Устройство плавного пуска предназначено для уменьшения тока запуска асинхронных двигателей. Особенно это существенно для электроприводов большой и средней мощности (кВт), когда их пусковой ток при прямом пуске достигают 5-7 кратного значения от номинального тока. Такие пусковые токи могут приводить к значительным просадкам напряжения сети, что в свою очередь может приводить к ложным срабатываниям различной аппаратуры, или к аварийным отключениям целой сети.

Частотные преобразователи и устройства плавного пуска являются двумя совершенно разными устройствами, и путать их нельзя. Частотный преобразователь преобразует частоту и напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя, а устройство плавного пуска преобразует только напряжение, подводимое к обмоткам электродвигателя. Это существенный нюанс, его нужно знать.

Устройство плавного пуска состоит из включенных в каждую фазу встречно-параллельных тиристоров. Существует схема с включенными в две фазы с встречно-параллельными тиристорами. Рассмотрим систему управления тиристорами, датчик тока и напряжения, шунтирующие контакты, которые после работы пускового устройства зашунтируют контакты электродвигателя.

Рассмотрим пуск асинхронной машины без устройства плавного пуска на холостом ходу. Посмотрим в первую очередь на ток. Это двигатель большой мощности (кВт). Пусковой ток может достигать пикового значения 15 кА. Такие токи слишком большие для сети. Ток ротора тоже такого же значения. Эти токи нужно ограничивать. Такие токи будут вызывать ощутимые просадки напряжения. Поэтому используют устройства плавного пуска. Сейчас, подключив устройство плавного пуска и задав темп разгона, мы можем увидеть, как будет меняться ток при применении устройства плавного пуска. Ток нарастает медленно. Это зависит от заданного темпа разгона, магнитного поля, от стартового угла открытия тиристоров. Растет ток, начнет расти скорость и момент.

Двигатель выходит на свои номинальные обороты и начинает уменьшаться ток. Благодаря устройству плавного пуска меняют динамику разгона, подгонять ток. Есть много устройств, позволяющих адаптировать ток, реализовывать различные функции разгона: разгон по времени, разгон по току. Теперь применим устройство для пуска под этой же нагрузкой. Под нагрузкой устройства плавного пуска работают не очень хорошо, особенно при номинальной нагрузке двигателя. Темп разгона значительно замедляется при пользовании номинальной нагрузкой, поэтому обычно с номинальной нагрузкой их не разгоняют. Устройства плавного пуска позволяют применение даже под нагрузкой плавно нарастить пусковой момент, что очень важно в механизмах, где есть механическая передача.

Отличие частотного преобразователя от устройства плавного пуска

Двигателя большой и средней мощности (кВт) развивают ударный момент, могут крушить и ломать некоторые механизмы: зубья передач, рвать ремни. Не всегда допустим разгон с помощью прямого пуска. Устройства для плавного пуска не предназначены для экономии электроэнергии, регулирования скорости вращения электродвигателя, а только для разгона, иногда для торможения.

Применение частотных преобразователей, устройств плавного пуска

Частотник рекомендуется применять тогда, когда нужно регулирование параметра техпроцесса изменением оборотов электродвигателя, момента вращения:

  • Температуры в механизмах охлаждения.
  • Расхода воды в нагнетателе.
  • Давление воды в коллекторе.
  • Удержание момента вращения на дробилках, мельницах

В этом случае применяется регулирование обратной связи по скорости вращения, по моменту.

Устройства плавного пуска применяют:

  • Для уменьшения изнашивания агрегатов исполнения и электродвигателей при запусках, пиковых нагрузках.
  • В случае нехватки мощности (кВт) сети питания разгона электродвигателя.

Частотный преобразователь имеет опцию устройства плавного пуска и дает возможность удерживать значение параметра. В сетях снабжения преобразователь частоты управляет электродвигателем, позволяющим удерживать выходное давление непостоянного вида, экономию электроэнергии, основное давление постоянное.

Отличия скалярных и векторных преобразователей частоты

Скалярная величина – значение, выраженное одним числом. Несколько значений изображается на шкале. Площадь, длина – это величины скалярные. Векторные величины – кроме числа имеют направление.

Главным методом изменения момента мотора является корректировка частоты и тока. Это ведет к изменению силы поля. Частотники можно настраивать, менять их выходные параметры для своих механизмов. Характеру выходного тока выхода частотного преобразователя можно придать гиперболический, параболический, линейный вид.

Для страгивания с места увесистый груз на механизме, току выхода придают гиперболический вид. Вентиляторы и насосы воды приводятся в работу по параболе, это экономит электричество. Так сконструированы множество частотных преобразователей, называющихся скалярными.

Следующим методом увеличения момента мотора служит применение гармоники выходного тока. Ее вектор вращается в сторону тока главной гармоники, по последовательности прямого вида. Остальные создают вращение в обратную сторону в последовательности обратного вида.

Нейтральный ток выше фазных токов, колебания 3-й гармоники больше следующих гармоник. Этот эффект используется для повышения мощности выхода и повышения момента на моторе. Для управления вращающим моментом применяют силу и частоту тока, а также фазу. Отсюда и пошло название «векторный».

Оптимизировано постоянство вращения в широком диапазоне путем сдвига фаз. Это свойство заключено в двигателе с замкнутым ротором. Поле проходит через ротор, где есть токи, создающие механическую силу. Она вращает вал мотора в сторону поля статора, но ротор отстает на несколько процентов от скорости вращения поля потока. Это скольжение обеспечивает переход электроэнергии в механическую энергию в двигателе асинхронного типа. Если нет скольжения в роторе, нет движущей силы, и нет вращения вала мотора.

Вращающий момент мотора прямо зависит от тока, и обратно пропорционален оборотам двигателя. Эффект от векторных методов небольшой. На небольших скоростях при увеличенном токе электродвигатель перегревается, требует охлаждающей системы. Обладают ли «невекторные» частотные преобразователи постоянным моментом моторного вращения? Асинхронный двигатель обладает свойством изменять вращающий момент по нагрузке вала, то есть, расходует ток, обеспечивающий одинаковый момент вращения и нагрузки.

На наименьших скоростях вращения вала двигателя векторные способы управления являются малоэффективными. Стоимость за свойство «векторности» преобразователя частоты не оправдывает себя, сложности системы уменьшают надежность механизмов. Такие частотные преобразователи нельзя использовать на приводах с несколькими моторами. Преобразователи частоты нужно классифицировать по методу управления током выхода:

  1. С настройкой значений тока. Применяются в приводах общего назначения.
  2. С настройкой тока выхода динамического типа. Применяются в приводах с одним мотором на точных агрегатах техпроцесса. Бывают с обратной связью поля и без нее. Они превосходят частотные преобразователи первого типа, зато сервоприводы превосходят их.

Для конкретных целей для управления механизмами являются электромоторы с собственными управляющими системами. Универсальные механизмы и приводы создать невозможно, так как большая разница в конструкции и в выполняемых задачах. Нужно сконструировать привод механизма, учесть нужный момент мотора в негативном диапазоне частот вращения, а управление значением параметра будет осуществлять регулятор, им оснащены преобразователи скалярного типа.