Мягкий пускатель в системах позиционирования и работа с тяжелыми нагрузками

1 января 2011

Мягкий пускатель (другими словами: тиристорный преобразователь напряжения, софт-стартер или устройство плавного пуска) сегодня представляется почти идеальной заменой пусковому контактору, а также устройству звезда/треугольник или автотрансформатору, которые используются для пуска асинхронных электродвигателей. А так ли это когда дело касается работы в условиях тяжелых нагрузок и в системах позиционирования? На этот вопрос мы и ответим в данной статье.

Мягкие пускатели Emotron серии MSF

Начнем с общего описания устройств плавного пуска. В схеме с мягкими пускателями тиристоры установлены встречно-параллельно на одну из фаз или на всех. В момент пуска тиристор приоткрывается и на электродвигатель поступает необходимое напряжение. Каждый тиристор работает на свою полуволну. По достижении номинального значения напряжения электродвигателя тиристоры остаются открытыми или шунтируются. Как известно, есть три основные схемы, которые применяются в мягких пускателях. К первой относится установка тиристоров в одной фазе, ко второй – в двух, а к третьей, соответственно, – с тиристорами в каждой фазе. Часто для снижения стоимости производители используют схемы с одним или двумя тиристорами.

Как мы уже отметили, по достижении полного напряжения тиристоры шунтируются (встроенные контакторы подключают двигатель напрямую к сети). Поскольку тиристоры находятся в работе только в момент пуска, суммарный ток, протекающий через них, ниже, чем при постоянном включении. Соответственно тиристоры будут иметь меньшую мощность. В результате, достигается экономия. Плюс в сравнении с использованием контакторов данная система более долговечна (ведь механическая система живет меньше полупроводниковой).

По сравнению с транзисторным устройством (преобразователь частоты) мягкий пускатель (тиристорное устройство) стоит значительно дешевле, а если использовать управление только по одной или двум фазам (как это делают многие производители), то цена становится еще более привлекательной. Но в схемах с одним или двумя тиристорами есть существенные недостатки. Например, время пуска у них не превышает 20 секунд. Для насоса этого времени вполне достаточно, но для пуска тяжелой нагрузки (к примеру, электродвигателя конвейера) этого времени не хватит. Не говоря о механизмах с более тяжелыми нагрузками, таких как куттеры, мельницы, дробилки, миксеры и другие. В этом случае подойдут мягкие пускатели, которые управляют напряжением в трех фазах. Они, как правило, и являются «топовыми» в линейках производителей и имеют большее количество опций и защит электродвигателя.

Поэтому при работе с тяжелыми нагрузками важно найти наилучшее решение среди устройств, позволяющих пускать и останавливать механизмы, которое будет оптимальным как по цене, так и по обеспечиваемым характеристикам.

Наиболее интересным решением окажется мягкий пускатель при условии соблюдения баланса между требованиями к нему и его возможностями. Безусловно, мягкий пускатель не является конкурентом преобразователю частоты, просто для некоторых систем его можно с успехом использовать как более экономичный вариант, который при этом обеспечит необходимый набор функций.

Известно, что напряжение, подаваемое на электродвигатель прямо пропорционально пусковому моменту. Чем выше напряжение, подаваемое на электродвигатель, тем больше пусковой момент. Длительность пуска влияет на плавность разгона, но для тяжелой или инерционной нагрузки также важен большой момент. При несоблюдении баланса мы либо не запустим конвейер за нужное время, либо произойдет толчок (как при прямом пуске). А при торможении мы не сможем плавно остановить механизм за нужное время. Время очень важная величина, особенно для систем позиционирования или станков. В большинстве типов мягких пускателей помимо функции разгона/ торможения с управлением напряжением также встроена функция управления напряжением с контролем пускового тока, которая часто включена как опция. Но в этом случае, не меняя частоту сети, при низком напряжении для тяжелой нагрузки будет сложно уложиться в строгие рамки токового ограничения. Делаем вывод: если стоит задача пуска миксера под нагрузкой с помощью мягкого пускателя, управляющего только напряжением, получим недостаточное снижение тока, а применив функцию ограничения пускового тока, можем не уложиться в необходимое время. Поэтому мягкие пускатели и не получили широкого распространения для управления такими механизмами, как миксеры, подъемники, эскалаторы, дисковые пилы, дробилки, приводы станков и механизмов резки.

В отличие от подобных устройств, мягкий пускатель Emotron MSF (Швеция), в течение более чем 10 лет успешно представляемый на российском рынке Компанией АДЛ, имеет очень важную встроенную функцию контроля момента при разгоне/торможении асинхронного электродвигателя. При этом, ограничение по току также встроено. Функция контроля момента позволяет разгонять электродвигатель с практически линейным нарастанием скорости, при этом, ток и напряжение остаются в допустимых пределах. Такой мягкий пускатель имеет дополнительные преимущества: пусковой ток еще ниже, чем у обычного мягкого пускателя, а при торможении – линейное снижение скорости, которое позволяет наиболее точно рассчитать и уменьшить расходуемое на это время. Такому пускателю по силам плавно пустить дисковую пилу или дробилку с сохранением достаточно высокого момента, а пускового тока – в допустимых пределах. Безусловно, хочется еще раз напомнить, что преобразователь частоты справится с этой задачей гораздо лучше, но и цена будет в три-пять раз выше.

