Как сделать плавный пуск воды из скважины и защиту системы водоснабжения. Зачем нужен плавный пуск насоса? Плавный пуск электродвигателя насоса

Рост как жилищного, так и промышленного строительства в последнее время сделал стабильное и качественное водоснабжение одной из первоочередных задач. Одним из наиболее перспективных его способов является использование подземных источников посредством скважин различной глубины. Они позволяют владельцам получать значительное количество воды хорошего качества, причем сроки активной эксплуатации велики и могут составлять десятки лет. При этом скважина - сложное гидротехническое сооружение, требующее квалифицированного подхода к обустройству и надежного оборудования - скважинных насосов.

Рис. 2. Пуск электродвигателя по методу «звезда-треугольник»

Эти агрегаты специально разработаны для работы в достаточно сложных условиях (узкое пространство скважины, повышенная тепловая нагрузка на двигатель и т.д.). Они достаточно дороги и, в силу специфики монтажа, их ремонт сопряжен со значительными трудностями и расходами. Поэтому при подборе такого оборудования следует обращать внимание на ряд деталей и практических моментов, которые помогут увеличить срок бесперебойной работы оборудования и максимально снизить эксплуатационные затраты.

Один из таких ключевых параметров — это способ пуска. Как известно, пусковой ток электродвигателя насоса нередко в 4-7 раз превышает ток номинальной нагрузки. Это ведет к повышенному электротепловому износу изоляции обмоток статора, от которой существенно зависит надежность и долговечность электродвигателя. Кроме того, при недостаточной мощности распределительной электросети возможна кратковременная просадка напряжения, что неблагоприятно сказывается на работе другого электрооборудования, присоединенного к этой же сети.

Вреден такой запуск и для агрегата и скважины в целом, поскольку часто сопровождается гидроударом, разрушающим трубопроводы, арматуру и сам насос. Также при подобном старте наблюдается высокий приток воды в скважину из водоносного пласта, за счет чего происходит разрушение фильтровальной зоны и попадание песка в скважину. Наиболее эффективным решением всех этих проблем является обеспечение плавного пуска насоса, для чего разработан целый ряд различных методов. Все они имеют как достоинства, так и недостатки. В этом материале мы сделали попытку сравнения их эффективности и стоимости.

Негативные факторы, возникающие при эксплуатации электродвигателей скважинных насосов

При организации водоснабжения на базе использования подземных вод технологические режимы эксплуатации водозаборных скважин включают в себя пусковые режимы погружных насосов, количество которых может достигать 30 пусковостановок в час (см. табл. 1). Пуск погружных насосов является одним из наиболее неблагоприятных режимов для их электродвигателей, водоподъемных труб и водозахватной части скважины.

Электродвигатель погружного насоса в этот период на короткое время подвергается пиковой нагрузке, т.к. его пусковой ток, повторимся, в 4- 7 раз превышает значение номинального при относительно невысоком пусковом моменте. Кроме того, скачок пускового тока создает ударный электромагнитный момент, передающийся через вал двигателя на рабочее колесо насоса.

При таких условиях в водоподъемной колонне труб возможны максимальные колебания давления при гидравлическом ударе, а в водозахватной части — высокие значения притока воды в скважину со стороны водоносного пласта. При этом для режима пуска характерны два периода:

• первый (t 1 = 0,9-0,5 с), в течение которого возникают высокие значения скоростей притока воды в скважину со стороны водоносного пласта в верхней части фильтра. Также происходит резкое изменение давления, нарушающее устойчивость прифильтровой зоны (происходит вынос песка);
• второй (t 2 = 1-5 с) при определенных условиях сопровождается гидравлическим ударом в напорном трубопроводе.

Для исключения негативных явлений переходных процессов, возникающих при пуске погружных насосов, разработаны технологические схемы оборудования скважин. Они базируются на электрическом (с помощью устройств, изменяющих число оборотов электродвигателя) регулировании подачи воды погружными насосами и гидравлическом (с помощью запорно-регулирующей арматуры) принципах. В данной статье рассматривается электрическая составляющая решения проблемы, а также ее влияние на энергоэффективность используемого насосного оборудования.

Существующие способы снижения пусковых токов электродвигателей. Их реализация на примере скважинных насосов Grundfos

Как правило, в скважинных насосах используются следующие способы снижения пусковых токов их электродвигателей: DОL — прямое включение; SD — включение методом «звезда-треугольник»; метод включения электродвигателя посредством пускового трансформатора — AF; SS — плавный пуск и FC — преобразователь частоты (см. табл. 2). При выборе способа снижения пусковых токов следует учитывать область применения насосного оборудования, технические требования, а также действующие нормы и правила эксплуатации электросетей.

Метод прямого включения (DОL)

При пуске методом DОL, как показано на рис. 1, контактор или аналогичные устройства подключаются к сети напрямую. При прочих постоянных параметрах DОL является тем способом пуска, при котором в электродвигателе возникает минимальное количество тепла и тем самым у электродвигателей мощностью до 45 кВт обеспечивается максимальный срок службы. Однако у электродвигателей большей мощности механическая нагрузка настолько велика, что рекомендуется снижать токи.

Метод включения «звезда-треугольник» (SD)

Это наиболее часто применяемый способ снижения пусковых токов. Во время пуска электродвигатель включен на «звезду», а после окончания пуска переключается на «треугольник». Такое переключение производится автоматически через заданный временной интервал. При пуске в положении «звезда» ток на треть ниже, чем при пуске путем прямого включения и лежит в пределах 1,8-2,5 от номинального.

Метод относительно дешев, прост и надежен. Для насосов с небольшим моментом инерции, например, погружных, пуск по методу «звезда-треугольник» не очень эффективен либо даже неэкономичен. Дело в том, что диаметр погружных насосов и их приводных электродвигателей невелик. Поэтому масса рабочего колеса мала, вследствие чего мал и момент инерции. В результате погружным насосам для разгона от 0 до 2900 мин -1 требуется всего 0,1 с.

Это означает также, что насос при переключении тока сразу же останавливается. Сравнение пусковых токов, возникающих при прямом включении и при включении по методу «звезда-треугольник», на первом этапе показывает заметное уменьшение величины тока. При переключении со «звезды» на «треугольник» насос быстро останавливается и во второй раз должен запускаться напрямую.

Из диаграммы (рис. 2) видно, что на втором этапе значительного сокращения пускового тока не происходит. Несколько иначе складывается ситуация у центробежных насосов, имеющих больший диаметр и большую массу и обладающих более продолжительным моментом инерции. У электродвигателей мощностью свыше 45 кВт можно, как правило, достигнуть значительного снижения второго пика тока.

Следует отметить, что слишком долгая эксплуатация электродвигателя в режиме «звезда» приводит к его перегреву и, следовательно, сокращает срок службы. Установки, содержащие погружные насосы с электродвигателями, включенными по этому методу, часто бывают дороже, чем аналоги, поскольку для электродвигателя требуется два соединительных кабеля (вместо обычно необходимого одного).

Метод включения электродвигателя посредством пускового трансформатора (AF)

При этом методе пуска (его также называют методом Корндорфа) напряжение снижается посредством трансформаторов (обычно двух), по одному на каждую фазу. Трансформаторы часто имеют два сетевы выхода: один на 75 % и другой на 60 %. При использовании 60 %-го выхода происходит снижение пускового тока, аналогично пуску по методу «звезда-треугольник». При пуске электродвигатель получает сначала пониженное напряжение, а затем полное.

