Układy łagodnego rozruchu softstart

© Pixabay

Udostępnij:

Napędy urządzeń elektrycznych dużej mocy wykazują podczas rozruchu duże zapotrzebowanie w zakresie natężenia prądu, co powoduje początkowy spadek napięcia. Przy rozruchu bezpośrednim udarowi prądu towarzyszy udar momentu dynamicznego, który wywołuje niekorzystne stany mechaniczne i może prowadzić do uszkodzenia maszyn. Przy zastosowaniu dodatkowych elementów układu napędowego możliwy jest pośredni rozruch urządzeń elektrycznych, który znacznie poprawia parametry rozruchowe.

Strategie rozruchu pośredniego są różne – w zależności od budowy i przeznaczenia urządzeń elektrycznych. W silnikach pierścieniowych dodaje się rezystancję w obwód wirnika. W silnikach klatkowych (asynchronicznych), które mają zwarty obwód wirnika, zmienia się z kolei parametry napięcia zasilania obwodu stojana za pomocą rozruszników. Wśród tych ostatnich wyróżnia się rozruszniki typu gwiazda-trójkąt, układy stojanowe, utotransformatorowe oraz rozruszniki półprzewodnikowe, do których należą tranzystorowe przemienniki częstotliwości (tzw. falowniki) oraz tyrystorowe układy łagodnego rozruchu typu softstart. Zastosowanie ostatniego z podanych typów pozwala ograniczyć zarówno udar prądu, jak i udar momentu dynamicznego urządzeń elektrycznych. Odbywa się to przez stopniowe zmniejszenie skutecznej wartości napięcia w trakcie rozruchu napędów.



Nazwa „softstart” pochodzi z języka angielskiego i oznacza „łagodny rozruch”. Zgodnie z normą PN-EN 60947-4-2:2012 są to specjalne układy półprzewodnikowe do silników prądu przemiennego, w których rozruch ograniczony jest do równomiernego wzrostu napięcia i/lub prądu. Dzięki temu przyspieszenie podlega regulacji, a sterowanie jest ograniczone do stanu całkowitego przewodzenia. Wyróżnia się trzy rodzaje softstartów: ograniczniki momentu (sterowanie wartością skuteczną napięcia w jednej fazie), zamknięte pętle napięcia (sterowanie napięciem w dwóch fazach) oraz otwarte pętle napięcia (sterowanie napięciem w trzech fazach).

 

Ogólna zasada działania softstartów

Rozruch urządzeń elektrycznych przy użyciu układów typu softstart jest realizowany przez stopniowe zwiększanie napięcia na zaciskach silników maszyn. Początkowo napięcie silników jest tak niskie, że jest w stanie tylko korygować luz między kołami zębatymi lub naprężać pasy napędowe, aby zapobiec gwałtownym szarpnięciom podczas rozruchu. Stopniowo jednak napięcie i moment obrotowy wzrastają, a urządzenia zaczynają się rozpędzać. Stosując rozrusznik typu softstart można dokładnie przystosować moment obrotowy do indywidualnych potrzeb – zarówno pod obciążeniem, jak i bez obciążenia.

Ponieważ natężenie prądu silników jest proporcjonalne do przyłożonego napięcia (zgodnie z prawem Ohma), a moment – do kwadratu napięcia, przez zmianę wartości skutecznej napięcia za pomocą urządzenia do łagodnego rozruchu można wpływać na wartość momentu dynamicznego oraz wartości prądu rozruchowego.

Zastosowanie softstartów pozwala na obniżenie prądu rozruchowego, przez co zapobiega się spadkom napięcia w sieci, obniża się moment rozruchowy oraz zmniejsza naprężenie mechaniczne urządzeń przy zachowaniu stałej wartości częstotliwości zasilania. Napięciem wyjściowym można sterować przez regulację czasu narastania napięcia lub/oraz zmniejszenie wymaganego natężenia prądu. Stąd też stosowanie urządzeń do łagodnego rozruchu zapobiega udarom prądu oraz momentu dynamicznego.

Najprostsze softstarty są zbudowane z tyrystorów (czterowarstwowych półprzewodników wyposażonych w trz elektrody, z których dwie są przyłączone do warstw skrajnych, a trzecia do jednej z warstw środkowych), bezpieczników, układów rezystor-kondensator (zabezpieczenia tyrystorów), płytki z drukowanym obwodem (osadzenia tyrystorów), transformatora prądu oraz obudowy.

