Разница между «плавным пуском» и «жестким пуском» для взрывозащищенных двигателей 

Взрывозащищённые двигатели играют важнейшую роль в энергетическом сердце промышленного производства. Они широко используются в опасных средах, таких как нефтяные, химические и угольные шахты, где присутствуют легковоспламеняющиеся и взрывоопасные газы. Их основная задача — обеспечивать высокую выходную мощность, исключая возникновение электрических искр или высоких температур, которые могут привести к взрыву. Однако даже такое специализированное оборудование сталкивается с общей для всех двигателей проблемой: как их запустить. Выбор способа запуска напрямую влияет на безопасность, срок службы и эффективность работы оборудования. В данной статье мы рассмотрим два различных способа запуска взрывозащищённых двигателей: «плавный пуск» и «жёсткий пуск», проанализируем их основные принципы, влияние и важность для безопасного производства.

I.Принцип работы: фундаментальное различие между постепенным ускорением и внезапным толчком

Чтобы понять разницу между ними, нужно начать с самого простого принципа работы. Это как вождение автомобиля: «плавный старт» — это плавное нажатие на педаль газа, а «резкий старт» — это полное нажатие на педаль газа.

1.Жесткий старт: простой и жестокий «внезапный толчок»

Жесткий пуск, также известный как прямой пуск, является наиболее традиционным и простым способом пуска. В типичном взрывозащищенном двигателе в момент жесткого пуска номинальное напряжение электросети (например, 380 В) напрямую и в полном объеме подается на обмотки статора двигателя через выключатель. В этот момент ротор двигателя неподвижен, что эквивалентно короткому замыканию вторичной обмотки трансформатора, что приводит к мгновенному возникновению огромного тока, известного как «пусковой бросок тока» или «ток заторможенного ротора». Этот ток обычно в 5–8 раз превышает номинальный ток двигателя, а иногда и превышает его.

Хотя этот метод пуска отличается простотой схемы и низкой стоимостью, его недостатки очевидны. Мощный бросок тока создаёт мощное электромагнитное поле, которое приводит к сильной механической вибрации и ударам. Для взрывозащищённых двигателей, конструкция которых и так более сложна, этот резкий «толчок» не только приводит к механическому повреждению подшипников и концов вала двигателя, но и создаёт нагрузку на питающую его электросеть, вызывая кратковременное падение напряжения, которое может повлиять на нормальную работу другого чувствительного оборудования в той же сети. В экстремальных случаях кратковременный скачок температуры может даже нарушить целостность взрывозащищённого корпуса двигателя.

2.Плавный старт: плавное и постепенное ускорение.

Плавный пуск — это совершенно иная современная стратегия управления. Она меняет весь процесс пуска, добавляя «умный контроллер» — преобразователь частоты или устройство плавного пуска — между взрывозащищенным двигателем и источником питания. Её основной принцип заключается в использовании электронных компонентов для точного управления электромагнитными эффектами двигателя.

В частности, этот «умный менеджер» не подаёт полное напряжение на взрывозащищённый двигатель в начале работы. Вместо этого он изменяет частоту и амплитуду переменного напряжения, подаваемого на двигатель, начиная с более низкого начального значения и плавно и постепенно увеличивая напряжение и частоту в соответствии с заданным наклоном (например, пуск с линейным нарастанием напряжения) или режимом (например, пуск с ограничением тока). Это позволяет взрывозащищённому двигателю медленно разгоняться из состояния покоя с плавным ростом крутящего момента и, наконец, достигать номинальных скорости и напряжения без каких-либо скачков напряжения.

Этот процесс позволяет увеличить время запуска с нескольких секунд при резком пуске до десятков секунд или даже минут. Именно этот метод «постепенного ускорения» принципиально исключает рывки и удары током при запуске. Поэтому в современных, высококритичных к безопасности применениях оснащение критически важных взрывозащищенных двигателей системами плавного пуска стало важной мерой обеспечения стабильности и безопасности всего технологического процесса.

II.Сравнение характеристик: безопасность запуска, защита оборудования и эффективность работы взрывозащищенных двигателей

С точки зрения безопасности пуска, режим плавного пуска взрывозащищенных двигателей обладает значительными преимуществами. Поскольку плавный пуск регулирует пусковой ток взрывозащищенного двигателя ниже номинального, он позволяет избежать значительного влияния на электросеть, предотвращая сбои в работе другого оборудования, вызванные скачками напряжения. Это особенно важно в промышленных условиях, где одновременно работают несколько взрывозащищенных двигателей. Кроме того, при плавном пуске значительно снижаются вибрация и ударная нагрузка на взрывозащищенный двигатель, что снижает риск возникновения искр, вызванных вибрацией, и тем самым отвечает требованиям безопасности для взрывозащищенных двигателей во взрывоопасных и пожароопасных средах. В отличие от этого, жесткий пуск взрывозащищенных двигателей создает большой пусковой ток, который не только легко вызывает колебания напряжения в электросети, но и может привести к образованию электрической дуги из-за резких перепадов тока, что представляет угрозу безопасности производства во взрывоопасных средах. Это является основным ограничением жесткого пуска при применении взрывозащищенных двигателей.

