Краткая справка: плавный пуск насосов. Устройство плавного пуска электродвигателя

Кому хочется напрягаться, тратить свои деньги и время на переоборудование устройств и механизмов, которые и так прекрасно работают? Как показывает практика – многим. Хоть и не каждый в жизни сталкивается с промышленным оборудованием, оснащённым мощными электродвигателями, но, постоянно встречается пусть с не столь прожорливыми и мощными, электромоторами в быту. Ну а лифтом, наверняка, пользовался каждый.

Электродвигатели и нагрузки - проблема?

Дело в том, что фактически любые электродвигатели, в момент пуска или остановки ротора, испытывают огромные нагрузки. Чем мощнее двигатель и оборудование, приводимое им в движение, тем грандиозней затраты на его запуск.

Наверное, самая значительная нагрузка, приходящаяся на двигатель в момент пуска, это многократное, хоть и кратковременное, превышение номинального рабочего тока агрегата. Уже через несколько секунд работы, когда электромотор выйдет на свои штатные обороты, ток, потребляемый им, тоже вернётся к нормальному уровню. Для обеспечения необходимого электроснабжения приходиться наращивать мощность электрооборудования и токопроводящих магистралей , что приводит к их подорожанию.

При запуске мощного электродвигателя, из-за его большого потребления, происходит «просадка» напряжения питания, которая может привести к сбоям или выходу из строя оборудования, запитанного с ним от одной линии. Ко всему прочему, снижается срок службы аппаратуры электроснабжения.

При возникновении нештатных ситуаций, повлёкших перегорание двигателя или его сильный перегрев, свойства трансформаторной стали могут измениться настолько, что после ремонта двигатель потеряет до тридцати процентов мощности. При таких обстоятельствах, к дальнейшей эксплуатации он уже непригоден и требует замены, что тоже недешево.

Для чего нужен плавный пуск?

Казалось бы, все правильно, да и оборудование на это рассчитано. Вот только всегда есть «но». В нашем случае их несколько:

в момент запуска электродвигателя, ток питания может превышать номинальный в четыре с половиной-пять раз, что приводит к значительному нагреву обмоток, а это не очень хорошо;
старт двигателя прямым включением приводит к рывкам, которые в первую очередь влияют на плотность тех же обмоток, увеличивая трение проводников во время работы, ускоряет разрушение их изоляции и, со временем, может привести к межвитковому замыканию;
вышеупомянутые рывки и вибрация передаются на весь приводимый в движение агрегат. Это уже совсем нездорово, потому что может привести к повреждению его движущихся элементов : систем зубчатых передач, приводных ремней, конвейерных лент или просто представьте себя едущим в дёргающемся лифте. В случае насосов и вентиляторов - это риск деформации и разрушения турбин и лопастей;
не стоит также забывать об изделиях, возможно находящихся на производственной линии. Они могут упасть, рассыпаться или разбиться из-за такого рывка;
ну, и наверно, последний из моментов, заслуживающих внимание - стоимость эксплуатации такого оборудования. Речь идёт не только о дорогостоящих ремонтах, связанных с частыми критическими нагрузками, но и об ощутимом количестве не эффективно израсходованной электроэнергии.

Казалось бы, все вышеперечисленные сложности эксплуатации присущи лишь мощному и громоздкому промышленному оборудованию, однако, это не так. Все это может стать головной болью любого среднестатистического обывателя. В первую очередь это касается электроинструмента.

Специфика применения таких агрегатов, как электролобзики, дрели, болгарки и им подобных, предполагают многократные циклы запуска и остановки, в течение относительно небольшого промежутка времени. Такой режим эксплуатации, в той же мере, влияет на их долговечность и энергопотребление, как и у их промышленных собратьев. При всем этом не стоит забывать, что системы плавного запуска не могут регулировать рабочие обороты мотора или реверсировать их направление. Также невозможно увеличить пусковой момент или снизить ток ниже, чем требуется для начала вращения ротора электродвигателя.

