Устройство плавного пуска для насоса: зачем нужно и как работает

Пуск электродвигателей насосов обычно не вызывает проблем, связанных с многократным превышением тока или недостаточным моментом на валу на старте. В подавляющем случае время пуска агрегатов от сети составляет не более 1-2 секунд, ток возрастает не более чем на 300% от номинального значения.

Основная проблема насосов с прямым пуском от сети – значительная опасность гидравлических ударов и связанных с ним последствий. Для того чтобы снизить скачки давления, вызванные пусками и остановками привод насосов оснащают устройствами плавного пуска. Рассмотрим подробнее недостатки прямого пуска насосов, что такое УПП, их преимущества, особенности выбора для насосных агрегатов.

Недостатки прямого пуска насосов

При включении насоса напрямую от сети или остановки прямым отключением напряжения, происходит резкое изменение скорости потока перекачиваемой жидкости, вследствие этого возникает гидроудар, который сопровождается скачком давления. Гидравлический удар может быть как положительный, так и отрицательный. Первый возникает при старте агрегата, второй – при остановке насоса. Скачки давления вызывают ускоренное снижение рабочего ресурса труб, запорно-регулирующей арматуры, гидравлической части агрегатов. Повышению износа способствует возникающая при гидравлических ударах кавитация. Она приводит к эрозии внутренних поверхностей всех элементов напорной сети и насосов. Систему и насосное оборудование приходится чаще останавливать для проведения профилактических работ и ремонта, кроме того, это может привести к серьезным авариям.

Самый распространенный привод для насосов – трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Применение более сложных и дорогих электрических машин с фазным ротором нецелесообразно. Традиционно для пуска электродвигателей с короткозамкнутым ротором на ограниченной мощности применяют схемы переключения обмоток со звезды на треугольник.

При этом запуск осуществляется при соединении «звездой», затем переключается в «треугольник». Таким образом, на каждой обмотке напряжение в √3 раза меньше номинальной величины, соответственно ток будет меньше.

Однако этот способ имеет существенные недостатки: уменьшение пускового момента и переходной процесс, возникающий при коммутации с «треугольника» на «звезду». Кроме того, при этом невозможно осуществить плавное торможение и остановку. Это также может вызывать гидравлические удары и связанные с ними последствия.

Что такое УПП

Устройство плавного пуска – электронное оборудование для обеспечения плавного пуска и торможения, уменьшения скачков тока при старте. Схема построена на базе тиристорного регулятора напряжения.

Пуск электродвигателя осуществляются при минимальной его величине. Далее, согласно настройкам времени разгона, устройство плавно повышает напряжение. Когда его значение достигает номинальной величины значения, двигатель разгоняется до полной скорости. При ее достижении срабатывает встроенное реле, на катушку контактора подается питание. Аппарат замыкает шутирующую цепь, УПП отключается.

Торможение осуществляется аналогичным образом, УПП постепенно уменьшает напряжение на обмотках до полной остановки электродвигателя.

Параметры выбора устройства плавного пуска для насоса

Устройство плавного пуска рекомендуется применять в приводе насосных агрегатов, работающих на закрытую сеть. При этом руководствуются следующими характеристиками:

• Запуск в функции тока или напряжения. В первом случае осуществляется управление моментом пуска, разгона и торможения, во втором – скоростью. Данная функция УПП позволяет управлять переходными процессами, таким образом, чтобы гарантировано избежать гидравлического удара. Опция также пригодится при ограниченной мощности электрической сети.
• Количество фаз. Для пуска однофазных электродвигателей насосов используются устройства плавного пуска, рассчитанные на 1-фазное напряжение. Для трехфазных приводов – соответствующие УПП.
• Электрическая мощность. Насосы – низкоинерционное оборудование, для них достаточно устройства плавного пуска с наиболее близкой по значению номинальной мощности. Исключение – агрегаты, работающие в режимах более 10 пусков и остановок в час. В этом случае нужно УПП на один типоразмер больше.
• Наличие и способ подключения шунтирующего контактора. Устройство плавного пуска для оборудования работающего свыше 6 часов или непрерывно целесообразно выключать из цепи после разгона двигателя до номинальной скорости и включать при начале торможения. В противном случае, электронные регуляторы напряжения нагреваться, и могут выйти из строя. Это особенно актуально для приводов мощных агрегатов. Для этого в устройствах плавного пуска должно быт предусмотрено шунтирование. Для компактных насосов подойдут устройства плавного пуска с интегрированным коммутационным аппаратами. Для насосного оборудования высокой мощности обычно выбирают устройства плавного пуска с выводами для внешних контакторов.
• Защита. УПП оборудованы защитой от перегрева самого устройства, колебаний частоты величины и частоты питающего напряжения, а также функции отключения двигателя при превышении времени разгона, обрыва фаз, асимметричной нагрузки. Кроме перечисленных функций для двигателей насосов со встроенными тепловыми датчиками подойдут УПП с соответствующей функцией, в этом случае будет реализована защита от заклинивания.
• Функции регулирования скорости. Для изменения производительности насосов обычно применяют преобразователи частоты, которые несколько дороже УПП. Однако в случае, где регулирование скорости требуется непродолжительно, например, при наладке можно ограничиться устройством плавного пуска. При этом требуется учесть, что УПП не приспособлены к длительной работе в режиме регулирования скорости и не могут заменить преобразователь частоты.