Tyrystory, czyli główne elementy budowy rozruszników typu softstart, wykazują działanie izolujące, ale odpowiednio złączone pod wpływem sygnału startowego przewodzą prąd. Podczas łagodnego rozruchu tyrystory przepuszczają stopniowo coraz więcej napięcia, aż do osiągnięcia maksimum przewodności, a tym samym zakończenia fazy rozruchu napędów urządzeń elektrycznych.

 



Podstawowe zastosowania i ograniczenia

Rozruszniki typu softstart znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie udary mechaniczne i prądowe są zjawiskiem niepożądanym oraz istnieje potrzeba kontroli i zmieniania w szerokim zakresie parametrów procesowych (tj. czasu rozruchu, wartości początkowej momentu rozruchowego, kolejności faz i ochrony silników przed przegrzaniem). Softstarty stosuje się także tam, gdzie wymagane są dodatkowe funkcje, np. softstop, hamowanie urządzeń elektrycznych czy obniżona prędkość napędów. Podstawowym zastosowaniem softstartów jest płynne uruchamianie elektrycznych silników asynchronicznych – najpopularniejszego typu silników elektrycznych stosowanych w aplikacjach przemysłowych. Takie silniki (zwane inaczej klatkowymi lub indukcyjnymi) mają nieruchomy stojan i ruchomy wirnik, który obraca się z poślizgiem w stosunku do wirującego pola magnetycznego wytworzonego przez zwojenie stojana.

Rozruszniki typu softstart mogą zostać podłączone także do innych typów silników elektrycznych (np. napędów wirnikowych czy z przełączalną liczbą biegunów), jednak wyłącznie za zgodą ich producentów. Softstarty można bezpiecznie stosować w sieciach zasilających z izolowanym punktem gwiazdy, z uziemionym i nieuziemionym punktem zerowym oraz z uziemionym przewodem zewnętrznym. Powinny one przy tym być odpowiednio dobrane i podłączone do sieci oraz odbiorników (urządzeń elektrycznych) przez wykwalifikowanych specjalistów. Wadami softstartów są niska krotność momentu rozruchowego (liczba rozruchów na godzinę), długi czas rozruchu oraz wysoki koszt rozruszników (najdroższe są softstarty z możliwością kontroli wartości prądu rozruchowego). Kable silników do przyłączania nie powinny przekraczać 100 m, ponieważ indukcyjność i pojemność dłuższego okablowania może powodować nieprawidłowe działanie softstartów. Na zaciskach wyjściowych rozruszników typu softstart nie wolno załączać odbiorników o poborze mocy pojemnościowej. Nie można też łączyć kilku rozruszników łagodnego startu razem.

 

Najnowsze rozwiązania w zakresie budowy i funkcjonalności

Nowoczesne softstarty mają kolorowy interfejs i szereg klawiszy funkcyjnych, które służą do pełnej regulacji trójfazowej oraz ustawiania i monitorowania parametrów rozruchowych urządzeń elektrycznych. Współpracują z silnikami o mocy nawet ponad 200 kW. Są odporne na wilgoć, korozję i pyły fabryczne dzięki powleczeniu warstwą ochronną płytek z drukowanym obwodem. Komunikacja softstartów z panelami HMI (tj. zewnętrznymi systemami wizualizacji, sterowania i nadzoru procesów przemysłowych) może odbywać się przez popularne protokoły sieciowe, np. EtherNet/IP.

Najnowocześniejsze rozruszniki typu softstart są uniwersalne i wyposażone w wiele rodzajów elektronicznych zabezpieczeń napędów elektrycznych, m.in. zabezpieczenia przeciwprzeciążeniowe, niedociążeniowe, ziemnozwarciowe, przed asymetrią prądową i przeciw zablokowaniu wirnika. Wszystkie tego typu funkcje są w pełni regulowane.

Najnowsze modele są także wyposażone w funkcję czyszczenia pomp i rurociągów oraz umożliwiają płynne zatrzymanie silników pomp (softstop), dzięki czemu nie powstają gwałtowne uderzenia cieczy mogące grozić zniszczeniem urządzeń, a także w funkcję wolnych obrotów w obie strony – szczególne przydatną w urządzeniach elektrycznych takich jak dźwigi i taśmociągi.

Udostępnij:

Drukuj



Ryszard Paluch




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również