С точки зрения защиты оборудования, устройства плавного пуска обеспечивают более комплексную защиту взрывозащищенных двигателей. Увеличивая время пуска и контролируя скорость нарастания напряжения и тока, устройства плавного пуска снижают инерцию нагрузки и удары при пуске двигателя, эффективно смягчая воздействие электрических нагрузок на такие компоненты, как статор, ротор и подшипники, тем самым значительно продлевая срок службы двигателя. Более того, функция мониторинга в реальном времени контроллера устройства плавного пуска позволяет оперативно обнаруживать и реагировать на нештатные состояния, такие как перегрузка и перегрев, что дополнительно повышает стабильность работы двигателя. В отличие от этого, пиковый ток и сильная вибрация при жестком пуске ускоряют износ и старение компонентов, сокращая срок службы двигателя. Более того, отсутствие эффективных механизмов защиты в реальном времени делает его подверженным серьезным неисправностям, таким как перегорание двигателя в случае перегрузки или других проблем.

С точки зрения эксплуатационной эффективности взрывозащищенные двигатели, работающие в режиме плавного пуска, демонстрируют значительно более высокие показатели. Плавный пуск обеспечивает не только плавный запуск взрывозащищенного двигателя, но и регулировку напряжения и частоты в зависимости от изменения нагрузки во время работы, обеспечивая постоянную работу двигателя в оптимальном режиме и повышая энергоэффективность. Кроме того, плавный пуск и работа снижают вероятность простоя оборудования из-за неисправностей, повышая автоматизацию производства и косвенно снижая производственные и эксплуатационные расходы. В отличие от этого, взрывозащищенные двигатели с жестким пуском могут работать только на номинальной частоте вращения после запуска, не имея возможности гибко подстраиваться под нагрузку, что приводит к значительным потерям энергии, а частые простои из-за неисправностей также снижают эффективность производства.

Следует отметить, что независимо от того, используется ли во взрывозащищённом двигателе механизм плавного или жёсткого пуска, его взрывобезопасность зависит от его взрывозащищённой конструкции. Способ пуска влияет только на безопасность и стабильность работы двигателя и не влияет на его основные взрывобезопасные характеристики. Однако выбор правильного способа пуска позволяет более эффективно использовать взрывобезопасные характеристики двигателя.

III. Выбор и применение: почему устройство плавного пуска лучше подходит для современных взрывозащищенных двигателей

При выборе и конфигурации двигателей необходимо делать выбор, исходя из реальных условий эксплуатации. Хотя системы плавного пуска требуют более высоких первоначальных инвестиций из-за необходимости использования дополнительного оборудования, такого как преобразователи частоты, их комплексные преимущества в долгосрочной перспективе делают их предпочтительным выбором для многих взрывозащищенных двигателей.

В приложениях, требующих запуска больших инерционных нагрузок (например, больших вентиляторов и водяных насосов), резкий пуск может привести к серьёзным повреждениям оборудования. Плавный пуск с плавным крутящим моментом позволяет легко и плавно разогнать нагрузку до рабочей скорости, идеально решая проблему пуска. Особенно в перерабатывающей промышленности с крайне строгими требованиями к безопасности, минимизация потенциальных источников возгорания и точек механического отказа является важнейшим принципом. Поэтому оснащение взрывозащищённых двигателей системами плавного пуска постепенно превратилось из «технического усовершенствования» в «стандартную функцию безопасности».

Конечно, плавный пуск необходим не во всех случаях. Для некоторых взрывозащищённых двигателей с крайне низкой мощностью, редкими пусками и нечувствительностью к пусковым толчкам, плавный пуск всё ещё находит применение благодаря своим преимуществам – простоте конструкции и низкой стоимости. Однако для подавляющего большинства взрывозащищённых двигателей средней и высокой мощности, приводящих в действие важное оборудование и часто запускаемых, плавный пуск имеет неоспоримые преимущества в снижении толчков, защите оборудования, стабилизации электросети и повышении уровня автоматизации.

Подводя итог, можно сказать, что «плавный» и «жёсткий» пуск взрывозащищённых двигателей существенно различаются по принципам пуска, производительности и условиям применения. Плавный пуск, благодаря своим преимуществам в виде стабильности, безопасности и эффективности, стал основным методом пуска взрывозащищённых двигателей в промышленном производстве, особенно подходящим для работы в опасных средах и на крупногабаритном оборудовании. С другой стороны, жёсткий пуск, благодаря своей простоте конструкции и низкой стоимости, всё ещё находит применение в простых условиях эксплуатации. С развитием промышленной автоматизации и растущими требованиями к безопасности и охране окружающей среды применение технологии плавного пуска во взрывозащищённых двигателях будет получать всё большее распространение. Рациональный выбор метода пуска окажет предприятиям важную поддержку в обеспечении безопасного производства, снижении затрат и повышении эффективности.