Softstartéry: správná volba.

Dříve jsme diskutovali o vlastnostech frekvenčních měničů a dnes jsou na řadě softstartéry (softstartéry, softstartéry – dosud nebyl stanoven jediný termín a v tomto článku budeme používat termín „softstartér“ – softstartér startér).

Někdy z úst prodejců slyšíte názor, že je snadné vybrat softstartér, říkají, že to není frekvenční měnič, zde stačí zorganizovat spuštění. To je špatně. Výběr softstartéru je obtížnější. Zkusme přijít na to, v čem tato obtíž spočívá.

Účel UPP

Jak název napovídá, úkolem zařízení je organizovat plynulý start střídavého asynchronního motoru. Faktem je, že při přímém startování (to znamená, když je motor připojen k síti pomocí klasického startéru), motor spotřebovává startovací proud, který je 5-7krát vyšší než jmenovitý proud a vyvíjí startovací moment, který je výrazně vyšší než hodnocený. To vše vede ke dvěma skupinám problémů:

1) Spouštění je příliš rychlé, což vede k různým problémům – hydraulické rázy, škubání v mechanismu, výběr vůlí rázů, prasknutí dopravních pásů atd.

2) Start je těžký a není možné ho dokončit. Zde musíte nejprve definovat pojem „tvrdý start“ a možnosti „usnadnění“ pomocí softstartéru. „Tvrdý start“ obvykle zahrnuje tři typy startu:

a) rozběh, „těžký“ pro napájecí síť – ze sítě je vyžadován proud, který může zajistit obtížně nebo nemůže zajistit vůbec. Charakteristické znaky: při spouštění jsou vypnuty jističe na vstupu systému, při procesu spouštění zhasnou světla a některá relé a stykače jsou vypnuty, generátor napájení se zastaví. S největší pravděpodobností zde UPP situaci skutečně zlepší. Je však třeba pamatovat na to, že v nejlepším případě lze rozběhový proud snížit na 250% jmenovitého proudu motoru, a pokud to nestačí, pak existuje jediné řešení – musíte použít frekvenční měnič.
b) Motor nemůže nastartovat mechanismus při přímém startu – vůbec se neroztočí nebo „zamrzne“ při určitých otáčkách a zůstane na nich až do aktivace ochrany. Ále, softstartér mu nepomůže – motor nemá na hřídeli dostatečný točivý moment. Možná se s tímto úkolem vyrovná frekvenční měnič, ale tento případ vyžaduje výzkum.
c) Motor s jistotou zrychluje mechanismus, ale nemá čas dosáhnout jmenovité frekvence – spustí se automatický stroj na vstupu. To se často stává u těžkých ventilátorů s poměrně vysokou rychlostí otáčení. Zde s největší pravděpodobností pomůže softstartér, ale riziko selhání zůstává. Čím blíže je mechanismus v okamžiku spuštění ochrany jmenovitým otáčkám, tím větší je pravděpodobnost úspěchu.

Organizace spouštění pomocí softstartéru

Princip činnosti softstartéru spočívá v tom, že napětí přiváděné ze sítě přes softstartér do zátěže je omezeno pomocí speciálních výkonových spínačů – triaků (nebo paralelně zapojených back-to-back tyristorů) – viz obr. 1. V důsledku toho lze upravit napětí zátěže.

Trochu teorie: spouštěcí proces je proces přeměny elektrické energie zdroje energie na kinetickou energii mechanismu pracujícího při jmenovité rychlosti. Velmi zjednodušeně lze tento proces popsat následovně: odpor motoru R při akceleraci se zvyšuje z velmi malého při zastavení motoru na poměrně velký při jmenovitých otáčkách, takže proud, který je podle Ohmova zákona roven:

