Устройство плавного пуска (софтстартер) для дробилки

Устройство плавного пуска (софтстартер) для дробилки: принцип работы, выбор и применение

Устройство плавного пуска (УПП, софтстартер) представляет собой электротехническое устройство, основная функция которого – ограничение пускового тока и момента асинхронного электродвигателя за счет плавного нарастания напряжения на его статоре в течение заданного времени. Применительно к дробильному оборудованию (щековым, конусным, роторным, молотковым дробилкам) использование софтстартера переходит из категории рекомендации в категорию технологической необходимости. Это обусловлено тяжелыми условиями пуска, характерными для данного типа механизмов.

Особенности пуска дробилки и необходимость применения УПП

Дробилка представляет собой механизм с высокой инерцией вращающихся масс (ротор, маховики) и значительным моментом сопротивления. Часто пуск происходит под нагрузкой, так как в дробящей камере могут оставаться недробленные материалы. Прямой пуск двигателя дробилки приводит к ряду негативных последствий:

• Высокий пусковой ток: В 5-8 раз превышает номинальный, вызывая просадки напряжения в сети, нагружая питающие трансформаторы и генераторы.
• Значительные механические удары: Резкий скачок момента ведет к ударным нагрузкам на приводной ремень, зубчатую передачу, подшипники и сам дробящий механизм, ускоряя их износ.
• Перегрев обмоток двигателя: Многократное превышение тока вызывает тепловую перегрузку изоляции, сокращая ресурс электродвигателя.
• Проблемы с технологическим процессом: Резкий рывок при пуске может вызвать повышенную вибрацию, пробой материала и перекос валов.

Софтстартер решает эти проблемы, обеспечивая контролируемое разгонание привода.

Устройство и принцип действия софтстартера

Современный софтстартер построен на основе силовых полупроводниковых элементов – тиристоров (симисторов), включенных встречно-параллельно в каждую фазу питания двигателя. Управляющая электроника (микропроцессорный контроллер) регулирует момент открытия тиристоров в каждом полупериоде сетевого напряжения, тем самым изменяя действующее значение напряжения, подаваемого на двигатель.

Основные этапы работы УПП при пуске дробилки:

1. Исходное состояние: Тиристоры закрыты, напряжение на двигатель не подается.
2. Инициирование пуска: После получения внешней команды контроллер начинает подавать импульсы на управляющие электроды тиристоров.
3. Фаза разгона: Угол открытия тиристоров плавно увеличивается от начального значения (начальное напряжение, обычно 30-60% от Uном) до полного открытия (100% Uном) за заданное время разгона (от 10 до 60 секунд и более для дробилок). Напряжение, а следовательно, ток и момент, нарастают плавно.
4. Рабочий режим: По достижении полного напряжения тиристоры переводятся в постоянно открытое состояние (шунтируются байпасным контактором), что исключает их нагрев во время длительной работы.
5. Останов: При команде на останов байпасный контактор размыкается, управление вновь передается тиристорам. Останов может быть как плавным (с заданным временем торможения), так и свободным (отключение питания).

Ключевые функции и настройки УПП для дробильного оборудования

Для эффективной и безопасной работы привода дробилки софтстартер должен обладать и корректно настраиваться по следующим параметрам:

• Время разгона (Ramp Time): Основной параметр. Для дробилок с высоким моментом инерции устанавливается в диапазоне 20-40 секунд. Слишком короткое время нивелирует эффект плавного пуска, слишком длинное – вызывает перегрев двигателя и тиристоров на низких скоростях.
• Начальное напряжение (Start Voltage): Определяет начальный толчок момента. Должно быть достаточным для преодоления момента страгивания и начального движения ротора дробилки, но не вызывать резкого рывка. Типичные значения: 40-70%.
• Ограничение пускового тока (Current Limit): Критически важная функция. УПП автоматически регулирует напряжение, чтобы пусковой ток не превышал установленного предела (например, 250-400% от Iном). Это защищает сеть и сам двигатель.
• Функция торможения: Может использоваться для сокращения времени выбега ротора дробилки после остановки.
• Защитные функции: Современные УПП интегрируют в себя комплекс защит: от перегрузки по току, обрыва фазы, асимметрии фаз, перегрева, защиты от заклинивания (срабатывание по превышению времени разгона).
• Динамический байпас: Автоматическое переключение на байпасный контактор при достижении полной скорости, что повышает энергоэффективность.

Сравнение с другими способами пуска и выбор УПП

Для привода дробилки могут рассматриваться несколько методов пуска. Их сравнительный анализ представлен в таблице.

Метод пуска	Принцип действия	Преимущества	Недостатки (для дробилки)	Применимость
Прямой пуск (DOL)	Прямое подключение двигателя к полному сетевому напряжению.	Низкая стоимость, простота.	Максимальный пусковой ток и ударный момент, сильная нагрузка на сеть и механику.	Малые дробилки (до 11-15 кВт) при мощной сети.
Пуск «звезда-треугольник» (Y-Δ)	Начальный пуск на пониженном напряжении (звезда), затем переключение на полное (треугольник).	Снижение пускового тока в 2-3 раза, умеренная стоимость.	Ступенчатое изменение момента (рывок при переключении), ограниченное время в схеме «звезда», не подходит для тяжелых пусков с длительным разгоном.	Дробилки средней мощности с облегченными условиями пуска.
Частотный преобразователь (ЧП)	Плавное изменение частоты и напряжения, полное управление скоростью и моментом.	Идеально плавный пуск и останов, регулировка скорости, высокая точность управления, энергосбережение.	Высокая стоимость, большие габариты, чувствительность к условиям окружающей среды, необходимость квалифицированного обслуживания.	Дробилки, где требуется регулирование скорости или исключительно тяжелые условия пуска.
Устройство плавного пуска (УПП)	Плавное нарастание напряжения на статоре при постоянной частоте.	Плавный пуск и останов, значительное снижение пускового тока, защита механики и электросети, умеренная стоимость, надежность.	Не регулирует скорость в рабочем режиме, генерирует гармонические искажения.	Наиболее оптимальное решение для большинства дробилок, где требуется только плавный пуск/останов.

