Устройство плавного пуска, или УПП, помогает запускать электродвигатель с меньшими электрическими и механическими нагрузками. Оно управляет напряжением на двигателе во время разгона, чтобы уменьшить пусковой ток и рывки механизма. Софтстартер — другое название того же устройства, происходящее от английского soft starter. [1, 2]

Для чего нужно устройство плавного пуска

При прямом включении асинхронного двигателя в сеть возникают высокие пусковые токи, а привод быстро набирает скорость. Для механизма такой запуск может сопровождаться ударными нагрузками. На конвейере это проявляется рывком ленты, на ременной передаче — повышенной нагрузкой на ремни. УПП позволяет смягчить запуск и согласовать его с характером нагрузки. [1, 3]

Например, если конвейер перемещает хрупкие изделия, резкий старт может сдвигать их на ленте. Задача софтстартера в таком случае — обеспечить приемлемый разгон при сохранении рабочего режима конвейера. Это пример применения, а не гарантия результата для любого механизма: настройки проверяют на конкретной установке.

Пусковой ток при прямом пуске обычно в 5–8 раз превышает номинальный, иногда больше. Из-за этого в системе могут возникать:

• просадки напряжения в сети и срабатывание защит;

• ударные нагрузки на муфты, редукторы, ремни и цепи;

• гидроудары в трубопроводах при пуске и остановке насосов;

• ускоренный износ двигателя и механики.

Как работает софтстартер

В распространённой схеме с управлением тремя фазами силовая часть содержит шесть тиристоров, по два встречно параллельно в каждой фазе. Электроника меняет момент их открытия в каждом полупериоде переменного напряжения. В результате изменяется действующее значение напряжения, поступающего на двигатель. По мере разгона проводимость тиристоров увеличивается, и напряжение приближается к полному сетевому значению. [2]

УПП не формирует новую частоту питания: двигатель продолжает получать напряжение с частотой сети. Поэтому настройка плавного пуска управляет условиями разгона, а постоянное регулирование рабочей скорости требует другого решения. [2, 4]

Момент асинхронного двигателя примерно пропорционален квадрату напряжения, поэтому при снижении напряжения уменьшаются и ток, и момент. Отсюда следует, что слишком низкое начальное напряжение может не дать двигателю стронуться с места.

Что происходит после завершения пуска

Если устройство оснащено байпасом, после завершения пуска ток двигателя проходит через обходные контакты. Это уменьшает потери и нагрев силовой электроники. Байпас бывает встроенным или внешним; его наличие проверяют в характеристиках модели. [1, 3]

Переход в байпас не означает, что вся электроника отключается. В зависимости от исполнения УПП может продолжать контролировать параметры и выполнять функции защиты. Набор доступных защит определяется конкретной серией. [1, 5]

Основные функции устройства плавного пуска

1.       Плавный пуск. Напряжение растёт от заданного начального значения до номинального за установленное время (обычно от 1 до 60 секунд и более).

2.       Плавная остановка. Напряжение снижается постепенно. Это критично для насосов (нет гидроудара) и конвейеров (груз не смещается).

3.       Ограничение пускового тока. Ток можно удерживать на уровне, например, 2–4 номинальных значений.

4.       Импульсный форсированный старт (kick start). Короткий импульс повышенного напряжения помогает сдвинуть с места тяжёлую нагрузку.

5.       Защита двигателя. Большинство моделей контролируют перегрузку, обрыв и перекос фаз, неверное чередование фаз, перегрев, затянувшийся пуск и заклинивание ротора.

6.       Байпас. После выхода на номинальную скорость силовые тиристоры шунтируются контактором. Они не греются, а потери и расход энергии падают.

7.       Дополнительные функции (в зависимости от модели): торможение постоянным током, медленное вращение для наладки, журнал событий, связь по Modbus, Profibus и другим протоколам.

У расширенных моделей встречаются контроль температуры двигателя, защита от недогрузки и блокировки ротора, подогрев двигателя и специальные режимы для насосов. Эти возможности нельзя автоматически приписывать любому софтстартеру. [5]

Почему настройки влияют на результат

Слишком низкое начальное напряжение уменьшает пусковой момент, и двигатель может не начать вращаться. Чрезмерно жёсткое ограничение тока способно затянуть разгон. Настройки должны учитывать нагрузку и допустимый режим устройства. [6]

Если запуск регулярно не завершается, следует выяснить причину, а не просто увеличивать время разгона. Например, записать параметры неудачного пуска и код ошибки, чтобы сопоставить их с инструкцией. Такой подход позволяет обсуждать неисправность по конкретным данным.

Виды софтстартеров

• С управлением двумя или тремя фазами. У двухфазных тиристорами управляют две фазы (так устроены, например, некоторые модели ABB серии PSE), у трёхфазных — все три, по два тиристора в каждой. Выбор зависит от модели и задачи.

• Со встроенным или внешним байпасом. Встроенный байпас делает аппарат компактнее и упрощает монтаж; внешний применяют, когда байпаса в корпусе нет.

Где применяются устройства плавного пуска

УПП рассматривают для механизмов, которые после разгона работают на постоянной скорости:

• насосы и насосные станции;

• вентиляторы и дымососы;

• компрессоры;

• конвейеры и транспортёры;

• дробилки, мельницы, центрифуги;

• станки и пилорамы.

Как выбрать софтстартер

Перед выбором сверьте с документацией производителя:

• мощность и номинальный ток двигателя с учётом тяжёлых условий пуска;

• тип нагрузки: лёгкий или тяжёлый пуск, число пусков в час (превышение допустимой частоты пусков приводит к перегреву);

• напряжение сети и напряжение питания цепей управления;

• наличие встроенного байпаса;

• набор защит и интерфейсов связи;

• условия эксплуатации: температура, пыль, влажность.

Частые вопросы о софтстартере

Можно ли постоянно работать на половине скорости? Обычное УПП не предназначено для непрерывной работы двигателя на заданной пониженной скорости. Для такой задачи применяют частотный преобразователь. [4]

Заменяет ли плавный останов тормоз? Снижение напряжения само по себе не обеспечивает активное торможение инерционной нагрузки. Специальные тормозные функции встречаются у отдельных моделей и требуют отдельной проверки. [5, 7]

Как подключить устройство? Подробности силовой цепи и байпаса приведены в статье «Схема подключения устройства плавного пуска электродвигателя». Если нужно выбрать тип управления приводом, используйте материал «Устройство плавного пуска и частотный преобразователь — отличия и что выбрать».

Источники [1] ABB — Softstarters [2] Schneider Electric — Difference Between a Soft Starter and a VFD [3] Schneider Electric — Soft starters vs VFDs for conveyor motors [4] Schneider Electric — Работа софтстартера на пониженной скорости FA235909 [5] ABB — PSTX softstarter [6] ABB — Softstarter Handbook 1SFC132060M0201 [7] Schneider Electric — Способы торможения приводов FA22766