I=U/R(1)

se ukáže být velmi velký a přenos energie

E = P x t = I x U x t (2)

velmi rychle. Je-li mezi sítí a motorem instalován softstartér, pak vzorec (1) funguje na jeho výstupu a vzorec (2) na jeho vstupu. Je jasné, že proud v obou vzorcích je stejný. Softstartér omezuje napětí na motoru a postupně ho zvyšuje, jak se zrychluje po nárůstu odporu, čímž omezuje spotřebu proudu. Proto podle vzorce (2) při konstantní požadované energii E a síťovém napětí U platí, že čím nižší je proud I, tím delší je doba t rozběhu. Z toho je vidět, že snížením napětí se vyřeší jak problémy spojené s příliš rychlým startováním, tak problémy spojené s příliš velkým proudem odebraným ze sítě.

Naše výpočty však nepočítaly se zátěží, jejíž zrychlení vyžaduje dodatečný krouticí moment a tím i další proud, takže proud nelze příliš snížit. Pokud je zatížení velké, nemusí být na hřídeli motoru dostatečný točivý moment ani při přímém startu, nemluvě o startování při sníženém napětí – to je výše popsaná možnost tvrdého startu „b“. Pokud se při poklesu proudu ukáže točivý moment jako dostatečný pro zrychlení, ale prodlouží se doba ve vzorci (2), pak může stroj pracovat – z jeho pohledu doba pro tok proudu výrazně překračuje hodnocení jedna, je nepřijatelně dlouhá (možnost tvrdého startu „c“).

Hlavní charakteristiky UPP. Schopnost řízení proudu. V podstatě se jedná o schopnost softstartéru regulovat napětí tak, aby se proud měnil podle dané charakteristiky. Tato funkce se obvykle nazývá spouštění jako funkce proudu. Nejjednodušší softstartéry, které tuto schopnost nemají, jednoduše regulují napětí v závislosti na čase – tzn. Napětí na motoru plynule roste z počátečního na nominální v daném čase. V mnoha případech to stačí, zejména při řešení problémů skupiny 1. Pokud je ale hlavním důvodem instalace softstartéru omezení proudu, nelze se vyhnout jeho přesné regulaci. Tato funkce je zvláště důležitá, když kvůli omezenému výkonu sítě (malý transformátor, slabý generátor, tenký kabel atd.) je překročení maximálního povoleného proudu zatíženo nehodou. Softstartéry s regulací proudu jsou navíc schopny realizovat jeho plynulý nárůst na začátku procesu spouštění, což je důležité zejména při provozu z generátorů, které jsou velmi citlivé na náhlé rázy zátěže.

Potřeba operace bypassu.

Po dokončení procesu startování a dosažení jmenovitého napětí na motoru je vhodné odpojit softstartér z napájecího obvodu. K tomu slouží přemosťovací stykač, propojující vstup a výstup softstartéru ve fázích (viz obr. 2).

Na povel ze softstartéru se tento stykač sepne a proud obtéká zařízení, což umožňuje jeho výkonové prvky zcela vychladnout. I při absenci bočníkového obvodu, kdy triaky protéká jmenovitý výkonový proud po celou dobu chodu motoru, je však jejich zahřívání oproti startovacímu režimu malé, takže řada softstartérů umožňuje provoz bez bočníku. Cenou za tuto příležitost je o něco nižší jmenovitý proud a výrazné zvýšení hmotnosti a rozměrů kvůli radiátoru nutnému k odvodu tepla z výkonových spínačů. Některé softstartéry jsou postaveny na opačném principu – mají již zabudovaný bypass stykač a nejsou určeny pro provoz bez bypassu, proto jsou z důvodu redukce chladicích radiátorů jejich rozměry minimální. To má pozitivní vliv jak na cenu, tak na výsledné schéma zapojení, ale jejich provozní doba ve spouštěcím režimu je oproti jiným zařízením kratší.

Počet nastavitelných fází.

Podle tohoto parametru se softstartéry dělí na dvoufázové a třífázové. Ve dvoufázovém, jak název napovídá, jsou klíče instalovány pouze ve dvou fázích, přičemž třetí je připojena přímo k motoru. Výhody: snížené vytápění, zmenšená velikost a cena.