Что касается линий резки металла или приводов станков, то плавно остановить такой механизм с помощью мягкого пускателя MSF легко именно благодаря вышеупомянутой функции. Для более точного останова дополнительно активизируется функция работы на низкой скорости (14 % от номинальной). В сочетании эти две функции дают блестящий результат: останов происходит точно в запланированный момент. Поэтому мягкие пускатели MSF можно применять для небольших линий резки металла небольшой производительности, т. е. там где рабочий цикл составляет не мене 3 минут. Отметим, что с помощью мягкого пускателя мы НЕ можем изменять производительность, что и отличает их от преобразователей частоты.

Мягкий пускатель Emotron MSF также предназначен для постоянной работы с электродвигателем и не имеет встроенных механических контакторов, а, следовательно, механический износ практически отсутствует. Он также не требует установки байпасных контакторов, за исключением некоторых случаев (например, высокая температура в помещении).

Помимо этого, постоянный контроль напряжения, а также нагрузки на валу позволяют мягкому пускателю Emotron MSF практически моментально реагировать на изменения нагрузки и обеспечивать максимальную безопасность без использования дополнительных датчиков скорости или момента. Уникальный мониторинг нагрузки позволяет легко настроить необходимые защиты по перегрузке и недогрузке, а также установить крайне малое время срабатывания от 0,1 секунды. Это делает его достаточно привлекательным для применения с такими механизмами, как дисковые пилы на деревообрабатывающих комбинатах, дробилки, куттеры, миксеры и подъемники.

Вышеупомянутая функция мониторинга нагрузки позволяет, например, получить информацию о том, на сколько процентов нагружен приводной механизм. Такая информация является очень полезной для различных обрабатывающих станков и может быть использована в общей системе АСУ или оперативного контроля работы благодаря совместимости мягких пускателей Emotron MSF с интерфейсом RS485, протоколами Modbus, Profibus, DeviceNet, а также с современным Ethernet.

В России функциональный набор мягких пускателей Emotron MSF оценили такие промышленные предприятия, как металлообрабатывающие заводы (Череповецкий сталепрокатный завод, Магнитогорский калибровочный и метизный заводы), заводы по производству строительных материалов (Стройполимеркерамика, Московские АБЗ № 1 и № 4), деревообрабатывающие комбинаты (Архангельский ЦБК, Краснокамский ЦБК) и другие.

Часто на дробилках и подъемниках используют асинхронные двигатели с фазным ротором. Мягкий пускатель Emotron MSF позволяет заменить их на более дешевые асинхронные машины. Но сначала необходимо подобрать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с аналогичным пусковым моментом, как у заменяемого двигателя с фазным ротором, и только потом подбирать для него мягкий пускатель (т.к. устройство выбирается по номинальному току имеющегося двигателя). Но в любом случае экономия будет налицо.

В заключение хотелось бы добавить, что использование мягких пускателей Emotron MSF для асинхронных электродвигателей, которые придут на замену двухскоростным электродвигателям и двигателям с фазным ротором, позволит снизить нагрузку на сеть и сократить затраты на оборудование (устанавливать генераторы меньшей мощности, например, в карьерах, а также прокладывать кабели меньшего сечения). И таким образом, экономить электроэнергию, даже при работе с тяжелыми нагрузками.

Например, на Волжском регенераторном заводе в течение месяца проводилось испытание на устройстве по переработке старых шин, приводом которого управлял мягкий пускатель Emotron MSF. Средняя экономия электроэнергии составила около 9 %. При мощности привода в 90 кВт расчет показал, что окупаемость мягкого пускателя не превысила одного года. Мягкие пускатели Emotron MSF зарекомендовали себя как надежные устройства, которые могут работать в самых тяжелых условиях (даже на улице, несмотря на то что допустимый диапазон работы для полупроводников, как правило, лежит в диапазоне от 0 до +40 °С, но опыт эксплуатации данных устройств в российских условиях показывает обратное).

Более чем десятилетний опыт, накопленный инженерами Компании АДЛ в данной области, позволяет находить наиболее рациональные решения для защиты Ваших электродвигателей.

Всех, кто хочет узнать больше об электрооборудовании Emotron (Швеция) и других продуктах Компании АДЛ, мы ждем в нашем офисе и офисах наших дистрибьюторов. Адреса дистрибьюторов можно найти на официальном сайте компании – www.adl.ru.