Устройство плавного пуска (софтстартер) для электродвигателя ONI SFB

Устройство плавного пуска (софтстартер) для электродвигателя ONI SFB: принцип действия, конструкция и применение

Устройство плавного пуска (УПП, софтстартер) серии SFB от компании ONI представляет собой электронное устройство, предназначенное для управления пуском, работой и остановом трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Основная функция — ограничение пусковых токов и крутящего момента двигателя за счет плавного нарастания напряжения на его статоре в течение заданного времени. Это достигается с помощью силовых полупроводниковых элементов — симметричных тиристоров (симисторов), включенных встречно-параллельно в каждую фазу.

Принцип работы и основные функциональные модули

Принцип действия УПП ONI SFB основан на фазовом управлении тиристорами. Микропроцессорная система управления, анализируя текущее напряжение сети и заданные пользователем параметры, в каждый момент времени коммутирует тиристоры под определенным углом открытия. Это позволяет подавать на обмотки двигателя не полное сетевое напряжение, а его часть, которая плавно увеличивается от начального уровня (начальное напряжение) до полного за время, установленное как время разгона.

• Силовой модуль: Состоит из трех пар симисторов, установленных на массивных теплоотводах. Обеспечивает коммутацию тока нагрузки. Защищен варисторными цепями от перенапряжений и снабберами для снижения скорости нарастания напряжения (du/dt).
• Модуль управления: На основе высокопроизводительного микроконтроллера. Обрабатывает сигналы с датчиков тока (встроенных трансформаторов), вычисляет действующие значения тока и напряжения, формирует импульсы управления симисторами. Содержит память для хранения параметров и режимов.
• Блок питания и гальванической развязки: Формирует низковольтные напряжения для питания электронных схем. Обеспечивает гальваническую развязку между силовой цепью и цепями управления, что критически важно для безопасности и помехозащищенности.
• Система индикации и интерфейсов: Включает цифровой дисплей (на моделях SFB-D), светодиодные индикаторы состояния, кнопки настройки. Коммуникационные порты (например, Modbus RTU) позволяют интегрировать устройство в системы АСУ ТП.
• Система охлаждения: В зависимости от мощности, используется естественное воздушное охлаждение (конвекция) или принудительное (вентилятор). Теплоотводы рассчитаны на длительную работу при номинальном токе двигателя.

Ключевые технические характеристики и настраиваемые параметры

УПП ONI SFB характеризуется рядом параметров, которые определяют его возможности и область применения. Ниже приведены основные технические характеристики и регулируемые параметры.

Таблица 1. Основные технические характеристики серии ONI SFB

Параметр	Типичное значение / Диапазон	Примечание
Номинальное напряжение сети	3~400 В (50 Гц), 3~480 В (60 Гц)	Допускается отклонение ±10%
Диапазон номинальных токов двигателя (Ie)	От 12 А до 630 А	Определяет типоразмер УПП
Класс защиты корпуса (IP)	IP00 (открытое исполнение), IP20 (для щитов)	Зависит от модели
Количество пусков в час	До 10-15 (при номинальном токе)	Зависит от времени пуска и нагрузки
Степень ограничения пускового тока	До 350% от Iном.дв.	Настраивается параметром «Начальный ток»
Диапазон времени разгона (tразг.)	От 1 до 60 секунд	Время нарастания напряжения до сетевого
Диапазон времени останова (tостанова)	От 0 до 60 секунд	Функция плавного останова (Soft Stop)
Начальное напряжение (Uнач.)	От 30% до 70% от Uсети	Определяет начальный момент
Встроенные защиты	От перегрузки, обрыва фазы, КЗ, перегрева, асимметрии, затянутого пуска	С настройкой уставок и временем срабатывания

Режимы работы и алгоритмы управления

УПП ONI SFB поддерживает несколько режимов работы, адаптированных под различные типы нагрузок.

• Режим плавного пуска с контролем по напряжению: Базовый режим. Напряжение на двигателе линейно нарастает от U_нач. до сетевого за время t_разг.. Подходит для насосов, вентиляторов, компрессоров.
• Режим плавного пуска с контролем по току (ограничение тока): УПП автоматически регулирует напряжение так, чтобы пусковой ток не превышал заданное значение (например, 300% I_e). Оптимален для нагрузок с переменным моментом инерции или при слабых сетях.
• Режим плавного останова (Soft Stop): Плавное снижение напряжения на двигателе в течение времени t_{останова}. Критически важен для насосов для предотвращения гидроударов.
• Режим импульсного пуска (Kick Start): Кратковременная подача повышенного напряжения (до 90%) для страгивания механизмов с высоким статическим моментом трения (например, ленточные транспортеры под нагрузкой).
• Функция обхода (Bypass): После завершения разгона встроенный байпасный контактор (или внешний) шунтирует тиристоры, подавая на двигатель полное сетевое напряжение. Это исключает нагрев тиристоров в установившемся режиме и повышает общий КПД системы.

Встроенные системы защиты электродвигателя и самого УПП

ONI SFB обеспечивает комплексную защиту как подключенного электродвигателя, так и своих внутренних цепей. Защиты имеют настраиваемые уставки и выдержки времени.