Nevýhody – nelineární a fázově nevyvážený odběr proudu, který, i když je částečně kompenzován speciálními řídicími algoritmy, stále negativně ovlivňuje síť a motor. Při občasném spouštění však lze tyto nedostatky zanedbat.

Digitální ovládání. Řídicí systém softstartéru může být digitální nebo analogový. Digitální softstartéry jsou většinou implementovány na mikroprocesoru a umožňují velmi flexibilně řídit proces provozu zařízení a implementovat mnoho doplňkových funkcí a ochran, stejně jako poskytují pohodlnou indikaci a komunikaci s nadřazenými řídicími systémy. Ovládání analogových softstartérů využívá obslužné prvky, takže jejich funkčnost je omezená, nastavování se provádí potenciometry a spínači a komunikace s externími řídicími systémy se obvykle provádí pomocí přídavných zařízení.

Ochrana. Kromě své hlavní funkce – organizace měkkého startu – softstartéry obsahují komplex mechanismů a ochran motoru. Tento komplex zpravidla zahrnuje elektronickou ochranu proti přetížení a poruchám napájecího obvodu. Doplňková sada může obsahovat ochranu proti překročení doby náběhu, proti fázové nesymetrii, změnám sledu fází, příliš malému proudu (ochrana proti kavitaci v čerpadlech), proti přehřátí radiátorů UPP, proti poklesu frekvence sítě atd. . Mnoho modelů lze připojit k termistoru nebo tepelnému relé zabudovanému v motoru. Je však třeba mít na paměti, že softstartér nemůže chránit sebe ani síť před zkratem v zátěžovém obvodu. Síť bude samozřejmě chráněna vstupním jističem, ale softstartér v případě zkratu nevyhnutelně selže. Jedinou útěchou je, že zkrat, pokud je správně nainstalován, nenastane okamžitě a v procesu snižování zátěžového odporu se softstartér určitě vypne, ale neměli byste jej znovu zapínat, aniž byste zjistili důvod vypnutí.

Snížená rychlost. Některé softstartéry jsou schopny realizovat tzv. pseudofrekvenční řízení – přepínání motoru na snížené otáčky. Těchto snížených rychlostí může být několik, ale vždy jsou přesně definovány a uživatel je nemůže opravit.

Práce v těchto rychlostech je navíc značně časově omezena. Tyto režimy se zpravidla používají při ladění nebo když je nutné přesně nainstalovat mechanismus do požadované polohy před zahájením práce nebo na jejím konci.

Brzdění. Poměrně málo modelů je schopno dodávat stejnosměrný proud do vinutí motoru, což vede k intenzivnímu brzdění pohonu. Tato funkce je obvykle potřebná v systémech s aktivním zatížením – výtahy, šikmé dopravníky atd. systémy, které se mohou samy pohybovat bez brzdy. Někdy je tato funkce potřebná k předběžnému spuštění ventilátoru, který se otáčí opačným směrem v důsledku průvanu nebo působení jiného ventilátoru.

Nastartovat. Používá se v mechanismech s vysokým rozběhovým momentem. Funkce spočívá v tom, že na samém začátku spouštění je na motor krátce (zlomky sekundy) přivedeno plné síťové napětí a mechanismus je narušen, načež dochází k dalšímu zrychlení v normálním režimu.

Úspora energie v zatížení čerpadla a ventilátoru. Vzhledem k tomu, že softstartér je regulátor napětí, při nízkém zatížení můžete snížit napájecí napětí, aniž byste ovlivnili činnost mechanismu.

To šetří energii, ale neměli bychom zapomínat, že tyristory v režimu omezení napětí jsou pro síť nelineární zátěží se všemi z toho vyplývajícími důsledky.

Existují i ​​další funkce, které výrobci zahrnují do svých produktů, ale jeden článek na jejich výčet nestačí.

