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