• Защита от перегрузки (с обратно-зависимой выдержкой времени): Моделирует тепловую модель двигателя (I²t). При превышении допустимого тока срабатывает отключение, предотвращая перегрев обмоток.
• Защита от обрыва фазы и асимметрии: Контролирует наличие и равенство токов во всех трех фазах. Асимметрия более 30-50% приводит к аварийной остановке.
• Защита от короткого замыкания: Быстродействующая электронная защита от токов КЗ в нагрузке или внутри УПП.
• Защита от затянутого пуска: Срабатывает, если двигатель не вышел на номинальную скорость за время, превышающее заданный предел (обычно 1.5-2
• t_разг.).
• Защита от перегрева: Контроль температуры теплоотвода силовых тиристоров с помощью датчика. При превышении порога УПП блокируется.
• Защита от перенапряжения и провалов напряжения: Мониторинг напряжения сети.

Схемы подключения и дополнительные опции

Стандартная схема подключения УПП ONI SFB — последовательное включение силовых цепей в разрыв каждой фазы статора двигателя. Управляющие цепи подключаются к клеммам платы управления: внешнее управление (пуск/стоп), реле состояния, аналоговые выходы (ток, частота), коммуникационный интерфейс. Для двигателей, работающих в режиме реверса, используются два софтстартера или один софтстартер с реверсивным байпасным контактором, что требует дополнительной блокировки во избежание одновременного включения. Рекомендуется установка быстродействующих предохранителей или настройка автомата защиты двигателя перед УПП для защиты от катастрофических отказов.

Области применения и критерии выбора

УПП ONI SFB применяется во всех отраслях промышленности для механизмов с высокой инерцией или требующих ограничения пускового тока:

• Насосное оборудование (центробежные, поршневые насосы). Основные выгоды: предотвращение гидроударов, снижение износа арматуры.
• Вентиляторы и дымососы. Устранение резкого динамического удара при пуске, продление жизни механических передач.
• Компрессоры (поршневые, винтовые). Снижение пусковых нагрузок на привод и механическую часть.
• Конвейеры, транспортеры, элеваторы. Плавный разгон предотвращает проскальзывание лент, рывки, разрыв груза.
• Мешалки, миксеры, дробилки, центрифуги.

Критерии выбора: номинальный ток двигателя (I_e УПП должен быть ≥ I_ном.дв.), тип и тяжесть пуска (частые пуски, высокая инерция требуют выбора УПП с запасом по току на одну ступень), необходимость в плавном останове, наличие реверса, требования к системам мониторинга.

Сравнение с другими устройствами управления пуском

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Можно ли использовать УПП ONI SFB для пуска двух двигателей от одного устройства?

Нет, это категорически не рекомендуется. Тепловая модель защиты и алгоритмы управления УПП рассчитаны на параметры одного конкретного электродвигателя. Подключение двух двигателей сделает защиту неэффективной и может привести к выходу из строя как двигателей, так и УПП.

Что происходит с УПП после завершения пуска? Всегда ли нужен байпасный контактор?

После завершения разгона тиристоры остаются полностью открытыми, и двигатель получает полное сетевое напряжение. Однако на тиристорах даже в открытом состоянии падает напряжение порядка 1-2 В, что вызывает их нагрев и дополнительные потери. Для двигателей, работающих в длительном установившемся режиме, использование байпасного контактора (внешнего или встроенного) строго рекомендуется. Для режимов с частыми пусками/остановами или кратковременной работой можно обойтись без байпаса.

Как правильно настроить время разгона и начальное напряжение для центробежного насоса?

Для центробежного насоса начальное напряжение обычно устанавливается на минимум (30-40%) для создания минимального начального момента, достаточного для страгивания. Время разгона выбирается исходя из инерции системы и требований к плавности. Типичный диапазон — 10-20 секунд. Слишком малое время может не обеспечить плавности, слишком большое — привести к перегреву двигателя и УПП во время пуска. Рекомендуется начинать со средних значений (15 с) и корректировать по фактическому пусковому току и плавности процесса.

Чем отличается защита двигателя в УПП от защиты обычного теплового реле или автомата?

Защита в УПП ONI SFB является более точной и многофункциональной. Она основана на цифровом вычислении действующего значения тока и моделировании теплового состояния обмоток двигателя с учетом времени, что точнее отражает реальный перегрев. Кроме того, УПП обеспечивает защиту от асимметрии, обрыва фазы, затянутого пуска, которые обычное тепловое реле не отслеживает. Однако УПП не заменяет аппарат защиты от короткого замыкания (предохранители, автоматы), которые должны быть установлены перед ним в силовой цепи.

Можно ли реализовать реверс с помощью одного УПП ONI SFB?

Нет, один стандартный софтстартер не может изменить последовательность фаз (чередование), необходимую для реверса двигателя. Для реверсивного пуска используются либо два отдельных УПП, включенных на встречное чередование фаз, с обязательной механической и электрической блокировкой, либо один УПП, работающий в паре с реверсивным байпасным контактором. Вторая схема сложнее в реализации и требует тщательного проектирования логики управления.

Как интегрировать УПП SFB в систему автоматизации?

Модели, оснащенные цифровым интерфейсом (например, Modbus RTU через RS-485), позволяют дистанционно: задавать команды пуска/останова, считывать текущие параметры (ток, напряжение, статус ошибок), изменять уставки. Для этого необходимо подключить коммуникационный кабель к соответствующим клеммам УПП и настроить адрес устройства и скорость обмена в параметрах. Управление также возможно через дискретные входы (внешние реле, ПЛК) и аналоговые сигналы (4-20 мА, 0-10 В).