Způsob výběru

Nyní se vraťme tam, kde jsme začali – k volbě konkrétního zařízení.

I zde platí řada rad uvedených pro výběr frekvenčního měniče: nejprve vyberte řady splňující technické požadavky na funkčnost, poté z nich vyberte ty, které pokrývají výkonový rozsah pro konkrétní projekt, a ze zbývajících vyberte požadovanou řadu podle dalších kritérií – výrobce, dodavatel, servis, cena, rozměry atd.

Pokud potřebujete vybrat softstartér pro čerpadlo nebo ventilátor, který se spouští maximálně dvakrát nebo třikrát za hodinu, pak si můžete jednoduše vybrat model, jehož jmenovitý proud je stejný nebo větší než jmenovitý proud spouštěného motoru. Tento případ pokrývá asi 80 % aplikací a nevyžaduje konzultaci s odborníkem. Pokud frekvence startů za hodinu přesáhne 10, pak je nutné počítat jak s nutným proudovým omezením, tak s požadovaným zpožděním startu v čase. V tomto případě je velmi žádoucí pomoc dodavatele, který má zpravidla program pro výběr požadovaného modelu nebo alespoň výpočetní algoritmus. Údaje potřebné pro výpočet: jmenovitý proud motoru, počet startů za hodinu, požadovaná doba rozběhu, požadované omezení proudu, požadovaná doba zastavení, okolní teplota, navrhovaný bypass.

Pokud motor startuje více než 30krát za hodinu, pak stojí za zvážení použití frekvenčního měniče jako alternativy, protože ani výběr výkonnějšího modelu softstartéru nemusí problém vyřešit. A jeho cena bude srovnatelná s cenou převodníku s výrazně menší funkčností a vážným dopadem na kvalitu sítě.

Připojení

Kromě zřejmého připojení zařízení k síti a motoru je nutné určit bypass.

Navzdory skutečnosti, že přemosťovací stykač bude spínat jmenovitý a nikoli rozběhový proud motoru, je stále vhodné použít model určený pro přímé spouštění – alespoň pro implementaci nouzových provozních režimů. Při zapojování byste měli věnovat zvláštní pozornost fázování – pokud omylem propojíte například fázi A na vstupu softstartéru s jinou fází na výstupu, pak při prvním zapnutí bypassového stykače dojde ke zkratu dojde a zařízení se poškodí.

Některé softstartéry umožňují tzv. šestivodičové zapojení, jehož schéma je na Obr. 3. Toto zapojení vyžaduje více kabelů, ale umožňuje použití softstartéru s motorem, jehož výkon je mnohem větší než výkon samotného softstartéru.

Při instalaci softstartéru byste měli mít na paměti ještě jednu jeho vlastnost, která často vede k nedorozuměním (viz pevný start „c“). Při výpočtu vstupního jističe pro motor připojený přímo do sítě se bere v úvahu jmenovitý proud motoru, který teče dlouhou dobu, a rozběhový proud, který teče jen několik sekund. Při použití softstartéru je startovací proud výrazně menší, ale teče mnohem déle – až minutu i více. Stroj to „nerozumí“ a domnívá se, že spuštění je již dávno dokončeno a protékající proud, který je několikrát vyšší než jmenovitý proud, je důsledkem nouzové situace a vypíná systém. Abyste tomu zabránili, měli byste buď nainstalovat speciální stroj s možností nastavení dodatečného režimu pro proces měkkého startu, nebo zvolit stroj se jmenovitým proudem odpovídajícím startovacímu proudu při použití softstartéru. Ve druhém případě tento stroj nebude schopen chránit motor před přetížením, ale tuto funkci vykonává samotný softstartér, takže ochrana motoru nebude ovlivněna.

