Устройство плавного пуска (УПП, англ. Soft Starter) — это электротехническое устройство, основным назначением которого является плавный разгон и торможение асинхронных электродвигателей переменного тока за счет программного снижения пускового тока и момента путем регулирования напряжения, подаваемого на статорные обмотки. В отличие от частотных преобразователей, УПП не осуществляет регулирование скорости в рабочем режиме, а функционирует только в периоды пуска и остановки, что определяет его нишу как оптимального решения для задач, где требуется снижение механических и электрических перегрузок без необходимости изменения скорости вращения.
Принцип действия современных УПП базируется на использовании встречно-параллельно включенных силовых тиристоров (симисторов) для каждой фазы питающего напряжения. Управляющая система, посредством ШИМ-сигналов, регулирует угол открытия тиристоров, тем самым плавно наращивая действующее значение напряжения на клеммах электродвигателя от начального значения (стартового напряжения) до полного сетевого напряжения.
Существует три основных метода управления пуском:
Конструктивно УПП состоит из нескольких основных модулей:
Выбор способа пуска определяется требованиями к механизму, экономическими соображениями и условиями электроснабжения.
| Способ пуска | Пусковой ток (от Iном) | Пусковой момент (от Mном) | Основные преимущества | Основные недостатки |
|---|---|---|---|---|
| Прямой пуск (DOL) | 500-800% | 150-200% | Простота, низкая стоимость | Высокие механические и электрические ударные нагрузки, просадки напряжения в сети |
| Пуск переключением «звезда-треугольник» | 200-300% | 33-50% | Снижение пускового тока, средняя стоимость | Ступенчатое изменение момента, «провал» момента при переключении, применим только для двигателей, рассчитанных на работу в сети 380В «треугольником» |
| Устройство плавного пуска (УПП) | 150-400% (регулируемо) | 10-100% (регулируемо) | Плавный, безударный разгон и торможение, защита механизмов и сети, широкие настройки | Более высокая стоимость, чем у звезды-треугольника, нагрев тиристоров |
| Частотный преобразователь (ЧП) | 100-150% | 100-150% | Плавный пуск с полным контролем момента, точное регулирование скорости и момента в рабочем режиме | Наибольшая стоимость, сложность настройки, генерация высших гармоник |
Современные УПП реализуют комплекс функций, выходящих за рамки простого пуска:
Выбор УПП осуществляется по следующим ключевым параметрам:
Производители классифицируют типовые механизмы по тяжести пуска:
Наиболее распространены две схемы подключения силовой части:
УПП нашли широкое применение в отраслях, где механизмы подвержены высоким инерционным или ударным нагрузкам при пуске:
УПП регулирует только напряжение на статоре в процессе пуска и остановки, не изменяя частоту. Его задача — ограничить ток и момент. ЧП преобразует и напряжение, и частоту, что позволяет не только плавно пускать двигатель, но и гибко регулировать его скорость в широком диапазоне в установившемся режиме. УПП — решение для задач, где регулирование скорости не требуется.
Нет, в рабочем режиме после завершения разгона двигатель, как правило, переключается на прямое питание через байпасный контактор. Длительная работа двигателя на пониженном напряжении через тиристоры УПП приведет к его перегреву и выходу из строя из-за увеличения скольжения.
Для механизмов с тяжелым пуском (дробилки, мельницы) рекомендуется выбирать УПП с запасом по току на одну-две ступени выше номинального тока двигателя. Например, для двигателя 100А следует рассмотреть УПП на 150-200А. Это обеспечит запас по перегрузочной способности тиристоров и их охлаждение.
Для продолжительного режима работы — обязательно. Работа в байпасном режиме снимает тепловую нагрузку с тиристоров, снижает собственные потери УПП и повышает надежность системы. Для механизмов с частыми пусками/остановами (крановое оборудование) иногда применяется схема без байпаса, но это требует специального расчета теплового режима УПП.
В процессе пуска при пониженном напряжении cos φ двигателя снижается. Однако общий потребляемый из сети ток при этом также значительно ниже, чем при прямом пуске. Поэтому реактивная мощность, потребляемая из сети в период пуска, при использовании УПП все равно существенно меньше, чем при прямом включении.
Для центробежного насоса: начальное напряжение — 30-40% Uном, время разгона — 10-30 секунд, время плавного останова (при необходимости) — 10-60 секунд, ограничение тока — 250-350% Iном. Режим останова часто выбирается «насосный» (Pump Stop) для эффективного гашения гидроударов.
Устройства плавного пуска представляют собой технически и экономически обоснованное решение для управления пуском асинхронных электродвигателей средней и большой мощности. Они эффективно решают задачи снижения пусковых токов, минимизации механических ударов в приводе и защиты технологического оборудования от преждевременного износа. Правильный выбор, настройка и эксплуатация УПП, с учетом характеристик двигателя и рабочего механизма, позволяют значительно повысить надежность и энергоэффективность электропривода, сократить эксплуатационные расходы и избежать аварийных ситуаций в электрических сетях.