Softstarty – układy łagodnego rozruchu silników o mocy do 250 kW
Transkrypt
Softstarty – układy łagodnego rozruchu silników o mocy do 250 kW
Softstarty – układy łagodnego rozruchu silników o mocy do 250 kW Grzegorz Wilk Silniki elektryczne prądu przemiennego są obecnie największą grupą odbiorników energii na świecie. Większość napędów przemysłowych wymaga stosowania indukcyjnych silników prądu przemiennego. Największym problemem, jaki pojawia się w przypadku zastosowania tych silników, jest ich rozruch. Rozruch bezpośredni czy rozruch gwiazda – trójkąt są już rozwiązaniami niewystarczającymi. Przy takich rozruchach występuje wiele niekorzystnych i generujących koszty zjawisk, takich jak udary mechaniczne, udary napięcia w sieci zasilającej i wiele innych. Aby wyeliminować te niekorzystne zjawiska, wprowadzono do użytku układy łagodnego rozruchu. Zmiany parametrów ruchu przy użyciu tych urządzeń odbywają się bez gwałtownych zrywów, a także z bezskokową regulacją napięcia zasilającego silnik. E lementy mechaniczne będą przyspieszane szczególnie łagodnie i delikatnie, co pozytywnie wpływa na ich charakterystykę roboczą i wydłuża ich żywotność. Uniknięcie gwałtownych zmian ciśnienia w pompach, łagodne uruchomienie przenośnika taśmowego czy zmniejszenie prądu rozruchowego piły – do takich i innych zastosowań Siemens oferuje układy do łagodnego rozruchu silnika. Układy softstart umożliwiają łagodny rozruch: zz pomp; zz kompresorów; zz wentylatorów; zz dmuchaw; zz transporterów; zz pił itd. Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom użytkowników oraz dążąc do standaryzacji i unifikacji aparatury, Siemens stworzył system modułowy Sirius, w skład którego wchodzą układy łagodnego rozruchu. Poszczególne elementy systemu charakteryzują się konstrukcją oszczędzającą miejsce oraz dużą elastycznością. Każdy element, np. wyłącznik silnikowy, stycznik, softstart o tej samej wielkości, można łączyć ze sobą w dowolny, prosty sposób. Ponadto projektowanie, budowa, okablowanie i konserwacja są nadzwyczaj proste w realizacji, co pozwala zaoszczędzić mnóstwo czasu. W skład rodziny Sirius wchodzą 12 l Nr 9 l Wrzesień 2014 r. układy łagodnego rozruchu – softstart do napędów standardowych o mocy do 250 kW, w 6 wielkościach obudowy. Układ łagodnego rozruchu z rodziny Sirius do zastosowań standardowych został zaprojektowany z myślą o użytkowniku – sposób podłączenia i ustawienia parametrów pracy jest bardzo prosty. Softy z tej rodziny są bardzo małych gabarytów – wielkości styczników – i każdy z nich ma już wbudowany stycznik obejściowy – bypass. Styki bocznikujące wbudowane w urządzenia Sirius powodują, że nie trzeba brać pod uwagę strat mocy na półprzewodnikach po zakończeniu rozruchu silnika. Straty cieplne w przypadku softstartu o mocy 250 kW wynoszą zaledwie 165 W. Podczas fazy obejściowej bypass styki te są chronione przez wbudowany elektroniczny system gasze- nia łuku. Zabezpiecza to przed uszkodzeniami styków bocznikujących w przypadku wystąpienia zakłócenia. Układy łagodnego rozruchu Sirius zajmują tylko jedną trzecią miejsca potrzebnego dla kombinacji gwiazda – trójkąt o tej samej mocy. Ale oszczędność dotyczy nie tylko przestrzeni w szafie, lecz także okablowania znajdującego się w szafie i biegnącego do silnika. Ma to znaczenie zwłaszcza przy dużych mocach. Softstart zajmuje o 80% mniej miejsca w szafie niż układ gwiazda – trójkąt. Jednocześnie zmniejsza się z sześciu do trzech liczba przewodów między silnikiem a softstartem. Łącząc wyłącznik silnikowy z softstartem, spełniamy koordynację typu 1. W celu ochrony przed skutkami zwarć i spełnienia koordynacji typu 2 należy opcjonalnie dodatkowo zabezpieczyć Nr 9 l Wrzesień 2014 r. l 13 tyrystory półprzewodnikowymi, szybkimi wkładkami bezpiecznikowymi SITOR. Należy też wiedzieć, że softstarty nie nadają się do rozruchu silników pierścieniowych, nawet w przypadku zwarcia (mostkowania) pierścieni. 