При переключении обмотки трансформатора подключены как дроссельные катушки. Это означает, что электродвигатель все время остается связанным с сетью и частота его вращения не снижается. Потребление электроэнергии при пуске показано на схеме (рис. 3). Пусковые трансформаторы относительно дороги, но очень надежны. Естественно, пусковой ток определяется характеристиками электродвигателя и насоса и в зависимости от их типоразмеров может значительно колебаться.

Плавный пуск электродвигателя (SS)

Устройство для плавного пуска электродвигателя представляет собой электронный прибор, снижающий напряжение и соответственно пусковой ток путем фазового управления. Электронный прибор содержит регулировочный блок, где настраиваются различные эксплуатационные и защитные параметры и силовой блок с симметричным триодным тиристором. Пусковой ток ограничен, как правило, величиной, в дватри раза превышающей рабочий ток.

При сохранении прочих параметров выключение электродвигателя по этому методу также обеспечивает уменьшение начального пускового момента. Наличие инерции в процессе пуска может привести к значительному теплообразованию в электродвигателе и тем самым к снижению его срока службы. Однако эта проблема при коротком времени ускорения/замедления, например, в течение 3 с, не имеет практического значения.

Это утверждение относится также к пуску электродвигателей по методам SD (включение через «звезду-треугольник») и AF (включение через пусковой трансформатор). Таким образом, при эксплуатации скважинных насосов Grundfos рекомендуется соблюдать для плавного пуска приведенное на графике (рис. 4) время ускорения/замедления. В том случае, если требуется особенно высокий пусковой момент, пусковое напряжение можно повысить на 55 %.

Однако при нормальных условиях эксплуатации этого не требуется. При плавном пуске электродвигателя его выключатель обеспечивает подачу тока несинусоидальной формы и в определенной мере создает высшие гармоники. В связи с очень коротким временем ускорения/замедления с практической точки зрения (и в нормах, касающихся высших гармоник) это не находит большого применения.

В целом, выключатель плавного пуска рекомендуется устанавливать вместе с обходным контактором, чтобы электродвигатель в процессе эксплуатации работал в режиме DОL. Тем самым обеспечивается минимальный износ и потеря мощности в устройстве для плавного пуска. В том случае, если плавный пуск электродвигателей производится через обходной контактор, они могут работать с системой тепловой защиты (Теmрсоn).

Пуск посредством преобразователя частоты (FC)

Пуск электродвигателя посредством преобразователя частоты представляет собой идеальный вариант с точки зрения уменьшения пускового тока, а также импульса давления. Схема такого пуска показана на рис. 5. Преимущество этого метода в том, что пусковой ток все время удерживают на уровне номинального тока электродвигателя. Это означает, что число требуемых в течение часа включений и отключений может быть установлено любым.

В ряде моделей, например, в насосах SQ и SQE функция плавного пуска и останова за счет частотных преобразователей является встроенной, что облегчает монтаж и эксплуатацию.

Некоторые особенности применения устройств плавного пуска и защиты для скважинных насосов

Из всех описанных способов пуск электродвигателя посредством преобразователя частоты является наиболее дорогим. Поэтому его используют лишь в том случае, если в течение какого-либо интервала времени необходимо бесступенчатое регулирование мощности электродвигателя. Например, при переменном водопотреблении, когда изменением частоты можно добиться поддержания постоянного давления на выходе из насоса и экономии электроэнергии.

Кроме того, в ряде случаев существуют определенные ограничения на применение преобразователей частоты. Так, исполнение всех скважинных насосов Grundfos серии SP-A и SP допускает их эксплуатацию с преобразователем частоты при условии соблюдения следующих параметров: минимальная частота должна составлять 30 Гц, максимальная — 60 Гц (в зависимости от мощности электродвигателя).

При этом электродвигатель нужно выбирать по возможности на один типоразмер больше или предусмотреть использование электродвигателя общепромышленного назначения с меньшей тепловой нагрузкой. Кроме того, требуется обеспечить достаточное охлаждение насоса (за счет специального кожуха). Следует обеспечить пропорциональное изменение напряжения и частоты (U/f = const) и отрегулировать частотный преобразователь по номинальному току выбранного погружного электродвигателя.

Необходимо также иметь в виду, что термореле Tempcon, установленное в обмотках двигателей MS4000 и MS6000 насосов SP, не будет работать корректно при использовании частотного преобразователя. Чтобы контролировать температуру двигателя, рекомендуется дополнительно устанавливать термодатчики Pt100. В качестве устройства защиты электродвигателей насосов SP желательно применять модуль MP 204, который может использоваться как отдельно, так и в составе шкафа управления Control MP 204.

Это устройство позволяет осуществлять защиту и контроль электродвигателя по таким важным параметрам, как повышенное и пониженное напряжение, перегрузка и недогрузка по току, сопротивление изоляции, температура двигателя, чередование фаз, пропадание фазы, cos(f), энергопотребление, гармонические искажения, число пусков и наработка моточасов. Но необходимо учесть, что MP 204 не может применяться вместе с частотным преобразователем.

Исходя из приведенных данных, очевидно, что выбор системы пуска, в конечном итоге, обусловлен конкретными условиями, такими как мощность насоса, необходимость регулировать производительность насоса в течение его работы. При этом, в общем случае, для достаточно мощных устройств (более 45 кВт) оптимальным способом по затратам и результативности является плавный пуск.

Использование же таких систем позволяет свести к минимуму возможность повреждения трубопроводов и оборудования гидроударом, защищает электрическую сеть от пиковых нагрузок и дает возможность оптимизировать эксплуатационные затраты.

Организация: ГК «АСУ-Технология»

Задача повышения давления в насоных установках для повышения давления решается использованием двух основных координат управления: каскадного пуска и останова дополнительных насосов, а также частотного регулирования одним или несколькими насосами. Пуск и останов дополнительных насосов обеспечивает поддержание давления напорной магистрали в заданных пределах, частотное регулирование обеспечивает поддержание давления на заданном уровне.

Следует отметить, что останов каждого насоса, не управляемого преобразователем частоты или устройством плавного пуска, производится прямым отключением его от сети питающего напряжения или в режиме «самовыбега». Такое отключение, как правило, не приводит к броскам тока в сетях питающих напряжений и заметным гидроударам. Однако с увеличением статического напора прямые отключения насосов могут вызвать гидроудары, определяемые соотношением Нст/Нф соответственно статического и фиктивного напора установки.

Пуск дополнительных насосов в таком оборудованиии определяет переходные процессы в электрических сетях питающего напряжения, а также в напорных гидравлических магистралях.

Пуск каждого дополнительного насоса может быть произведен следующими способами:

1. Прямой пуск;
2. Пуск по схеме «звезда - треугольник»;
3. Пуск от устройства плавного пуска (УПП);
4. Пуск от преобразователя частоты (ПЧ).

Рассмотрим каждый из этих способов пуска.

