукция известных брендов, в частности, Danfoss, Schneider Electric, Delta, IEK, EKF — годами проверенное качество, долговечность и надежность.