3RW30 do mocy 55 kW Nowa rodzina softstartów 3RW30 charakteryzuje się prostą budową, małymi gabarytami i łatwością uruchomienia. Softstarty te są najprostszymi układami łagodnego rozruchu silnika, służą do rozruchów lekkich i normalnych, ponieważ są wykonane w klasie 10 (CLASS 10). Nie mają one wewnętrznego zabezpieczenia przed uszkodzeniem (można je zabezpieczyć zewnętrznie). Jedynymi zabezpieczeniami przed uszkodzeniem softstartu są rozsądek i wiedza użytkownika. Wyróżniamy 4 wielkości kompaktowe: zz S00 – o szerokości 45 mm – do mocy 7,5 kW; zz S0 – o szerokości 45 mm – do mocy 18,5 kW; zz S2 – o szerokości 55 mm – do mocy 37 kW; zz S3 – o szerokości 70 mm – do mocy 55 kW. 14 l Nr 9 l Wrzesień 2014 r. Uruchomienie i zmiana nastaw są bardzo proste. Czas rozruchu, napięcie początkowe, startowe nastawia się wygodnie przy pomocy dwóch potencjometrów według indywidualnych potrzeb. Napięcie na zaciskach silnika jest w określonym czasie płynnie zwiększane od zadanego napięcia początkowego do napięcia sieci. Napięcie początkowe wyznacza moment początkowy silnika i musi być na tyle wysokie, aby zapewnić silnikowi płynny rozruch natychmiast po podaniu komendy start. Długość nastawionego czasu rampy określa czas wzrostu napięcia na zaciskach silnika od nastawionego napięcia początkowego do poziomu napięcia sieci. Softstarty 3RW30 można sterować bezpośrednio z wyjścia sterownika PLC, nie potrzeba przekaźnika pośredniczącego. Stan pracy jest sygnalizowany przez wyjście przekaźnikowe. Wielkości 3RW30 są zaprojektowane w taki sposób, że wykorzystując tylko jeden moduł łączący, można budować układy zasilania silnika o niewielkich rozmiarach, np. z wyłącznikami Sirius 3RV. Dzięki takim rozwiązaniom możliwy jest ich montaż w szafie jeden obok drugiego, bez odstępów, na jednej szynie TS 35. 3RW40 do mocy 250 kW Układy łagodnego rozruchu 3RW40 wykorzystują nowego rodzaju sterowanie, zwane równoważeniem biegunowości, w celu wyeliminowania składowej stałej w softstartach sterowanych dwufazowo. Przy dwufazowym sterowaniu w fazie niesterowalnej płynie prąd równoważący przepływ prądu w fazach sterowanych. Do tego dochodzi fizycznie uwarunkowany asymetryczny przepływ trzech prądów fazowych w czasie rozruchu. Oprócz asymetrii spowodowanej sterowaniem elementów półprzewodnikowych w obu sterowanych fazach, również składowa stała prądu może prowadzić do zwiększenia głośności pracy silnika przy napięciach rozruchowych mniejszych niż 50%. Równoważenie biegunowości skutecznie eliminuje składową stałą prądu podczas rozruchu. Powoduje ono równomierny rozruch silnika pod względem obrotów, momentu rozruchowego i narastania prądu, a parametry akustyczne w fazie rozruchowej są podobne do tych przy rozruchu ze sterowaniem trójfazowym. Jest to możliwe dzięki ciągłemu, dynamicznemu wyrównywaniu połówkowych przebiegów prądów o różnej biegunowości podczas rozruchu silnika. W rodzinie tej występuje tylko pięć wielkości gabarytowych: zz S0 – o szerokości 45 mm – do mocy 18,5 kW; zz S2 – o szerokości 55 mm – do mocy 37 kW; zz S3 – o szerokości 70 mm – do mocy 55 kW; zz S6 – o szerokości 120 mm – do mocy 90 kW; zz S12 – o szerokości 160 mm – do mocy 250 kW. Softstarty z rodziny 3RW40 są układami łagodnego rozruchu silnika, które służą do rozruchów normalnych i średnio ciężkich, ponieważ są wykonane w klasie 10 (CLASS 10), ale umożliwiają wybór klas 15 i 20 (CLASS 15 i CLASS 20). W przypadku wyboru wyższej klasy rozruchu należy