1. Прямой пуск насоса

Производится непосредственным включением электродвигателя насоса в сеть питающего напряжения. Преимущества данного способа пуска: низкие аппаратные затраты, высокая надежность. Основные недостатки:

• в момент подключения двигателя к сети при нулевой скорости вращении и, соответственно, скольжении S=1 в обмотке статора возникает ток короткого замыкания I1кз, в 5…7 раз превышающий номинальный ток двигателя (рис.4) ;
• наличие гидроударов в напорной магистрали.

Снижение гидроударов в напорной магистрали может быть реализовано пуском насоса на закрытую задвижку с последующим постепенным ее открытием, однако в этом случае возрастают аппаратные затраты на задвижку, редуктор которой должен иметь сервис – фактор не менее 1,8 , что приводит к удорожанию системы управления насосной станцией.

Осциллограмма значения активного тока Iа при прямом пуске насоса мощностью 11 кВт на закрытую задвижку приведена на рис.1

Осциллограмма (рис. 1) показывает, что импульсы тока в сети питающего напряжения электродвигателя насоса при его прямом пуске даже на закрытую задвижку достигают примерно значения 6,7 номинального тока электродвигателя Iном и составляют не менее 147 А для насоса мощностью Р=11 кВт. При этом длительность импульсов составляет 0,004 секунды.

Осциллограмма изменения давления за насосом при его пуске на закрытую задвижку приведена на рис. 2. Изменение напора в течение короткого промежутка времени - гидроудар при пуске насоса определяется следующими параметрами: повышение напора на 20 метров в течение 0,06 секунды.

Прямой пуск дополнительного насоса в ряде случаев производится при наличии параллельно работающего насоса с частотным регулированием. Основными показателями динамики частотного регулирования насоса являются время рампового пуска, в течение которого производится плавный разгон насоса от нулевой до максимальной скорости вращения, а также время рампового останова, в течение которого производится плавный останов насоса от максимальной скорости вращения. Как показывает опыт эксплуатации насосных установок, самая «короткая» рампа, характеризуемая наиболее крутой характеристикой изменения частоты питающего напряжения насоса при его пуске и останове, может быть определена значением не более 10 Гц/с.

В течение времени гидроудара Δt ≤0,06 c преобразователь частоты сможет снизить частоту питающего напряжения на величину не более 0,6 Гц. С учетом наличия схемы фильтрации сигналов датчиков, а также времени реакции схемы ПИД - регулирования, обеспечивающих устойчивость переходных процессов, изменение частоты вращения регулируемого насоса в сторону его уменьшения может быть реализовано только через 0,8…1,2 секунды после возникновения гидроудара.

Таким образом, наличие регулируемого преобразователем частоты насоса не позволяет демпфировать гидроудары, возникающие при прямом пуске дополнительного насоса.

2. Пуск насоса по схеме «звезда – треугольник»

Преимуществом данного способа является возможность безударного пуска насоса из-за снижения пускового момента при понижении питающего напряжения обмоток статора двигателя.

Очевидным недостатком данного способа является увеличения количества коммутационной аппаратуры (рис 3). Пуск с переключением обмоток двигателя может быть реализован только для насосов с фазной обмоткой, рассчитанной на 0,4 кВ.

Зависимости изменения вращающего момента на валу электродвигателя насоса М и потребляемого активного тока статора I1 от величины скольжения электродвигателя S представлены на рис 4.

При пуске электродвигателя насоса его обмотки подключаются по схеме «звезда» (рис. 3). При этом фазное напряжение на статоре понижается в раз. Во столько же раз уменьшается и ток в фазных обмотках двигателя (рис. 4).

Следует учитывать, что электромагнитный момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения сети: . Таким образом, снижение питающего напряжения, подаваемого на рабочую обмотку, в раза с 380 до 220 В вызовет снижение вращающего момента в 3 раза (М0Δ = 3М0 звезда, рис.4), что, в свою очередь, приводит к увеличению скольжения. Поскольку работа электродвигателя при включении обмоток по схеме «звезда» происходит на неустойчивом участке механической характеристики М=М(S), определяемом значением скольжения Sкр

В соответствие этому, частота вращения насоса при понижении питающего напряжения статорных обмоток ограничена условием выполнения равенства М сопротивления = М вращения.

Вращение электродвигателя насоса в течение времени Тзвезда = t1 при включении по схеме «звезда» (4…6 секунд) с повышенным скольжением вызывает повышение тока статора (рис.4). Отсутствие схемы ограничения потребляемого тока может вызвать перегрев обмоток электродвигателя, а в ряде случаев - срабатывание электромагнитной или тепловой защиты при повышении момента сопротивления со стороны насоса

Рис. 4. Графики зависимостей момента электропривода насоса и тока обмотки статора от величины скольжения при прямом пуске и пуске по схеме «звезда-треугольник»

Ммакс – максимальное значение момента вращения, соответствующее скольжению Sкр > 0; Мном – номинальное значение момента вращения, соответствующее номинальному скольжению Sном; М0звезда, М0Δ – пусковой момент при включении обмоток электродвигателя насоса соответственно по схеме «звезда» и «треугольник»; I1звезда, I1Δ(I1кз) – значения пускового тока при включении обмоток электродвигателя насоса соответственно по схеме «звезда» и «треугольник» (ток короткого замыкания); I0 - значение тока статора при коммутации обмоток из схемы «звезда» в схему «треугольник» при Тпаузы=0;I1макс – максимальное значение тока статора при S1<0; Sзвезда /Δ – скольжение электродвигателя насоса в момент отключения питающего напряжения при работе по схеме «звезда»; -S0 – минимально возможное значение скольжения электродвигателя насоса после отключения обмоток по схеме «звезда»;
0-t1 – время пуска по схеме «звезда»; t1-t2 – время полного останова насоса; t2-t3- время начала пуска насоса при включении обмоток по схеме «треугольник» после его полного останова; t3-t4 – время прямого пуска насоса по схеме «треугольник».

После разгона насоса при включении обмоток электродвигателя по схеме «звезда» через время Тзвезда автоматика управления насосной станцией отключает его от сети питающего напряжения и через время Тпаузы - подключает к сети по схеме «треугольник». Время Тпаузы обеспечивает уменьшение размагничивающего тока ротора при «самовыбеге» насоса (S<0 – рис.4) и насыщение железа статора. При сокращении Тпаузы степень насыщения железа статора и, как следствие, индуктивное сопротивление его обмотки снижается, что приводит к значительным броскам тока в сети питающего напряжения при подключении двигателя по схеме «треугольник» .

Состояние электродвигателя, определяемое значением скольжения S=0, является неустойчивым : при отключении обмоток от сети питающего напряжения он переходит из состояния S=0 в состояние S=1, минуя промежуточные состояния (рис. 4). Поскольку время останова нагруженного насоса при включении обмоток по схеме «звезда» tост =t2-t1 весьма мало, практически невозможно обеспечить условие его «безударного» пуска при переключении обмоток в течение t2<Тпаузы< t1 без разумных аппаратных затрат.

В соответствие с этим, переключение обмоток при Sкр Пуск насоса с переключением обмоток эффективен лишь в том случае, когда его удается разогнать при включении обмоток по схеме «звезда» до значения Sзвезда≈Sном, и вывести на устойчивый участок механической характеристики с тем, чтобы пуск двигателя после переключения обмоток в схему «треугольник» происходил от значения SΔ

Таким образом, пуск насоса с переключением обмоток электродвигателя из схемы «звезда» в схему «треугольник» является неэффективным средством снижения бросков тока в сети питающего напряжения и гидроударов в напорной магистрали.