Pojďme si to shrnout. Pokud mechanismus, jehož spouštění je třeba usnadnit, zapadá do všech omezení uvedených v tomto článku a vyhovují vám možnosti nabízené dostupnými modely softstartérů, pak je vaší volbou softstartér. Úspora nákladů oproti použití frekvenčního měniče (výměna napájecího transformátoru, zvýšení výkonu generátoru, výměna kabelu za silnější – vyberte si pouzdro) bude znatelná. Pokud softstartér z nějakého důvodu nevyhovuje, věnujte pozornost ještě jednou frekvenčním měničům, které jsou sice dražší, ale mnohem funkčnější.

Ruslan Khusainov, Ph.D., technický ředitel ZAO Santerno (Moskva)

Startování motoru je nejen zahájením pracovního procesu závodu nebo továrny, ale také energeticky nejnáročnějším okamžikem s maximálním zatížením pro samotnou jednotku. Pro kontrolu přetížení a snížení zapínacího proudu při startu, čímž se zabrání předčasnému selhání elektromotoru a prodlouží jeho životnost, je jednotka vybavena speciálním zařízením zodpovědným za hladký start (toto zařízení se také nazývá „softstartér“). . Správný výběr takového zařízení přispívá ke spolehlivému a dlouhodobému nepřerušovanému provozu elektromotoru.

Hlavními kritérii při výběru softstartéru jsou takové technické ukazatele akčního členu, jako je hodnota maximálního proudu při nejvyšší zátěži, počet startů motoru za určitou dobu a také hodnota napájecího napětí.

Jak se zařízení používají

Než přejdeme k algoritmu pro výběr samotného softstartéru, zvažte jejich rozsah použití. Na základě tohoto ukazatele, provozního režimu, jsou softstartéry rozděleny do 3 kategorií.
Světelný režim, ve kterém startovací proud překročí jmenovitou hodnotu 3krát a startovací čas je omezen na 20 sekund. V tomto režimu pracují různé typy kompresorů, vrtacích a soustružnických strojů a také pohony dopravníků.

Heavy duty: Zde je startovací proud 4.5krát vyšší než jmenovitá hodnota a startovací čas je půl minuty. V tomto rytmu se pracuje na vertikálních dopravnících, rotačních drtičkách, pilách a cementových čerpadlech.
Konečně obzvláště obtížný režim, ve kterém se startovací proud liší od jmenovité hodnoty více než 6krát. V souladu s tím se také řádově prodlužuje doba spouštění. Tento provozní režim je typický pro pístová čerpadla, odstředivky, vysokotlaké ventilátory a pásové pily.

Vlastnosti výběru

Co se týče samotného SCP, jeho kompetentní výběr se provádí na základě řady kritérií. Klíčovou funkcí softstartéru pro elektromotory je řízení dodávaného proudu. Napětí se zpravidla postupně zvyšuje, dokud nedosáhne jmenovité úrovně. Někdy je však důležité zaměřit se konkrétně na omezení výkonu, to platí pro případy, kdy se používají slabé generátory a vedení a při krátkodobém překročení ukazatele kritického výkonu hrozí nebezpečí nehody. Relevantní je také funkce bypass – odpojení spouštěcí jednotky od silového obvodu pomocí stykače po ukončení startu, aby byl provozní proud přiveden přímo do zátěže.

Podle fází řízení se měkké starty dělí na dvoufázové (pro lehký provoz) a třífázové (vhodné pro použití s ​​častými starty).
Dalším důležitým kritériem je způsob ovládání softstartéru. Existují 2 typy: digitální a analogové ovládání. Digitální softstartéry se vyznačují flexibilnějším typem ovládání a také přítomností velkého počtu dalších ochranných funkcí.

Při výběru softstartéru je také nutné vzít v úvahu teplotu, vlhkost a další parametry pracovního prostředí v konkrétním podniku.

Dodavatelé softstartérů zpravidla nabízejí program pro výběr zařízení s již existujícími výpočty založenými na výše uvedeném algoritmu, který nejen usnadňuje výběr softstartérů, ale také pomáhá učinit nejracionálnější rozhodnutí.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _