Устройства плавного пуска ELHART серии EMS-LITE

Устройства плавного пуска EMS-LITE предназначены для управления трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Обеспечивают плавный запуск, останов и защиту от перегрузок. Применяются для управления электродвигателями работающими на постоянной скорости в составе электроприводов насосных станций, компрессорных установок, вентиляционного оборудования и др.. Объединяют в себе преимущества прямого пуска электродвигателя от сети (высокая перегрузочная способность) и частотного регулирования (плавное ускорение/замедление).

УПП EMS-LITE поставляются в различных модификациях на диапазон мощностей от 1,1 до 75 кВт и с напряжением управления 24 В постоянного тока или 230 В переменного тока. Имеют компактные размеры, встроенный байпас и интерфейс связи RS-485 (ModBus RTU).

Устройство плавного пуска EMS-LITE — это прибор, предназначенный для мягкого запуска и останова асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Он объединяет в себе два ключевых преимущества:

• плавное ускорение и замедление — как у частотного преобразователя,
• высокую перегрузочную способность — как при прямом пуске от сети.

Эти преимущества достигаются за счет специализированного алгоритма управления и применения современной компонентной базы.

Ключевые компоненты УПП

Микроконтроллер — управляет всей последовательностью работы:

• координирует включение тиристоров и шунтирующих контакторов,
• контролирует ток, температуру и напряжение,
• обеспечивает защиту от перегрузок и обрывов фаз,
• обрабатывает команды от системы автоматизации (АСУ ТП) через интерфейс RS-485.

Тиристоры — полупроводниковые ключи, работающие как управляемые выключатели. Тиристор открывается при подаче управляющего импульса на его управляющий электрод и остается открытым до тех пор, пока ток через него не снизится до нуля (в естественной точке перехода через ноль). Шесть тиристоров, подключенных встречно-параллельно по три на каждую фазу, позволяют плавно регулировать действующее напряжение на обмотках двигателя.

Шунтирующий контактор (байпас) — электромагнитный аппарат, который замыкает цепь питания двигателя напрямую от сети, минуя тиристоры. После завершения разгона (когда двигатель достигает номинальной скорости) байпас включается — это снижает потери энергии на тиристорах, уменьшает нагрев и повышает КПД.

Датчик тока — непрерывно измеряет потребляемый электродвигателем ток для:

• определения перегрузки,
• обнаружения холостого хода,
• контроля симметрии фаз,
• своевременного отключения при аварии.

Принцип работы EMS-LITE

1. Подача питания:

• после подачи питания инициализируется микроконтроллер,
• тиристоры и байпасный контактор находятся в отключенном состоянии,
• на выходных клеммах U, V, W нет напряжения,
• УПП находится в режиме ожидания сигнала «ПУСК».

2. Плавный разгон (фазовое регулирование)

При получении команды «ПУСК» микроконтроллер постепенно открывает тиристоры, изменяя угол открытия (α) в каждом полупериоде сетевого напряжения. Это позволяет плавно нарастить действующее напряжение на обмотках электродвигателя — и, соответственно, крутящий момент. Такой метод управления называется фазовым регулированием напряжения.

Фазовое регулирование напряжения — это метод управления углом открытия тиристоров при котором регулируется действующее значение напряжения . Принцип работы показан внутри спойлера.

Исходное состояние тиристоров

Если на анод тиристора подать напряжение Uвх, но не подавать управляющий сигнал, тиристор останется в закрытом состоянии и ток через него протекать не будет.

---

Включение тиристора

Тиристор включается (переходит в открытое состояние) при одновременной подаче напряжения на анод и управляющего импульса на управляющий электрод (затвор). После включения на катоде появляется выходное напряжение Uвых, приблизительно равное входному напряжению Uвх (за вычетом небольшого падения напряжения на открытом тиристоре).

Тиристор остается открытым до тех пор, пока ток через него превышает так называемый ток удержания. Как только ток падает до нуля (или ниже тока удержания), тиристор автоматически выключается и остается в закрытом состоянии до следующего управляющего импульса.

Таким образом, подавая кратковременный сигнал на управляющий электрод, мы можем «включить» тиристор. Однако выключить его можно только за счет снижения тока в цепи до нуля — например, при переходе переменного напряжения через ноль.

---

Работа с двумя полупериодами

Для управления переменным током в обеих полуволнах (положительной и отрицательной) используется встречно-параллельное включение двух тиристоров. Один тиристор управляет током в положительной полуволне, второй — в отрицательной.

Подавая управляющие импульсы на оба тиристора с нужной синхронизацией, можно обеспечить симметричное протекание тока через нагрузку в течение всего периода питающего напряжения.