3. Пуск насосов от устройства плавного пуска

Производится также с понижением питающего напряжения с последующим его увеличением до номинального значения, однако, в отличие от пуска по схеме «звезда-треугольник», ток статора электродвигателя ограничивается при этом значением (2..3) Iном.

На рис. 5а приведена структура насосной станции с одним ПЧ и УПП для каждого насоса, на рис. 5б – с одним ПЧ и одним УПП для группы насосов. Преимуществом данного способа является обеспечение плавного пуска каждого насоса, что позволяет избежать гидроударов, а также бросков тока в сети питающего напряжения.

Рис.5. Структурная схема пуска дополнительных насосов с использованием ПЧ и софтстартера

Основные недостатки схемы рис. 5а:

• аппаратная избыточность, повышающая стоимость насосной станции;
• потеря функции частотного регулирования автоматики управления насосом при его отказе, работающего от ПЧ;
• снижение показателей надежности за счет увеличения количества УПП;
• невозможность резервирования отказа УПП;
• невозможность реализации схемы автоматического чередования всех насосов для обеспечения равномерности выработки их ресурса.

Cхемы рис. 5б:

• увеличение элементов коммутации насосов, снижающее надежность системы управления;
• отсутствие защиты ПЧ от замыкания его выходных ключей на сеть питающего напряжения, являющегося критичным условием отказа преобразователя.

Общие недостатки схем 5а, 5б:

• перегрев обмоток электродвигателей при пуске с повышенным скольжением из-за снижения момента вращения, а также из-за несинусоидальности питающего напряжения ;
• ограничение количества пусков дополнительных насосов. Так, например, устройства плавного пуска мощностью более 4 кВт обеспечивают не более 20 пусков дополнительных насосов в час длительностью пуска 6…8 секунд из-за перегрева тиристорных ключей. Таким образом, схема 4а позволяет реализовать не более 30 пусков, схема 5б – не более 15 пусков дополнительных насосов в течение часа. При времени пуска первого дополнительного насоса 16…18 секунд, останова первого насоса 12…16 секунд количество пусков и остановов каждого дополнительного насоса может превышать 120 циклов в час при работе системы повышения давления в неустойчивых зонах характеристик .

Плавный останов каждого насос от УПП еще более сократит количество циклов пуска каждого насоса в течение часа.

Таким образом, применение УПП в схеме управления приводит к ухудшению точности поддержания давления в напорной магистрали, что, с одной стороны, приводит к потерям передавливания из-за повышения напора , с другой стороны - к нежелательному снижению напора в диктующих точках.

4. Пуск каждого дополнительного насоса от преобразователя частоты

Преимуществом данного способа является возможность плавного пуска каждого насоса, обеспечивающего отсутствие бросков тока в сетях питающего напряжения и гидроударов в напорных магистралях.

При реализации данного способа пуска удается минимизировать аппаратные затраты в насосных станциях, обеспечить равномерную выработку ресурса всех насосов, а также функциональное резервирование преобразователя частоты при его отказе прямым пуском и остановом насосов по уровню давления в напорной магистрали.
Структура системы коммутации насосов для схемы управления с одним ПЧ представлена на рис.6.

Сложность реализации данного способа состоит в том, что пуск каждого дополнительного насоса от преобразователя частоты (ПЧ) для схем управления с количеством ПЧ меньше количества насосов возможен только после переключения регулируемого преобразователем насоса к сети питающего напряжения.

Таким образом, для реализации данного способа пуска насосов необходимо решить две задачи:
а) переключение насоса, управляемого преобразователем частоты, к сети питающего напряжения;
б) пуск следующего по приоритету насоса от преобразователя частоты.

Механическая М=М(S) и электромеханическая I1=I1(S) характеристики электродвигателя насоса при переключении от ПЧ к сети питающего напряжения представлены на рис. 7.

Вращение насоса преобразователем частоты перед подключением к сети производится с номинальными значениями частоты вращения nном, момента Мном при номинальном значении скольжения Sном. При отключении обмоток электродвигателя от преобразователя частоты в момент времени коммутации tк двигатель переходит в генераторный режим, его скольжение изменяет знак и принимает значение -1 < -Sк < -Sкр.

Величина скольжения Sк<0 в генераторном режиме при отключении питающего напряжения ПЧ зависит от инерционности электродвигателя и насоса, определяемой массой и диаметром ротора электродвигателя и рабочего колеса насоса . Очевидно, чем мощнее и, соответственно, инерционнее электродвигатель и насос, тем ближе точка –Sк приближается к значению -1, и тем больше интервал времени полного останова насоса tа, tб (рис.7).

Ток ротора оказывает размагничивающее влияние на обмотку статора , поэтому при подключении электродвигателя насоса к сети питающего напряжения без выдержки времени после отключения от ПЧ в генераторном режиме при S<0 возможен бросок тока до значения I1макс > I1кз(рис.7).

Для снижения бросков тока подключение электродвигателя насоса к сети питающего напряжения после его отключения от ПЧ целесообразно производить в интервале времени tа≤t≤tб при скольжении -Sа≤-Sк≤-Sб, при этом ток статора приобретает значения I1a≤I1≤I1б. Момент на валу электродвигателя насоса при его подключении с сети питающего напряжения из состояния вращения меняет знак с «-» на «+», при этом его значение не выходит за пределы максимального момента сопротивления в генераторном режиме -Ммакс г и максимального момента вращения в двигательном режиме Ммакс дв в течение интервала времени ta≤t≤tб, что обеспечивает минимальные изменения напора и, соответственно, снижение гидроударов в напорной магистрали при коммутации насосов.

Рис. 7. Механическая М=М(S) и электромеханическая I1=I1(S) характеристики электропривода насоса

Ммакс дв – максимальное значение момента вращения в двигательном режиме, соответствующее значению скольжения Sкр > 0; Мном – номинальное значение момента вращения, соответствующее номинальному скольжению Sном; М0 – пусковой момент при S=1; -Ммакс г – максимальное значение момента сопротивления в генераторном режиме, соответствующее значению скольжения -Sкр<0; I1кз – значение тока короткого замыкания при S=1; I1макс – максимальное значение тока статора при S<0 в генераторном режиме; -Sк – скольжение в момент времени tк отключения питающего напряжения ПЧ; -Sа,-Sб – скольжение в моменты времени tа и tб подключения насоса к сети питающего напряжения.

При увеличении интервала времени подключения насоса к сети питающего напряжения из состояния его вращения за значение tб возможен полный останов насоса. При этом скольжение принимает значение S=1. Подключение насоса к сети питающего напряжения из состояния S=1 приводит к изменению момента вращения на валу насоса от пускового значения М0 до номинального значения Мном в течение времени прямого пуска (tпуска ≤0,06 секунд) через значение Ммакс дв (рис.7), что приводит к гидроудару в напорной магистрали.

Для рассматриваемого способа пуска интервал времени tб-tа >> t2-t1 интервала времени способа пуска «звезда – треугольник», поэтому его реализация не требует дополнительных аппаратных затрат.

