Если асинхронный двигатель изобретенный Николой Тесла более 100 лет назад не претерпел принципиальных изменений, то плавный пуск электродвигателя развивается с учетом разработки новой элементной базы.
Устройства управления пуском
Устройство плавного пуска электродвигателя контролирует ускорение электродвигателя путем изменения напряжения. Существует несколько методов пуска электродвигателей.
Прямой метод пуска
Простейшим методом пуска для асинхронного двигателя представляется подача или прерывание питания с электромагнитным управлением через 3-фазный переключатель, известный как контактор. Этот метод широко применяется и называется — «прямой», где обычная форма управления и низкая цена является единственным положительным фактором. Такой способ применяется для малых двигателей до 7,5 кВт, чтобы выдерживать пусковые токи пульсации, не вызывая неприемлемых падений напряжения. Это самый «разрушительный» способ управления оборудованием который может повлечь большие затраты в виде вредного влияния описанного способа в дальнейшем.
Использование этого метода может повлечь капитальный ремонт, снижение срока работы оборудования и высокий риск неисправности двигателя, особенно когда требуются частые остановки и запуски.
Альтернативные системы были разработаны на протяжении многих лет уменьшающие вредное воздействие этой формы управления.
Переключатель «звезда-треугольник»
Переключатель «звезда-треугольник» понижает напряжение запуска системы.
Этот метод использует снижение стартового напряжения, позволяющий использовать тот факт, что крутящий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения. Метод понижения напряжения через пускатель «звезда-треугольник» состоит из трех контакторов и реле времени (который может быть механическим, пневматическим, электрическим или электронным). Переключение контролируется через реле времени и, как правило, должно быть на 80% от полной скорости. Действие начинается при подключении звездой, изменяющей напряжение на каждой обмотке статора до 60% от нормы. Это уменьшает пусковой момент до 33% с последующим уменьшением пусковых токов с целью защиты от перегрузок. Имеется явное улучшение по сравнению с прямой системой, но существенные недостатки остаются.
Подключение через резистор
Этот тип включает резистор в одной или чаще в каждой фазе подключения при пуске, после чего постепенно сопротивление уменьшается и выключается полностью в конце процесса ускорения. Механизм, как правило, большой и дорогой при
покупке и в обслуживании. Выделяется значительное количество тепла за счет прохождения тока через резистор.
Включение через автотрансформатор
Другой метод управления через автотрансформатор. В связи с наличием реактивного сопротивления имеет свои достоинства и недостатки. Из-за необходимости использования дорогостоящего и мощного автотрансформатора метод не получил широкого распространения.
Тем не менее, фундаментальные проблемы электромеханических пускателей остались, и в последние двадцать лет их доминирование ушло и были внедрены силовые полупроводниковые приборы, контролируемые электроникой.
Полупроводниковые системы плавного пуска электродвигателя
В 1950-х годах много усилий было вложено в разработку четырехслойного полупроводникового устройства, которое обладало способностью переключать большие токи при высоких напряжениях, через маленький импульс тока управления. Это устройство представляет кремниевый полупроводниковый элемент как тиристор.
Наибольший интерес представляет способность тиристора быстро переключаться (около 5 миллионные доли секунды) с «выкл» на «вкл» при импульсном управлении.
Контролируя время включения тиристора относительно напряжения каждой полуволны переменного тока можно регулировать энергию, проходящую через прибор. Чем ближе изменение точки напряжения через ноль, тем больше энергии может протекать в течение полупериода. И наоборот, задержка включения сокращает время для потока энергии. Поставив два тиристора встречно-параллельно в каждой фазе при подключении к двигателю можно точно контролировать и создавать электронный мягкий старт непрерывно регулируя прохождение энергии.
Однако необходимо учитывать и КПД так как при уменьшении нагрузки оно падает.
КПД асинхронного двигателя
Таким образом, в техническом плане плавный пуск электродвигателя осуществляется через устройство, которое уменьшает вращающий момент. Как правило, оно состоит из твердотельных устройств, таких как тиристоры для управления приложенным напряжением питания на двигатель.
Вращающий момент пропорционален квадрату пускового тока, который в свою очередь пропорционален приложенному напряжению. Следовательно вращающий момент и ток могут быть скорректированы за счет снижения напряжения в момент пуска двигателя.