Критерии выбора софтстартера для конкретной дробилки

1. Мощность двигателя: УПП выбирается по номинальному току двигателя (Iном) с запасом 15-20%. Для дробилок с высоким моментом инерции рекомендуется запас до 30-40% (выбор большего типоразмера).
2. Количество пусков в час: Дробилки обычно имеют редкие пуски. Однако необходимо убедиться, что выбранный УПП рассчитан на требуемое количество операций, учитывая тепловыделение на тиристорах.
3. Напряжение сети: 380В, 660В, 6(10) кВ. Для двигателей высокого напряжения (6-10 кВ) применяются специальные высоковольтные УПП или схемы с понижающим трансформатором и низковольтным УПП.
4. Класс защиты корпуса (IP): Для пыльных условий дробильных цехов требуется корпус не ниже IP54.
5. Наличие байпасного контактора: Обязательно для длительной работы дробилки.
6. Интерфейс управления и диагностики: Цифровой дисплей, кнопки настройки, возможность интеграции в АСУ ТП (порты Modbus, Profibus).

Схемы подключения и дополнительные компоненты

Типовая схема подключения УПП для дробилки включает:

• Вводной автоматический выключатель или предохранители.
• Контактор или разъединитель для обесточивания схемы.
• Сам софтстартер, подключенный последовательно к статору двигателя.
• Байпасный контактор, подключаемый параллельно выходным силовым клеммам УПП после завершения пуска.
• Цепь управления, включающая кнопки «Пуск»/»Стоп», реле и PLC-контроллер.
• При необходимости – сетевой дроссель для снижения гармоник и защитные варисторы.

Важно обеспечить качественное охлаждение УПП, соблюдая требования по монтажным расстояниям, указанные в инструкции.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Можно ли обойтись без софтстартера для дробилки мощностью 30 кВт?

Технически – да, если сетевая инфраструктура (трансформаторная подстанция, кабельные линии) имеет значительный запас по мощности, а механическая часть рассчитана на ударные нагрузки. Однако с точки зрения ресурса оборудования и надежности электроснабжения цеха установка УПП является экономически оправданной даже для двигателей от 18.5 кВт.

2. Что лучше для дробилки: УПП или частотный преобразователь?

Если не требуется регулирование скорости вращения ротора в процессе работы, а нужен только плавный пуск и останов, УПП является более предпочтительным решением. Он проще, дешевле, надежнее в тяжелых промышленных условиях (пыль, вибрация) и не создает проблем с электромагнитной совместимостью, характерных для ЧП.

3. Как настроить время разгона УПП на дробилке?

Время разгона подбирается эмпирически. Начинают с рекомендованного в паспорте дробилки значения или с 20-25 секунд. При пуске контролируют ток. Разгон должен быть плавным, без остановки двигателя. Если двигатель не выходит на номинальную скорость за заданное время (срабатывает защита по времени разгона), время увеличивают. Если разгон происходит слишком быстро, с высоким током, время увеличивают, а начальное напряжение корректируют.

4. Почему после установки УПП двигатель дробилки греется сильнее на низких оборотах при пуске?

Это нормальное явление. При пониженном напряжении скольжение двигателя увеличивается, большая часть электрической энергии преобразуется в тепло в обмотках ротора. Поэтому длительность пуска (время разгона) не должна быть избыточной. После перехода на байпасный контактор двигатель работает в нормальном тепловом режиме.

5. Нужен ли сетевой дроссель при использовании УПП?

Для дробилок мощностью до 55-75 кВт при жесткой сети (большая мощность трансформатора) часто можно обойтись без дросселя. Однако его установка является хорошей практикой, так как он ограничивает скорость нарастания тока через тиристоры, продлевая их ресурс, и снижает уровень гармонических искажений, вносимых в сеть.

6. Как часто требуется обслуживание софтстартера?

Плановое техническое обслуживание включает в себя: визуальный контроль состояния клемм и подтяжку соединений (раз в 6 мес.), очистку радиаторов и вентиляционных каналов от пыли (в зависимости от запыленности цеха, раз в 1-3 мес.), проверку момента затяжки силовых болтов по регламенту производителя (раз в 1-2 года).

Заключение

Применение устройства плавного пуска для привода дробилки является технически и экономически обоснованным решением. УПП эффективно решает ключевые проблемы прямого пуска: устраняет электрические и механические перегрузки, значительно снижая эксплуатационные расходы на ремонт электродвигателя, механических передач и фундамента. Правильный выбор типоразмера, грамотная настройка параметров и соблюдение условий монтажа обеспечивают долговременную и безотказную работу как самого софтстартера, так и всего дробильного комплекса в целом, повышая общую надежность технологической линии.