На рис. 8 представлена осциллограмма фазного напряжения обмотки статора насоса мощностью 11 кВт при его отключении от ПЧ и последующем подключении к сети питающего напряжения. При отключении двигателя от ПЧ он переходит в генераторный режим за счет остаточного намагничивания обмоток статора и инерционного вращения ротора. При этом электромагнитное поле обмоток затухает по мере останова ротора электродвигателя насоса на «самовыбеге».

Рис. 8. Осциллограмма напряжения обмоток электродвигателя насоса Р=11 кВт при отключении питающего напряжения

Осциллограммы активного тока насоса мощностью 11 кВт при его переключении от ПЧ к сети питающего напряжения для разных значений времени переключения представлена на рис. 9.

а) t переключения = 0,20 секунд

б) t переключения = 0,34 секунды

Рис. 9. Переключение от ПЧ к сети питающего напряжения

Анализ осциллограмм показывает, что бросок активного значения тока статорных обмоток насоса при его подключении к сети питающего напряжения после работы от ПЧ уменьшается от значения 3*Iном до значения 1,5Iном при уменьшении времени переключения от 0,2 до 0,34 секунды. На диаграмме рис.7 это соответствует значениям тока статора соответственно I1а и I1б при увеличении времени коммутации от значения tа до значения tб.

После переключения регулируемого ПЧ насоса к сети питающего напряжения пуск следующего по приоритету дополнительного насоса производится от ПЧ по заданной рампе до частоты вращения, определяемой процессом регулирования.

Таким образом, наиболее рациональным способом пуска дополнительных насосов в насосных станциях повышения давления с одним ПЧ в схеме управления является пуск каждого дополнительного насоса от ПЧ после переключения регулируемого насоса из состояния его вращения к сети питающего напряжения.

При этом необходимо выдерживать временные интервалы между отключением насоса от ПЧ и его последующем подключении к сети питающего напряжения. Уменьшение интервала времени коммутации насоса вызовет значительные броски тока в сети питающего напряжения, что приведет к срабатыванию защиты насоса. Увеличение времени коммутации приведет к полному останову насоса и возникновению гидроудара в напорной магистрали при его подключении к сети питающего напряжения. Интервалы времени коммутации определяются мощностью электродвигателя насоса и должны настраиваться при индивидуальной наладке установки повышения давления.

Плавный пуск дополнительных насосов при условии «безударного» включения регулируемого насоса к сети питающего напряжения с использованием кинетической энергии его вращения позволяет уменьшить гидроудары, а также броски тока в электрических сетях, обеспечивая тем самым отсутствие порывов в напорных магистралях, а также надежную работу электротехнического оборудования. Повышение качества переходных процессов в электрических сетях и напорных магистралях для данного способа пуска дополнительных насосов достигается при сокращении аппаратных затрат в насосных станциях повышения давления.

Литература

1. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. – М.: Энергоатомиздат, 2006. - 360 с.ил.
2. Кацман М.М. Электрические машины. – 3-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2000. – 463 с.ил.
3. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1998.-704с.ил.
4. ЗАО НТЦ «Приводная техника». Методика выбора мотор-редуктора. Материалы сайта www.privod.ru.

После того, как скважина на участке пробурена, ее необходимо оснастить насосом. Лишь правильно выбранное качественное изделие даст гарантию беспроблемного водоснабжения вашей дачи или загородного дома.

Приобретая насос в скважину, надо принять во внимание множество важных моментов.

Основные критерии выбора

Перед тем, как выбрать тип и конкретную модель агрегата, учтите несколько основных факторов.

Уровень воды и глубина скважины

Когда вы не знаете точно данных параметров, их нужно измерить.

1. С этой целью, спустите в ствол сухую бечевку с привязанным к ней грузом.
2. По мокрой отметине веревки вы рассчитаете расстояние до жидкости. Измерив, намокший участок, узнаете высоту водяного столба в забое.
3. Данные величины будут основными при выборе. Обычно, инструкция предписывает указывать их в техническом паспорте насоса.
4. Исходя из этого, приобретая агрегат, учтите, что конкретная модель устройства долго и без перебоев работает лишь в указанном диапазоне.

Дебит объекта

Данная величина означает объем жидкости, который точка водозабора способна дать за определенное время.

1. Измерить точно такой параметр почти невозможно. Вследствие этого, будет достаточно определить его приблизительно.
2. С этой целью спустите насос в ствол скважины и определите время, в течение которого он выкачает воду.
3. Проконтролируйте временной период, за который водяной столб полностью восстановится.
4. Далее разделите вторую цифру на первую.

Диаметр ствола

1. Если скважину вам бурили специалисты, сечение ствола выясните у них. Однако измерения можно осуществить и своими силами, в этом нет ничего сложного.
2. Как правило, специализированные магазины продают скважинные насосы на 3 дюйма и 4. Следует помнить, что дюйм — это 2.54 см.
3. Если ваш забой будет иметь диаметр в 4 дюйма, проблем с приобретением агрегата не возникнет — такие объекты стандартны.

Обратите внимание!
Скважинные насосы на три дюйма не так распространены.
Может оказаться так, что в своем городе вы подобное устройство не найдете.
Придется его заказывать где-либо в другом месте.
Поэтому, когда выбор у вас есть, лучше пробурить скважину, диаметром в четыре дюйма.

Расход воды

1. Перед приобретением агрегата конкретной модели, определитесь с вашей потребностью в воде. Данное обстоятельство — важнейшее для выбора мощности двигателя насоса.
2. Следует учесть, что скважинные насосы могут выкачивать 20/200 л/мин.
3. Обычно, для среднестатистической семьи в 4 человека достаточно купить устройство с движком, производительность которого 50/60 л/мин.
4. Если ваша семья большая, либо вы планируете поливать сад/огород, то купите насос, имеющий мощность в 2/3 раза выше. Конечно, цена его будет достаточно высокой.

Напор, который может выдать насос

1. С этой целью надо к глубине ствола (в метрах) приплюсовать 30.
2. Для подстраховки, к этой цифре надо добавить 10%.
3. Например, глубина ствола скважины равна 40 метров. 40+30=70+10%=77.
4. Из различных моделей насосов оптимальный вариант — выбрать устройство, которое способно выдать напор в 90 метров.

Стоимость агрегата

Стоимость устройства складывается из многих моментов.

1. Любой из насосов перед погружением подвешивается на трос из стали-нержавейки. Этот материал должен быть качественным, что повышает его цену.
2. Лучше всего подключить водоснабжение через автомат, который будет включать, и выключать насос, по мере надобности. Также необходимо установить ПЗУ (пускозащитное устройство) либо приобрести агрегат с уже вмонтированным приспособлением. Так будет обеспечен плавный пуск насоса скважины. Данные устройства увеличат стоимость системы.
3. Недорогой насос может иметь почти такие же характеристики, что и элитные модели. Однако любой брак в каком-либо блоке агрегата может его полностью вывести из строя.
4. Соединения под водой достаточно уязвимы. Обычно, качественной пайка бывает лишь у сравнительно дорогих устройств.

Обратите внимание!
Не следует экономить на насосе.
Аварийный ремонт отнимет у вас финансовые средства больше, чем вы сэкономите при приобретении агрегата.
Помимо этого, в ходе ремонта весь участок останется без водоснабжения.

Уровень загрязнения скважины

Многие скважины оборудованы не идеально, либо уже прослужили достаточно долго. Исходя из этого, насос будет регулярно забиваться песком, илом и пр .

Постоянно поднимать на поверхность и очищать устройство довольно накладно. Поэтому лучше всего сразу выбирать не просто погружную модель, а рассчитанную именно на эксплуатацию в скважине.

Типы насосов

Теперь о том, какие можно установить насосы на скважину.

Поверхностные аналоги

Такие устройства удалены от жидкости, которую перекачивают. Как правило, их корпус размещается на суше. Однако некоторые разновидности агрегатов имеют особые поплавки. Такие небольшие устройства могут быть расположены на поверхности воды.

Подобный тип агрегатов можно применять, если скважинное водоснабжение использует накопительный бак или водонапорную башню. Пригодны они и тогда, когда осуществляется бурение скважины насосом.

При выборе такого устройства, основной параметр — это уровень его работы. Обычно, поверхностные механизмы эффективно работают на глубине не более 7/8 м. Чтобы увеличить данный параметр, необходимо их модернизировать. Это снижает надежность системы и повышает ее стоимость.

Исходя из выше изложенного, поверхностные насосы целесообразно применять на малых глубинах.

Погружные (глубинные) устройства

По конструкции такие агрегаты делятся на вибрационные и центробежные аналоги. Невзирая на это, любое глубинное устройство частично либо полностью погружено в качаемую им жидкость.

Обратите внимание!
Чем больше глубина источника водозабора, тем целесообразнее применять именно такой вид агрегата.
Следует учесть, что обычные погружные насосы могут работать, максимально, на уровне в -10 м.
Поэтому, для глубоких забоев необходимо выбирать специальные насосы, которые так и называются – «скважинные».

О некоторых особенностях вибрационных механизмов.

1. Их основной элемент конструкции — это мембрана.
2. С одной из ее сторон находится вода, с противоположного конца — вибратор, который мембрану заставляет деформироваться.
3. При этом появляется перепад давлений, благодаря ему вода и перекачивается.
4. Лучше всего выбрать модель, которая оснащена тепловым реле включения насоса скважины. Кроме этого, агрегат должен забирать жидкость своей нижней частью.
5. Если грунт глинистый, такой агрегат надо располагать как можно глубже. В противном случае он станет постепенно разрушать стенки скважины. Это потребует откачки мутной воды, иначе скважина засорится.
6. Когда такой механизм зарывается в песок или ил, вытаскивать его следует только включенным.
7. Стоимость вибрационных механизмов сравнительно низкая, однако надежность их эксплуатации недостаточно велика.

Немного о центробежных насосах.

1. Основой их рабочей механики являются одно либо несколько колесиков. Они зафиксированы на центральном валу и оснащены лопастями.
2. При эксплуатации агрегата промежутки меж лопастями наполняются водой.
3. При вращении, лопасти образуют центробежную силу. Она создает перепад давлений, благодаря ему агрегат и перекачивает воду.

На данный момент эта разновидность насосов является наиболее востребованной, т.к. имеет лучшее соотношение стоимость/качество. Помимо этого, центробежные агрегаты универсальны.

Статьи по теме:

Ручные агрегаты

Бывают случаи, когда участок не подключен к электросети либо финансы не позволяют установить современную систему. Тогда эксплуатироваться может скважина с помощью насоса ручного типа.

Подобные устройства бывают поршневыми либо штанговыми.

1. Первые агрегаты могут работать на глубине не больше 7 м. Их конструкция основана на взаимодействии двух клапанов, которые находятся в цилиндре с размещенным в нем поршнем. Передвижение поршня генерирует вакуум и жидкость поднимается. Одновременно один из клапанов (всасывающий) открывается, второй же – прикрывается.
2. Штанговые аналоги предназначены для более глубоких точек водозабора. Цилиндр насоса спускают на всю длину ствола скважины, монтируют колонну из труб и качают жидкость при помощи обратного клапана.
3. Достоинства ручных насосов – это независимость от электроэнергии, дешевизна и простота эксплуатации. Главный недостаток, при потребности в воде — данной проблемой приходится заниматься непосредственно, прикладывая при этом физические усилия.

Как подобрать трубы

Часто наиболее слабым звеном водоснабжающей системы является трубопровод.

Даже, если вы подберете качественный насос и правильно выберете его модель, данная часть системы может вас подвести.

1. На сегодняшний момент, лучшими изделиями для прокладки наружного водопровода считаются пластиковые трубы из специального полипропилена.
2. Такой материал будет отвечать всем требованиям по техническим характеристикам.
3. Масса подобных изделий гораздо меньше металлических аналогов. Следовательно, доставлять и монтировать их легче.
4. Прочность и надежность соединений пластмассовых труб выше, чем у металлических.

Есть одно ограничение в применении подобного материала — это давление в системе. Оно не должно превышать того, на которое указывает производитель труб.

Обратите внимание!
Проблемы вызывает и работа в условиях отрицательных температур.
В этом случае некоторые разновидности пластика становятся хрупкими.
Если же вы ставите два насоса в одной скважине – один из них погружного типа, (в забой), другой же – для накопительного бака, расположенного в «насосной», для второго агрегата можно без опаски собирать пластиковый водопровод.

Нюансы монтажа насоса

Для нормальной работы водоснабжения нужно знать, как правильно поместить насос в скважине.

Важные моменты

1. Шланг купите пластиковый, сечением 2 см. Чтоб определить, сколько его необходимо метров, промерьте глубину поднимания/опускания воды.
2. Обычно насосы вешаются на металлической проволоке или тросе. Однако тут есть один важный нюанс – сейчас многие из моделей агрегатов имеют корпуса из алюминия. При работе механизм вибрирует, вследствие этого на участке соединения его с подвеской корпус деформируется. Это может вывести агрегат из строя.
3. Поэтому, оптимальный вариант — применять шнур из капрона. Он влагостоек и очень прочен. Приобретать надо шнур того сечения, которое выдержит вес, больший в 5 раз, чем вес насоса.
4. Для гашения излишней вибрации на небольших глубинах, когда сооружается скважина своими руками с помощью насоса, установите на него пружинистую подвеску. Изготовить ее возможно самостоятельно из резинового жгута. Одна сторона приспособления крепится на насосе, а другая фиксируется на перекладине.
5. При спуске агрегата, до дна забоя должно оставаться более 30 см.
6. Насос не должен касаться стенок ствола.

Монтаж поверхностного агрегата

1. Чтобы автоматизировать работу скважины, в накопительный резервуар поставьте датчик уровня воды.
2. Наиболее распространены поплавковые устройства, контакты их располагают в катушке командного реле.
3. Элементы автоматики выбирайте, исходя из мощности насоса и числа фаз его мотора.

Подсоединение погружного аналога

1. Таким агрегатом управляет электронный блок. Он монтируется в удобном для доступа месте.
2. Силовой провод должен иметь водонепроницаемую оплетку и подсоединяться к агрегату герметичным штекером, оснащенным электродом для заземления.
   
3. В щит питания электродвигателя необходимо поставить устройство для дифференциальной защиты, а также трехполюсный выключатель-автомат.