  

Главное преимущество устройств плавного пуска в электроприводе насоса – многократное снижение вероятности гидравлических ударов. УПП значительно продлевает срок службы самого насоса, замедляет износ трубной системы и запорно-регулирующей арматуры. Кроме того, устройство плавного пуска защищает двигатель агрегата от перегрева, колебаний напряжения и других ненормальных и аварийных режимов. УПП также позволяет выполнять запуск агрегатов при недостаточной мощности электрической сети.

Приводы с устройствами плавного пуска дороже схемы прямого пуска или переключения «звезда-треугольник», однако УПП достаточно быстро окупается. Экономия достигается уменьшением затрат на содержание и ремонт сети и оборудования.

Как подобрать устройство плавного пуска для насоса: основные критерии

Чтобы устройство плавного пуска насоса работало корректно и продлило срок службы оборудования, его необходимо выбирать с учетом характеристик двигателя и типа водоснабжения.

На что обратить внимание при выборе:

• Тип оборудования: на рынке представлены специализированные решения, такие как плавный пуск для скважинного насоса, плавный пуск для погружного насоса, а также модули для поверхностного и центробежного насоса.
• Напряжение и фазность: самый частый запрос в быту — это плавный пуск однофазного насоса на 220 В. Для промышленных или фермерских нужд подбирают устройство плавного пуска для насоса в 380 В.
• Мощность двигателя: выбирая УПП для насоса, закладывайте запас по мощности на 15–20% выше номинала двигателя, чтобы избежать перегрева симисторов при затяжном старте.

Если вы не знаете, как подобрать устройство плавного пуска для насоса, ориентируйтесь на номинальный ток в амперах, указанный в паспорте агрегата, а не только на киловатты.

Сравнение режимов работы: прямой пуск и использование УПП

Для наглядного понимания эффективности оборудования рассмотрим, как меняются рабочие параметры системы водоснабжения, если внедрить блок плавного пуска для насоса вместо классического релейного включения.

Параметр системы	Прямой пуск (без автоматики)	Система плавного пуска насоса
Пусковой ток	Превышает номинальный в 5–7 раз	Ограничен на уровне 2–3 номиналов
Гидроудары в магистрали	Присутствуют при каждом включении	Сведены к минимуму или отсутствуют
Износ крыльчатки и вала	Высокий из-за постоянных механических рывков	Минимальный, так как разгон идет постепенно
Просадка напряжения в сети	Заметная, моргают лампочки в доме	Исключена, нагрузка на сеть растет плавно

Комплексная автоматика и защита скважинного насоса с плавным пуском

Современная автоматика для скважинного насоса с плавным пуском — это не только снижение пусковых токов, но и полноценная защита от сухого хода, перекоса фаз и скачков давления. Для создания стабильной системы применяются следующие элементы:

• Реле плавного пуска насоса для скважины: компактный прибор, который монтируется на DIN-рейку. Работает в связке с гидроаккумулятором.
• Реле давления для насоса с плавным пуском: отвечает за своевременный плавный пуск и остановку насоса при падении или достижении заданного давления в трубах.
• Шкаф управления насосом с плавным пуском: полноценный контроллер плавного пуска насоса, объединяющий в себе УПП, контакторы, тепловые реле и автоматическое устройство плавного пуска насоса.

Качественная защита насоса с плавным пуском исключает механические повреждения гидравлической части, что критически важно при подъеме воды с большой глубины.

Схема плавного пуска насоса: монтаж и подключение

Классическая схема плавного пуска для скважинного насоса подразумевает установку модуля между источником питания и автоматикой двигателя. Электрическая схема подключения всегда идет в комплекте с оборудованием.

Многие интересуются, как сделать плавный пуск насоса своими руками. Теоретически, собрать модуль плавного пуска для насоса можно на базе симисторного регулятора напряжения. Однако самодельный адаптер плавного пуска для скважинного насоса часто не имеет обратной связи по току и защиты от перегрева. В условиях нестабильного напряжения устройство плавного пуска насоса скважины лучше использовать заводское, так как цена ошибки — сгоревший двигатель.

Часто задаваемые вопросы

Нужен ли плавный пуск для скважинного насоса?

Это напрямую влияет на долговечность оборудования. Резкий старт приводит к скачку пускового тока и гидроудару. Плавный пуск электродвигателя насоса снимает механическую нагрузку с гидравлической части и защищает обмотки от перегрева.

Какие насосы имеют плавный пуск с завода?

Встроенный плавный пуск двигателя насоса обычно встречается в премиальных моделях с частотным преобразователем. Большинство стандартных вибрационных и центробежных моделей требуют установки внешнего УПП.

Что лучше: реле управление насоса плавный пуск или шкаф управления?

Для дачи и небольшого дома достаточно установить реле плавного пуска для скважинного насоса. Если речь идет о системе водоснабжения коттеджного поселка, потребуется полноценная автоматика для насоса с плавным пуском в виде шкафа управления.