Высокий пусковой ток и большая нагрузка на механические узлы оборудования – вот основные недостатки, проявляемые во время запуска электрического двигателя насоса. Эти проблемы помогает устранить устройство плавного пуска. УПП применяется в асинхронных электрических двигателях для удержания тока, напряжения и других их параметров в безопасном диапазоне. Рассмотрим для чего оно нужно, какие функции выполняет и как оно работает.
Зачем необходим плавный пуск
Как правило, для подключения насоса используется блок автоматики, магнитный пускатель либо реле. На электропривод сетевое напряжение подается посредством замыкания контактов, то есть реализуется прямое подключение. В результате такого действия на обмотки статора поступает все напряжение сети, при этом ротор остается все еще не подвижным, вследствие этого на роторе двигателя насоса появляется мгновенный вращательный момент.
Мгновенное возникновение вращающего момента на валу значительно повышает износ и снижает ресурс службы пусковой и рабочей обмоток статора, уплотнителей, подшипников. Кроме того, это может привести к сокращению срока эксплуатации трубопроводной и запорной арматуры, разбалтыванию крепежных гаек, а также смещению корпуса насоса относительно трубопровода.
Метод прямого пуска сопровождается скачками тока, что влечет за собой негативные последствия. В зависимости от бренда и модели агрегата, а также нагрузки на валу значение пускового тока может быть выше в 5-12 раз номинального значения тока двигателя. При запуске агрегата напряжение в сети будет кратковременно падать из-за резкого повышения тока, а это негативно сказывается на питающей сети. В результате такого запуска может выйти из строя другое оборудование, запитанное от этой же сети. Кроме того, значительное повышение тока отрицательно влияет на сами обмотки привода, которые подвергаются динамическому удару. Изоляция обмоток с каждым запуском насоса нарушается, что становится причиной межвитковых замыканий.
Прямой запуск электродвигателя насоса отрицательно влияет также и на технологии производства. Возникающие при запуске ударные моменты могут привести к порче продукции.
У прямой схемы подключения без устройства мягкого пуска проявляются негативные моменты и при отключении насоса. Резкое прекращение вращения вала также может привести к повороту корпуса агрегата, но в противоположную сторону. Входящие в состав насосного оборудования асинхронные электродвигатели обладают явно выраженным индуктивным характером. Если ток резко прекращает поступать через индуктивную нагрузку, то на ней из-за непрерывности тока мгновенно повышается напряжение. Предполагается, что при размыкании контакта все повышенное напряжение оказывается на стороне насоса. Однако это не так. Такой способ отключения сопровождается «дребезгом контактов» и импульсы напряжения оказываются в сети, а через нее достигают других приборов, запитанных от этой же сети.
Итак, при прямом подключении насосного оборудования происходит следующее:
- быстрый износ механических и электрических элементов агрегата;
- страдают подключенные к этой же сети приборы;
- снижается ресурс работы трубопроводной арматуры.
Для предотвращения всех этих проблем используют устройство плавного пуска.
Как работает УПП
Рисунок 2. Общая схема устройств плавного пуска.
Устройство мягкого пуска – это изготовленное на основе тиристоров электронное устройство, которое регулирует напряжение. Оно предназначено для постепенного разгона асинхронного электропривода до номинальной скорости за счет плавного управляемого увеличения напряжения на статоре. Регулировка напряжения выполняется системой импульсно-фазового управления при помощи выставления нужного угла открытия тиристоров. Чем этот показатель больше, тем выше напряжение, которое прикладывается к приводу.
Вращательный момент асинхронного электропривода пропорционален квадрату напряжения, поэтому, когда ограничивается напряжение, то уменьшаются и ударные пусковые моменты. Вследствие постепенного повышения напряжения на приводе пусковые токи снижаются. Электродвигатель при этом запускается быстро, хотя и медленнее, чем при пуске прямым способом.
Параметры пускового тока устанавливаются путем выбора начального и конечного углов открытия тиристоров, а также необходимой продолжительности повышения напряжения (периодом мягкого пуска). Устанавливая различные параметры ограничения тока электродвигателя во время пуска можно получить разнообразные механические характеристики привода. Их график показан на рисунке 3.
Рисунок 3. Механические характеристики электродвигателя при различных показателях напряжения.
Но, независимо от перегрузки по току, при небольших скоростях вращения, которые наблюдаются в начале запуска, момент, развивающийся двигателем значительно ниже номинального. Поэтому использование устройств мягкого пуска для запуска насосов с большим статистическим моментом на валу при малых скоростях вращения возможно лишь со значительной перегрузкой по току. Ее можно сопоставить с токовой перегрузкой, которая появляется при пуске напрямую. Стоит отметить, что какие бы параметры и тип изменения нагрузки на валу не был, запустить электродвигатель с применением УПП при перегрузке по току меньше 1,5 Iном почти невозможно.
Функциональные возможности
Устройство мягкого пуска электродвигателя насоса выполняет ряд функций:
- Не только плавный запуск, но и постепенная остановка агрегата. УПП увеличивает время остановки двигателя насоса по сравнению со временем остановки самовыбегом. Это снижает силу гидравлических ударов.
- Энергосбережение (в отдельных устройствах). Данная функция одновременно со снижением нагрузки на электродвигатель уменьшает потребление электроэнергии. Экономии удается достичь за счет понижения напряжения на обмотках привода, но при этом увеличивается гармоническая нагрузка на сеть и возникают дополнительные энергопотери, которые проявляются при коммутации тиристоров. К тому же, при работе в этом режиме сбережения электроэнергии ток в приводе отличен от синусоидального, увеличивается потребление реактивной мощности, появляются пульсации момента и скорости, в результате все плюсы этого режима сводятся на нет.
- Выполнение в автоматическом режиме коммутирования исходя из уровня и показателей давления жидкости.
- Защита оборудования от «сухого хода», то есть работы без жидкости.
- Защита оборудования при критическом снижении напряжения из-за блокировки трубы или низкого уровня рабочей среды.
- Защита от перенапряжения на входе преобразователя. Это предотвращает повреждение агрегата из-за попавшего внутрь него мусора.
- Автоматический перезапуск. Он позволяет насосному оборудованию работать без перерывов.
- Защита от опрокидывания фазы. Благодаря этому механизм не повреждается из-за вращения насоса в обратную сторону.
- Индикация включения, отключения насоса, а также при возникновения аварийной ситуации.
- Осуществление местного обогрева.
Выполнение ряда этих функций предупреждает аварийные ситуации, вероятность возникновения которых очень высока при отсутствии УПП.
Использование мягких пускателей позволяет избавиться от всех перечисленных выше проблем, снизить трудозатраты на обслуживание насосного оборудования в целом. Использование УПП можно отнести к «ресурсосберегающей» технологии, которая значительно продляет срок эксплуатации как самого электрического двигателя, так и насоса.