Вывод

От того, насколько правильно вы осуществите выбор насоса для вашей скважины, будет зависеть эффективность ее работы и продолжительность эксплуатации. Поэтому особенно внимательно отнеситесь к этому вопросу. При знакомстве с видео в этой статье вы получите много дополнительных знаний.

Устройство плавного пуска - электротехническое устройство, используемое в асинхронных электродвигателях, которое позволяет во время запуска удерживать параметры двигателя (тока, напряжения и т.д.) в в безопасных пределах. Его применение уменьшает пусковые токи, снижает вероятность перегрева двигателя, устраняет рывки в механических приводах, что, в конечном итоге, повышает срок службы электродвигателя.

Назначение

Управление процессом запуска, работы и остановки электродвигателей. Основными проблемами асинхронных электродвигателей являются:

• невозможность согласования крутящего момента двигателя с моментом нагрузки,
• высокий пусковой ток.

Во время пуска крутящий момент за доли секунды часто достигает 150-200%, что может привести к выходу из строя кинематической цепи привода. При этом стартовый ток может быть в 6-8 раз больше номинального, порождая проблемы со стабильностью питания. Устройство плавного пуска позволяют избежать этих проблем, делая разгон и торможение двигателя более медленными. Это позволяет снизить пусковые токи и избежать рывков в механической части привода или гидравлических ударов в трубах и задвижках в момент пуска и остановки двигателей.

Принцип действия устройство плавного пуска

Основной проблемой асинхронных электродвигателей является то, что момент силы, развиваемый электродвигателем, пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения, что создаёт резкие рывки ротора при пуске и остановке двигателя, которые, в свою очередь, вызывают большой индукционный ток.

Софтстартеры могут быть как механическими, так и электрическими, либо сочетать то и другое.

Механические устройства непосредственно противодействуют резкому нарастанию оборотов двигателя, ограничивая крутящий момент. Они могут представлять собой тормозные колодки, жидкостные муфты, магнитные блокираторы, противовесы с дробью и прочее.

Данные электрические устройства позволяют постепенно повышать ток или напряжение от начального пониженного уровня (опорного напряжения) до максимального, чтобы плавно запустить и разогнать электродвигатель до его номинальных оборотов. Такие УПП обычно используют амплитудные методы управления и поэтому справляются с запуском оборудования в холостом или слабо нагруженном режиме. Более современное поколение УПП (например, устройства ЭнерджиСейвер) используют фазовые методы управления и потому способны запускать электроприводы, характеризующиеся тяжелыми пусковыми режимами "номинал в номинал". Такие УПП позволяют производить запуски чаще и имеют встроенный режим энергосбережения и коррекции коэффициента мощности.

Выбор устройства плавного пуска

При включении асинхронного двигателя в его роторе на короткое время возникает ток короткого замыкания, сила которого после набора оборотов снижается до номинального значения, соответствующего потребляемой электрической машиной мощности. Это явление усугубляется тем, что в момент разгона скачкообразно растет и крутящий момент на валу. В результате может произойти срабатывание защитных автоматических выключателей, а если они не установлены, то и выход из строя других электротехнических устройств, подключенных к той же линии. И в любом случае, даже если аварии не произошло, при пуске электромоторов отмечается повышенный расход электроэнергии. Для компенсации или полного устранения этого явления используются устройства плавного пуска (УПП).

Как реализуется плавный пуск

Чтобы плавно запустить электродвигатель и не допустить броска тока, используются два способа:

1. Ограничивают ток в обмотке ротора. Для этого ее делают состоящей из трех катушек, соединенных по схеме «звезда». Их свободные концы выводят на контактные кольца (коллекторы), закрепленные на хвостовике вала. К коллектору подключают реостат, сопротивление которого в момент пуска максимальное. По мере его снижения ток ротора растет и двигатель раскручивается. Такие машины называются двигателями с фазным ротором. Они используются в крановом оборудовании и в качестве тяговых электромоторов троллейбусов, трамваев.
2. Уменьшают напряжение и токи, подаваемые на статор. В свою очередь, это реализуется с помощью:

а) автотрансформатора или реостата;

б) ключевыми схемами на базе тиристоров или симисторов.

Именно ключевые схемы и являются основой построения электротехнических приборов, которые принято назвать устройствами плавного пуска или софтстартерами. Обратите внимание, что частотные преобразователи так же позволяют плавно запустить электродвигатель, но они лишь компенсируют резкое возрастание крутящего момента, не ограничивая при этом пускового тока.

Принцип работы ключевой схемы основывается на том, что тиристоры отпираются на определенное время в момент прохождения синусоидой ноля. Обычно в той части фазы, когда напряжение растет. Реже – при его падении. В результате на выходе УПП регистрируется пульсирующее напряжение, форма которого лишь приблизительно похожа на синусоиду. Амплитуда этой кривой растет по мере того, как увеличивается временной интервал, когда тиристор отперт.

Критерии выбора софтстартера

По степени снижения степени важности критерии выбора устройства располагаются в следующей последовательности:

• Мощность.
• Количество управляемых фаз.
• Обратная связь.
• Функциональность.
• Способ управления.
• Дополнительные возможности.

Мощность

Главным параметром УПП является величина I ном – сила тока, на которую рассчитаны тиристоры. Она должна быть в несколько раз больше значения силы тока, проходящего через обмотку двигателя, вышедшего на номинальные обороты. Кратность зависит от тяжести пуска. Если он легкий – металлорежущие станки, вентиляторы, насосы, то пусковой ток в три раза выше номинального. Тяжелый пуск характерен для приводов, имеющих значительный момент инерции. Таковы, например, вертикальные конвейеры, пилорамы, прессы. Ток выше номинального в пять раз. Существует и особо тяжелый пуск, который сопровождает работу поршневых насосов, центрифуг, ленточных пил... Тогда I ном софтстартера должен быть в 8-10 раз больше.

Тяжесть пуска влияет и на время его завершения. Он может длиться от десяти до сорока секунд. За это время тиристоры сильно нагреваются, поскольку рассеивают часть электрической мощности. Для повторения им надо остыть, а на это уходит столько же, сколько на рабочий цикл. Поэтому если технологический процесс требует частого включения-выключения, то выбирайте софтстартер как для тяжелого пуска. Даже если ваше устройство не нагружено и легко набирает обороты.

Количество фаз

Можно управлять одной, двумя или тремя фазами. В первом случае устройство в большей степени смягчает рост пускового момента, чем тока. Чаще всего используются двухфазные пускатели. А для случаев тяжелого и особо тяжелого пуска – трехфазные.

Обратная связь

УПП может работать по заданной программе – увеличить напряжение до номинала за указанное время. Это наиболее простое и распространенное решение. Наличие обратной связи делает процесс управления более гибким. Параметрами для нее служат сравнение напряжения и вращающего момента или фазный сдвиг между токами ротора и статора.

Функциональность

Возможность работать на разгон или торможение. Наличие дополнительного контактора, который шунтирует ключевую схему и позволяет ей остыть, а также ликвидирует несимметричность фаз из-за нарушения формы синусоиды, которое приводит к перегреву обмоток.

Способ управления

Бывает аналоговым, посредством вращения потенциометров на панели, и цифровым, с применением цифрового микроконтроллера.

Дополнительные функции

Все виды защиты, режим экономии электроэнергии, возможность пуска с рывка, работы на пониженной скорости (псевдочастотное регулирование).