odpowiednio zmienić gabaryty softstartu zgodnie z tabelą podaną przez producenta, a wyznacznikiem prawidłowego doboru jest prąd. Prąd softstartu musi być zawsze większy niż prąd znamionowy silnika. Softy mają wewnętrzne zabezpieczenia przed uszkodzeniem, a także wbudowany termik elektroniczny do ochrony silnika. Posiadają również wiele funkcji zabezpieczających, informujących, jak i ułatwiających rozruch silnika. Napięcie początkowe, stawi symulacje rozruchu tego softstartu przy zadanych parametrach rozruchowych. Darmowa wersja programu jest dostępna na stronie: http://www.automatyka.siemens.pl/ solutionandproducts_ia/7888.htm. czasy narastania i opadania rampy napięciowej, jak również ograniczenie prądu rozruchu nastawia się bardzo wygodnie przy pomocy bezskokowych potencjometrów obrotowych. Dzięki nastawianemu ograniczeniu prądowemu w zakresie 1,3–5 Ie skutecznie eliminuje się prądy udarowe przy załączeniu, a równocześnie odciąża się sieć zasilającą. Dzięki wbudowanemu zabezpieczeniu przeciążeniowemu silnika zgodnie z IEC 60 947-4-2 można zrezygnować z przekaźnika przeciążeniowego. Za pomocą potencjometru można nastawić czas wyzwalania wyzwalacza przeciążeniowego (klasa wyzwalania).Wewnętrzne własne zabezpieczenie urządzenia chroni przed przeciążeniami termicznymi tyrystorów i wynikającymi z tego uszkodzeniami części mocowej. Softstart Sirius 3RW40 oferuje stały pomiar prądu silnika, który odbywa się poprzez zintegrowane przekładniki prądowe. Prąd płynący w trakcie rozruchu może być aktywnie ograniczany przez softstart. Funkcja ograniczenia prądu jest cały czas aktywna. Softstarty należy zabezpieczać zgodnie z wytycznymi podanymi w katalogu danego rodzaju softstartu. Jedynym i pełnym zabezpieczeniem tyrystorów jest spełnienie koordynacji typu 2. Żadne inne zabezpieczenie (nawet superszybkie układy elektroniczne) nie zabezpiecza całkowicie tyrystorów przed uszkodzeniem. Żadne inne zabezpieczenie nie chroni w pełni softstartów przed uszkodzeniem. Program do doboru softstartów Oprogramowanie Win-softstarter w polskiej wersji językowej służy do prawidłowego i optymalnego doboru softstartu. Po wprowadzeniu danych dotyczących silnika, obciążenia urządzenia, ilości rozruchów i wielu innych kwestii program sam dobierze właściwy softstart, wstępne nastawy rozruchu oraz przed- Podsumowanie Proponowana oferta softstartów jest kompletna, elastyczna i ma wysokie parametry eksploatacyjne. Modułowość budowy elementów rodziny Sirius pozwala na konfigurowanie komponentów sterowania na zasadach podobnych do składania klocków. Wprowadzona przez firmę Siemens filozofia budowy systemu sterowania przynosi użytkownikowi wymierne korzyści. W porównaniu z rozrusznikami gwiazda – trójkąt kompaktowe softstarty są bardziej opłacalne. Zakup softstartu o mocy 3RW40 jest dzisiaj tańszy niż zakup trzech styczników do układu gwiazda – trójkąt, a dodatkowo ma on już zintegrowany wyzwalacz przeciążeniowy. Kolejną ważną zaletą jest temperatura pracy od –25°C do +60°C, co sprawia, że softstarty standardowe mogą zastąpić każdy stycznik i układ rozruchowy. Im większa ma być trwałość instalacji, tym większe są ekonomiczne korzyści zastosowania softstartów. Łagodny rozruch oszczędza przyłączone urządzenia, zmniejsza ich zużycie i sprawia, że produkcja przebiega bez zakłóceń. Zakup softstartów sprawi wiele przyjemności w projektowaniu, podłączeniu i parametryzacji, a także w późniejszej eksploatacji. Powyższe informacje jedynie w uproszczony sposób przedstawiają możliwości, korzyści i zalety stosowania nowoczesnych układów łagodnego rozruchu. n Grzegorz Wilk – Siemens www.siemens.pl/softstarty e-mail: [email protected] Nr 9 l Wrzesień 2014 r. l 15