Видео: Плавный пуск, регулировка и защита колектор. двигателя

Варианты систем плавного пуска электродвигателей

Система «звезда-треугольник»

Одна из наиболее широко применяемых систем запуска промышленных асинхронных двигателей. Основным её преимуществом является простота. Двигатель запускается при коммутации обмоток системы «звезда», после чего, при наборе штатных оборотов, автоматически переключается на коммутацию «треугольник». Такой вариант старта позволяет добиться тока почти на треть ниже , чем при прямом запуске электромотора.

Однако, этот способ не подойдёт для механизмов с небольшой инерцией вращения. К таким, к примеру, относятся вентиляторы и небольшие насосы, из-за малых размеров и массы их турбин. В момент перехода с конфигурации «звезда» на «треугольник», они резко снизят обороты или вовсе остановятся. В результате после переключения, электродвигатель по сути, запускается заново. То есть в конечном счёте вы не добьётесь не только экономии ресурса двигателя, но и, вероятнее всего, получите перерасход электроэнергии.

Видео: Подключение трёхфазного асинхронного электродвигателя звездой или треугольником

Электронная система плавного пуска электродвигателя

Плавный пуск двигателя может быть произведён с помощью симисторов, включённых в цепи управления. Существует три схемы такого включения: однофазные, двухфазные и трехфазные. Каждая из них отличается своими функциональными возможностями и конечной стоимостью соответственно.

С помощью таких схем, обычно, удаётся снизить пусковой ток до двух–трёх номинальных. Кроме этого, удаётся снизить существенный нагрев, присущий вышеупомянутой системе «звезда-треугольник», что способствует увеличению срока службы электродвигателей. Благодаря тому, что управление запуска двигателя происходит за счёт снижения напряжения, разгон ротора осуществляется плавно, а не скачкообразно, как у других схем.

В целом, на системы плавного пуска двигателя возлагаются несколько ключевых задач:

основная – понижение пускового тока до трёх–четырёх номинальных;
снижение напряжения питания двигателя, при наличии соответствующих мощностей и проводки;
улучшение параметров пуска и торможения;
аварийная защита сети от перегрузок по току.

Однофазная схема пуска

Данная схема предназначена для запуска электродвигателей мощностью не более одиннадцати киловатт. Применяют такой вариант в том случае, если требуется смягчить удар при запуске, а торможение, плавный пуск и понижение пускового тока не имеют значения. В первую очередь из-за невозможности организации последних, в такой схеме. Но по причине удешевления производства полупроводников, в том числе и симисторов, они сняты с производства и редко встречаются;

Двухфазная схема пуска

Такая схема предназначена для регулирования и пуска двигателей мощностью до двухсот пятидесяти ватт. Такие системы плавного пуска иногда комплектуют обходным контактором для удешевления прибора, однако, это не решает проблемы несимметричности питания фаз, что может привести к перегреву;

Трехфазная схема пуска

Эта схема является наиболее надёжной и универсальной системой плавного пуска электродвигателей. Максимальная мощность, управляемых таким устройством двигателей, ограничена исключительно максимальной температурной и электрической выносливостью применённых симисторов. Его универсальность позволяет реализовать массу функций , таких как: динамический тормоз, подхват обратного хода или балансировку ограничения магнитного поля и тока.

Важным элементом последней, из упомянутых схем, является обходной контактор, о котором говорилось раньше. Он позволяет обеспечить правильный тепловой режим системы плавного пуска электродвигателя , после выхода двигателя на штатные рабочие обороты, предотвращая его перегрев.

Существующие на сегодняшний день устройства плавного пуска электродвигателей, помимо приведённых выше свойств, рассчитаны на их совместную работу с различными контроллерами и системами автоматизации. Имеют возможность включения по команде оператора или глобальной системы управления. При таких обстоятельствах, в момент включения нагрузок, возможно появление помех, могущих привести к сбоям в работе автоматики, а следовательно, стоит озаботиться системами защиты. Использование схем плавного пуска, способно значительно уменьшить их влияние.

Плавный пуск своими руками

Большинство перечисленных выше систем фактически неприменимы в бытовых условиях. В первую очередь по той причине, что дома мы крайне редко используем трехфазные асинхронные двигатели. Зато коллекторных однофазных моторов - хоть отбавляй.

Существует немало схем устройства плавного запуска двигателей. Выбор конкретной зависит исключительно от вас, но в принципе, имея определённые знания радиотехники, умелые руки и желание, вполне можно собрать приличный самодельный пускатель , который продлит жизнь вашего электроинструмента и бытовой техники на долгие годы.

Устройства защиты насоса с плавным пуском

Электронные блоки управления и защиты насосов

Безыскровые реле давления воды

Реле давления для полива

Реле контроля уровня

Реле защиты по давлению

Стабилизаторы давления воды

Устройство плавного пуска электроинструмента (УПП-И)

Погружные насосы с плавным пуском и защитой от сухого хода

Фитинги и комплектующие

Есть множество причин для включения бытовых насосов через устройство плавного пуска.

Обычно погружной или поверхностный насос подключают через электромеханическое или электронное реле, блок автоматики или магнитный пускатель. Во всех перечисленных случаях сетевое напряжение подаётся на насос путем замыкания контактов, то есть через прямое подключение. Это означает, что на обмотки статора электродвигателя мы подаём полное сетевое напряжение, а ротор в это время ещё не вращается. Это приводит к появлению мгновенного мощного вращательного момента на роторе электродвигателя насоса.

Такая схема подключения характеризуется следующими явлениями при запуске насоса:

Скачки тока через статор (соответственно, и через подводящие провода), так как ротор короткозамкнутый.
В упрощённом понимании мы имеем короткое замыкание на вторичной обмотке трансформатора. По нашему опыту, в зависимости от насоса, производителя и нагрузки на валу, импульсный пусковой ток может превышать рабочий ток от 4 до 8, а на отдельных экземплярах и до 12 раз.

Резкое появление вращающего момента на валу.
Это оказывает негативное воздействие на пусковую и рабочую обмотки статора, подшипники, керамические и резиновые уплотнители, существенно увеличивая их износ и уменьшая ресурс службы.

Появление резкого вращающего момента на валу приводит к резкому повороту корпуса скважинного насоса относительно трубопроводной системы.
Мы неоднократно бывали свидетелями того, как из-за этого скважинный насос отсоединялся от трубопроводов и падал в скважину. В случае насосной станции на базе поверхностного насоса, установленного на платформу гидроаккумулятора, это приводит к разбалтыванию крепёжных гаек и разрушению сварных точек и швов гидроаккумулятора. Также при прямом включении насоса сокращается срок службы водопроводной и запорной арматуры, особенно в местах их соединения.

Принято считать, что гидроаккумулятор убирает гидроудары в системе водоснабжения.
Это действительно так, но гидроудары исчезают в трубопроводах только начиная от места подключения гидроаккумулятора. В промежутке между насосом и гидроаккумулятором при прямом подключении насоса гидроудар остаётся. В итоге на промежутке от насоса до гидроаккумулятора мы имеем все последствия гидроудара на все части насоса и на трубопроводную систему.

В системах фильтрации воды гидроудары, возникающие при прямом подключении насоса, значительно сокращают срок службы фильтрующих элементов.

Если локальная электросеть слабая , то о запуске насоса мощностью более 1кВт при прямом подключении узнают и Ваши соседи по резкому спаду напряжения в сети в момент включения насоса.
Если локальная сеть КРАЙНЕ СЛАБА , и Ваш сосед тоже получает удовольствие от жизни, подключив к сети все доступные электрические приборы, то скважинный насос, погружённый на большую глубину, может и не запуститься. Такой скачок напряжения может вывести из строя электронные приборы, подключённые в сеть. Известны случаи, когда при запуске насоса выходил из строя напичканный электроникой дорогостоящий холодильник.

Чем чаще включается насос, тем меньше его ресурс службы.
Частые запуски через прямое подключение приводят к выходу из строя пластмассовых муфт скважинных насосов, соединяющих электродвигатель с насосной частью.

Мы с Вами прошлись по проблемам, которые возникают при запуске насоса без устройства плавного пуска (УПП) .

Необходимо отметить, что и при выключении насоса без УПП с прямой схемой подключенияесть негативные моменты:

При выключении насоса также происходит гидроудар в системе, но теперь уже по причине резкого снижения вращающего момента на валу насоса, что равносильно созданию мгновенного разряжения.

Резкое снижение вращающего момента на валу насоса также приводит к повороту корпуса насоса, но в противоположную сторону.
Вспомним о трубопроводах и резьбовых соединениях насоса.

В обычных бытовых насосах электродвигатели являются асинхронными и имеют явно выраженный индуктивный характер.
Если мы резко прерываем подачу тока через индуктивную нагрузку, то происходит резкий скачок напряжения на этой нагрузке по причине непрерывности тока. Да, мы размыкаем контакт, и всё высокое напряжение должно остаться на стороне насоса. Но при любом механическом размыкании контакта присутствует так называемый «дребезг контактов», и импульсы высокого напряжения попадают в сеть, а значит попадают и в приборы, подключенные в это время к сети.

Таким образом, при прямом подключении насоса происходит повышенный износ механических и электрических частей насоса (как при запуске, так и при отключении). Также страдают приборы, включенную в эту же сеть, и уменьшается ресурс работы систем фильтрации и водопроводной арматуры.

Использование устройства плавного пуска («Акваконтроль УПП-2,2С») позволяет сгладить большинство описанных выше недостатков. В устройстве УПП-2,2С реализована специально рассчитанная кривая нарастания напряжения на насосе, позволяющая с одной стороны гарантированно запустить насос в самых неблагоприятных условиях эксплуатации, а с другой стороны плавно увеличить частоту вращения вала. Также в этот прибор встроена защита от низкого и высокого напряжения сети, чтобы оградить насос от экстремальных режимов работы и включения.

В УПП-2,2С используется фазное симисторное управление. В момент пуска на насос подается часть сетевого напряжения, которое создает вращающий момент, достаточный для гарантированного запуска насоса. По мере раскрутки ротора плавно увеличивается напряжение на насосе до момента полной подачи напряжения. После этого включается реле и отключается симистор. В итоге, при использовании УПП-2,2С насос подключён к сети через контакты реле, то есть так же, как и при прямом подключении. Но в течение 3,2 секунд (это время плавного пуска) напряжение на насос подаётся через симистор, что обеспечивает «мягкий пуск», без искр на контактах реле.

При таком запуске максимальный пусковой ток превышает рабочий не более чем в 2,0-2,5 раза вместо 5-8 раз. Используя УПП-2,2С , мы в 2,5-3 раза уменьшаем пусковые нагрузки на насос и во столько же раз продлеваем жизнь насосу, обеспечиваем более комфортную работу приборов, подключённых к электрической сети. УПП-2,2С можно назвать устройством с ресурсосберегающей технологией.

Если взглянуть на погружной с технической точки зрения, придется согласиться с тем, что это очень высокотехнологичный агрегат:

при незначительных габаритных размерах обеспечивает высокую производительность;
способен работать длительное время в относительно сложных условиях.

Стоимость скважинного насоса сравнительно высока, монтаж в обсадной колонне – сложен. Отсюда следует вывод: скважинный насос – это оборудование, которое нужно постараться как можно реже ремонтировать и менять. А для этого необходимо создать для него оптимальные условия эксплуатации, тогда оборудование прослужит максимально долго без поломок и сбоев.

Факторы, влияющие на срок эксплуатации насоса для скважины

Любой электрический двигатель (а насос – это, по сути, электродвигатель) в момент запуска испытывает максимальные нагрузки. Чем реже включается двигатель, тем дольше он прослужит. Именно поэтому в схеме водоснабжения загородного дома предусмотрен накопительный бак – простой или гидроаккумуляторный, – чтобы насос за один цикл работы успел накачать как можно больше воды.

В этом случае в работе водопровода скважинный насос будет задействован только при понижении уровня воды в накопительном баке. При отсутствии емкости с запасом воды, двигатель насоса будет запускаться каждый раз при активации хотя бы одной точки водоразбора.

Второй негативный фактор – пусковые токи, превышающие номинальные в разы. Это связано с инертностью механической части электродвигателя, когда вращение компонентов начинается чуть позднее, чем подача питания. При частых пусках насосного оборудования и постоянном возникновении высоких пусковых токов постепенно из-за высоких тепловых нагрузок снижается защитная функция изоляции обмоток двигателя. А это уже чревато коротким замыканием и, как следствие, поломкой насоса.

Способы компенсации высокого пускового тока

Чтобы снизить величину пускового тока, необходимо предусмотреть установку системы плавного пуска. Предлагаем вашему вниманию два типа систем плавного пуска скважинного насоса:

Плавный SS-пуск при помощи специального пульта управления скважинными насосами, выпускаемыми отечественными производителями (автоматические станции управления и защиты САУ «Каскад» и «Высота») и зарубежными (Pedrollo, Grundfos и некоторые другие).
Запуск двигателя скважинного насоса при помощи преобразователя частоты.

Принцип подачи электропитания на насос при помощи электронных станций САУ заключается в автоматическом плавном увеличении напряжения, регулируемым путем фазового управления. При помощи преобразования частоты пусковой ток удерживается на уровне номинального.

Основные функции САУ:

автоматический (с возможностью переключения на ручной режим) пуск и остановка насоса по команде реле, определяющего уровень воды в накопительном баке;
дистанционное управление насосом;
защита насоса и отключение питание при возникновении короткого замыкания, перекосе фаз и перегрузках;
защита от «сухого хода».

К недостаткам САУ можно отнести высокую стоимость оборудования.

А знаете ли вы?

Некоторые производители скважинных насосов предлагают модели со встроенной системой плавного пуска. Например, Grundfos серий SQ и SQE.

"Почему необходимо обеспечить плавный пуск скважинного насоса", БК "ПОИСК" , рассказать друзьям: Январь 3rd, 2016

Опубликовано автором - - Ноябрь 8, 2013

Высокий пусковой ток – проблема для систем с ограничением по максимальной мощности. Автомат может выбивать, система бесперебойного питания уйти в режим перегрузки. Как быть?

Удачным решением станет использование устройства плавного пуска (УПП). Например, мы имеем однофазный погружной насос мощностью 1кВт, расположенный в скважине на глубине 50 метров. Для старта его двигателя потребуется 4-6-ти кратный пусковой ток, т.е. система должна выдержать кратковременную мощность около 5кВт. Скажем, инвертор, расчитанный на 3кВт просто не сможет осуществить запуск. Момент старта также будет сопровождаться резким повышением давления, который фактически означает гидроудар по системе водопровода.

В линию, питающую насос вставим УПП. Устройство в течение заданного времени (обычно до 20сек.) плавно поднимет напряжение, что позволит насосу с ускорением раскрутить крыльчатку, без рывка. В итоге мы приравняли пусковой ток к номиналу,т.е. он составил величину 1кВт и существенно продлили жизнь погружному насосу (срок службы увеличивается где-то в 2 раза, учитывая стоимость насоса, решение о применении УПП, даже в отсутствии системы резервирования энергии становится очевидным):

Представим схему подключения , которое может использоваться как с однофазным, так и с трехфазным оборудованием:

Существую ли ограничения для использования устройства плавного пуска? Да, таковые есть и о них следует знать:
1) УПП нельзя использовать с холодильниками. Высокий пусковой ток необходим для срыва в движение клапанов компрессора
2) Аналогично для кондиционеров и прочего оборудования