Правильно подобранный УПП увеличивает вдвое рабочий ресурс электродвигателей, экономит до 30 процентов электроэнергии.

Зачем нужно устройство плавного пуска (софтстартера)

Все чаще при запуске электроприводов насосов, вентиляторов применяются устройство плавного пуска (софтстартер). С чем это связано? В нашей статье мы постараемся осветить этот вопрос.

Асинхронные двигатели используются уже более ста лет, и за это время относительно мало изменилось их функционирование. Запуск этих устройств и связанные с ним проблемы хорошо известны их владельцам. Пусковые токи приводят к просадкам напряжения и перегрузкам проводки, вследствие чего:

некоторая электротехника может самопроизвольно отключаться;

возможен сбой оборудования и т. д.

Своевременно установленный приобретенный и подключенный софтстартер позволяет избежать лишних трат денег и головной боли.

Что такое пусковой ток

В основе принципа действия асинхронных двигателей лежит явление электромагнитной индукции. Наращивание обратной электродвижущей силы (э. д. с), которая создается путем применения изменяющегося магнитного поля во время запуска двигателя, приводит к переходным процессам в электрической системе. Этот переходной режим может повлиять на систему электропитания и другое оборудование, подключенное к нему.

Во время запуска электродвигатель разгоняется до полной скорости. Продолжительность начальных переходных процессов зависит от конструкции агрегата и характеристик нагрузки. Пусковой момент должен быть наибольшим, а пусковые токи – наименьшими. Последние влекут за собой пагубные последствия для самого агрегата, системы электроснабжения и оборудования, подключенного к нему.

В течение начального периода пусковой ток может достигать пяти-восьмикратного тока полной нагрузки. Во время пуска электродвигателя кабели вынуждены пропускать больше тока, чем во время периода стабильного состояния. Падение напряжения в системе также будет намного больше при пуске, чем во время стабильной работы – это становится особенно очевидным при запуске мощного агрегата или большого числа электродвигателей одновременно.

Способы защиты электродвигателя

Поскольку использование электродвигателей стало широко распространенным, преодоление проблем с их запуском стало проблемой. На протяжении многих лет для решения этих задач были разработано несколько методов, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения.

В последнее время были достигнуты значительные успехи в использовании электроники в регулировании электроэнергии для двигателей. Все чаще при запуске электроприводов насосов, вентиляторов применяются устройство плавного пуска. Всё дело в том, что прибор имеет ряд особенностей.

Особенностью устройства пуска является то, что он плавно подаёт на обмотки двигателя напряжение от нуля до номинального значения, позволяя двигателю плавно разгоняться до максимальной скорости. Развиваемый электродвигателем механический момент пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения.

В процессе пуска УПП постепенно увеличивает подаваемое напряжение, и электромотор разгоняется до номинальной скорости вращения без большого момента и пиковых скачков тока.

Виды устройств плавного пуска

На сегодняшний день для плавного запуска техники используются три типа УПП: с одной, двумя и со всеми управляемыми фазами.

Первый тип применяется для однофазного двигателя для обеспечения надежной защиты от перегрузки, перегрева и снижения влияния электромагнитных помех.

Как правило, схема второго типа помимо полупроводниковой платы управления включает в себя байпасный контактор. После того как двигатель раскрутится до номинальной скорости, байпасный контактор срабатывает и обеспечивает прямую подачу напряжения на электродвигатель.

Трехфазный тип является самым оптимальным и технически совершенным решением. Он обеспечивает ограничение тока и силы магнитного поля без перекосов по фазам.

Зачем же нужно устройство плавного пуска?

Благодаря относительно невысокой цене популярность софтстартеров набирает обороты на современном рынке промышленной и бытовой техники. УПП для асинхронного электродвигателя необходимо для продления его срока службы. Большим преимуществом софтстартера является то, что пуск осуществляется с плавным ускорением, без рывков.

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Преимущества регистрации

Вы сможете:

• Приобретать оборудование со скидкой сразу после регистрации
• Совершать покупки намного быстрее и удобнее
• Следить за выполнением заказов
• Смотреть историю своих заказов, получать рекомендации
• Получить накопительную систему скидок на все оборудование
• Участвовать в акциях
• Получать первыми информацию о новых товарах и услугах
• Видеть документы по отгрузкам
• Получать консультации у специалиста, прикрепленного к вашей компании

Получите доступ ко всем предложениям

Войдите под своим логином или пройдите легкую процедуру регистрации и получите доступ ко всем горячим предложениям

Зарегистрироваться

Похожие видеообзоры

Плавный пуск асинхронного двигателя – это всегда трудная задача, потому что для запуска индукционного мотора требуется большой ток и крутящий момент, которые могут сжечь обмотку электродвигателя. Инженеры постоянно предлагают и реализуют интересные технические решения для преодоления этой проблемы, например, использование схемы включения , автотрансформатора и т. д.

В настоящее время подобные способы применяются в различных промышленных установках для бесперебойного функционирования электродвигателей.

Из физики известен принцип работы индукционного электродвигателя, вся суть которого заключается в использовании разницы между частотами вращения магнитных полей статора и ротора. Магнитное поле ротора, пытаясь догнать магнитное поле статора, способствует возбуждению большого пускового тока. Мотор работает на полной скорости, при этом значение крутящего момента вслед за током тоже увеличивается. В результате обмотка агрегата может быть повреждена из-за перегрева.

Таким образом, необходимой становится установка мягкого стартера. УПП для трехфазных асинхронных моторов позволяют защитить агрегаты от первоначального высокого тока и крутящего момента, возникающих вследствие эффекта скольжения при работе индукционного мотора.

Преимущественные особенности применения схемы с устройством плавного пуска (УПП):

1. снижение стартового тока;
2. уменьшение затрат на электроэнергию;
3. повышение эффективности;
4. сравнительно низкая стоимость;
5. достижение максимальной скорости без ущерба для агрегата.

Как плавно запустить двигатель?

Существует пять основных методов плавного пуска.

• Высокий крутящий момент может быть создан путем добавления внешнего сопротивления в цепь ротора, как показано на рисунке.

• С помощью включения в схему автоматического трансформатора можно поддерживать пусковой ток и крутящий момент за счет уменьшения начального напряжения. Смотрите рисунок ниже.

• Прямой запуск – это самый простой и дешевый способ, потому что асинхронный двигатель подключен напрямую к источнику питания.
• Соединения по специальной конфигурации обмоток – способ применим для двигателей, предназначенных для эксплуатации в нормальных условиях.

• Использование УПП – это наиболее передовой способ из всех перечисленных методов. Здесь полупроводниковые приборы, такие как тиристоры или тринисторы, регулирующие скорость асинхронного двигателя, успешно заменяют механические компоненты.

Регулятор оборотов коллекторного двигателя

Большинство схем бытовых аппаратов и электрических инструментов создано на базе коллекторного электродвигателя 220 В. Такая востребованность объясняется универсальностью. Для агрегатов возможно питание от постоянного либо переменного напряжения. Достоинство схемы обусловлены обеспечением эффективного пускового момента.

Чтобы достичь более плавного пуска и обладать возможностью настройки частоты вращения, применяются регуляторы оборотов.

Пуск электродвигателя своими руками можно сделать, к примеру, таким образом.