---

Фазовое регулирование напряжения

Угол открытия тиристора (обозначаемый как α1 и α2 для каждого полупериода) определяет момент включения тиристора внутри соответствующего полупериода питающего напряжения. Этот угол отсчитывается от начала полупериода (то есть от угла 0 до π радиан для положительной полуволны и от π до 2π — для отрицательной).

Изменяя угол α, можно регулировать действующее значение выходного напряжения Uвых, а следовательно — и среднюю мощность, потребляемую нагрузкой. Такой способ управления называется фазовым регулированием напряжения. С его помощью можно плавно изменять форму и амплитуду тока, потребляемого нагрузкой, что особенно полезно при управлении нагревательными элементами, освещением или электродвигателями.

---

Применение для асинхронного двигателя

При питании асинхронного двигателя от схемы с фазовым регулированием напряжения возможно плавное изменение действующего значения напряжения на его обмотках. Поскольку электромагнитный момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату приложенного напряжения, снижение напряжения приводит к значительному уменьшению крутящего момента:

$$M_{\mathit{ном}}=\frac{K\cdot U_1^2\cdot R_2\cdot S}{R_2^2+{(S\cdot X_2)}^2}$$

Это позволяет регулировать как момент, так и скорость вращения ротора — особенно в режимах пуска или при работе с переменной нагрузкой.

3. Переход на байпас

Когда электродвигатель достигает номинальной скорости, микроконтроллер:

• отключает тиристоры — прекращая фазовое регулирование,
• включает шунтирующий контактор — замыкая цепь напрямую от сети.

В результате электродвигатель переходит на питание синусоидальным сетевым напряжением.

4. Останов

При подаче команды «СТОП» возможны два режима работы УПП:

• плавный останов - микроконтроллер постепенно снижает напряжение через тиристоры (если выбрано в настройках),
• мгновенный останов - байпас отключается, питание обесточивается - электродвигатель останавливается по инерции.

Режим остановки выбирается в зависимости от типа нагрузки и требований технологического процесса.

Список применений:

• Системы водоснабжения
• Отопление и кондиционирование (HVAC)
• Оборудование с редукторами и ременными передачами

Системы водоснабжения

В системах водоснабжения с автоматическим поддержанием давления прямой пуск насоса от сети вызывает резкий скачок давления в трубопроводе. Это приводит к гидроударам, которые со временем повреждают трубы, соединения, клапаны и сам насос, а также создают дискомфорт при эксплуатации.

Альтернатива прямому пуску — установка УПП серии EMS-LITE, которое работает в паре с реле давления или дифференциальным реле давления. При падении давления ниже заданного уровня реле подает сигнал на EMS-LITE, и устройство плавно разгоняет двигатель насоса. После восстановления требуемого давления остановка также выполняется постепенно, без резкого обрыва потока.

Использование устройства плавного пуска для запуска насоса полностью исключает гидравлические удары, обеспечивает заданный уровень давления в системе и значительно повышает надежность и ресурс всего насосного узла — от двигателя до трубопроводной арматуры.

Отопление и кондиционирование (HVAC)

В системах отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC) прямой пуск вентиляторов, компрессоров или циркуляционных насосов сопровождается высокими пусковыми токами, в 5-7 раз превышающими номинальные. Это вызывает просадки напряжения в электросети здания, может привести к перегреву кабелей, срабатыванию защитных автоматов и даже к кратковременным отключениям другого чувствительного оборудования.

Для решения этой проблемы в составе HVAC-систем используются устройства плавного пуска серии EMS-LITE. На основе метода фазового регулирования напряжения они обеспечивают постепенный разгон электродвигателя, ограничивая пусковой ток и исключая резкие нагрузки на сеть.

В результате стабилизируется качество электропитания в здании, снижается износ электрооборудования, а риск ложных отключений автоматики минимизируется — что особенно важно в объектах с высокими требованиями к надежности, таких как больницы, дата-центры или административные комплексы.

Оборудование с редукторами и ременными передачами

Электроприводы с редукторами, цепными или ременными передачами при прямом пуске от сети испытывают резкие ударные нагрузки. Высокий начальный крутящий момент вызывает проскальзывания и динамические перегрузки, что приводит к ускоренному износу шестерен, зубьев, ремней и цепей, а также повышает риск внезапных отказов.

Для снижения механических нагрузок в таких системах применяются устройства плавного пуска серии EMS-LITE. Они обеспечивают постепенное нарастание крутящего момента при запуске, исключая рывки и удары в трансмиссии.

Это позволяет значительно снизить износ механических компонентов, продлить межсервисный интервал и сократить расходы на техническое обслуживание — особенно в конвейерных линиях, подъемно-транспортном оборудовании и других системах с частыми пусками.

Пример: EMS-LITE-0011TA