Elektromotorové softstartéry (EMS): Typy a ceny

Hlavní nevýhody elektromotoru se projeví v okamžiku jeho rozběhu: vysoký startovací proud a značné zatížení mechanických součástí poháněného zařízení. Řešením těchto problémů je softstartér. Jak jej vybrat a jaké úkoly řeší, vám prozradíme v tomto článku.

Moderní svět je světem vysokých otáček, což znamená motory. spalovací, jaderné, pneumatické. a nakonec elektromotory – stejnosměrný i střídavý proud, synchronní i asynchronní. V průmyslu je nejrozšířenějším asynchronním střídavým motorem asynchronní střídavý motor. Objevil se na konci 19. století a začal se aktivně využívat již na počátku 20. století pro jednoduchost provedení, nenáročnost na provoz, provoz z třífázové sítě na střídavý proud, poměrně vysokou účinnost a ekologickou nezávadnost. Dnes však ve svém tradičním provedení již nevyhovuje požadavkům trhu: v důsledku extrémně vysokého rozběhového proudu asynchronního motoru vzniká v okamžiku jeho rozběhu velmi vysoké zatížení napájecí sítě, což vede k poklesu napětí v ní, a tím ke zhoršení kvality elektrické energie. V důsledku toho se zvyšuje pravděpodobnost výskytu problémů při provozu všech zařízení a spotřebičů připojených k této síti. Navíc se vlivem prudkého trhnutí při rozjezdu snižuje životnost mechanických součástí poháněného zařízení. K odstranění těchto nedostatků byly vytvořeny softstartéry (SS).

UPP: funkce a možnosti

Co je tedy UPP a jaké výhody může přinést? Chcete-li problém vyřešit, musíte nejprve zjistit jeho příčinu. V našem případě je pouze jedno: obvykle je napájecí napětí motoru dodáváno postupně od 0 V do jmenovitého napájecího napětí. Vzhledem k tomu, že statorové vinutí motoru má nízký ohmický odpor a pracovní indukční odpor motoru se ustaví až v okamžiku, kdy zařízení vstoupí do „režimu“, v době od okamžiku připojení k síti až do vstupu motoru do „režimu“, je odpor velmi nízký a proudová síla se výrazně zvyšuje. Zde získáme vysoký startovací proud, který dosahuje 6–8násobku (někdy 10–12násobku) jmenovitého odběrového proudu.

S přihlédnutím k tomu je spuštění elektromotoru možné pouze tehdy, pokud je výkon zdroje proudu dostatečný. V praxi tomu tak vždy není a často není napájecí zdroj dostatečně výkonný, aby poskytoval tak vysoký proud. V důsledku toho napětí v napájecí síti klesá, nebo, jak se říká, „klesá“. Nadměrné zvýšení proudu a poklesu napětí neprojde beze stopy a je třeba se s tím vypořádat, což má za následek dodatečné finanční náklady.

Další nevýhoda spouštění přímo ze sítě – vysoké zatížení mechanických jednotek – nastává ze stejného důvodu: přerušované napájení napájecího napětí. Vzhledem k tomu, že startovací proud je vysoký, točivý moment může dosáhnout 150-200% jmenovitého, zatímco hnané mechanismy motoru jsou v okamžiku startu v klidu a mechanické jednotky jsou vystaveny vícenásobnému zatížení. Aby se předešlo poruchám, je výrobce nebo spotřebitel nucen zahrnout dodatečnou bezpečnostní rezervu, která opět ovlivňuje cenu zařízení.

Klíčem k vyřešení problému je plynulé dodání napětí a zrychlení motoru do jmenovitých režimů. To jsou úkoly, které má softstartér (SS) řešit.

Použití UPP umožňuje:

• snížit startovací proudy;
• snížit pravděpodobnost přehřátí elektromotorů;
• zvýšit jejich životnost;
• eliminovat škubání v mechanické části elektrického pohonu v okamžiku spouštění elektromotorů, jakož i hydraulické rázy v potrubích a ventilech v okamžiku spouštění a vypínání čerpadel.

Princip činnosti softstartéru pro asynchronní elektromotor

Nejjednodušší softstartér je založen na vlastnosti polovodičových součástek – tyristorů (a ty jsou hlavním konstrukčním prvkem softstartéru) – vést proud po přivedení řídicího napětí na odpovídající vstup a „zavřít“, když hodnota proudu projde nulou. Tyristory jsou zapojeny do čítačového (triakového) obvodu pro každou fázi třífázové soustavy. Na řídicí elektrody všech tyristorů je ve správný čas přivedeno řídicí napětí, které je „otevře“, díky čemuž lze regulovat napětí na výkonových svorkách elektromotoru. Protože točivý moment elektrického motoru je funkcí druhé mocniny použitého napětí, je možné regulovat mechanické zatížení v elektrickém pohonu. Schopnost regulovat napětí také umožňuje plynulé zastavení elektromotorů pohánějících zátěže s nízkou setrvačností.

Popsaná zařízení však mají také významné nevýhody:

• zvládne pouze nízké zatížení nebo startování motoru naprázdno;
• při zvýšení doby spouštění hrozí přehřátí motoru a může dojít k přehřátí a selhání polovodičových prvků softstartéru;
• Pokles napětí má za následek pokles točivého momentu na hřídeli.

Pokročilejší zařízení se vyznačují absencí výše uvedených nevýhod a dělí se podle principu činnosti na amplitudovou a frekvenční. Ty jsou dražší a náročnější na instalaci/nastavení, ale jejich použití je opodstatněné při použití v podmínkách, kdy je pro vyřešení úkolů nutné změnit rychlost otáčení elektromotoru.

Typy UPP

Existují dva hlavní typy UPP:

• Regulátory napětí bez funkce zpětné vazby.
• Regulátory napětí s funkcí zpětné vazby.

Zvažme každý z nich podrobněji.

Regulátory napětí bez zpětné vazby . Nejběžnější typ softstartéru. Nastavení zde může být provedeno ve dvou nebo třech fázích, ale pouze podle uživatelem předem nastaveného programu, který udává čas a počáteční startovací napětí. Sníží se rozběhový proud a točivý moment, je zde možnost plynulého zastavení, ale točivý moment není regulován v závislosti na zatížení motoru.

Zpětnovazební regulátory napětí . Vylepšená verze předchozí skupiny. Sleduje se fázový posun mezi napětím a proudem ve vinutí statoru a na základě získaných dat se upravuje napětí na svorkách motoru tak, aby bylo zaručeno spuštění s nejnižší hodnotou rozběhového proudu a dostatečnou hodnotou mechanického momentu. Získaná data jsou dále využívána pro provoz ochranných systémů proti přetížení, fázové nesymetrii atp.

Pokrok nestojí v klidu
Existují softstartéry, které mají sledovací obvody, které umožňují sledování zátěže v libovolném okamžiku (tj. jsou vhodné pro pohony vyznačující se těžkými a velmi těžkými startovacími podmínkami, pro které se obvykle doporučuje používat frekvenční měniče). Tyto UPS navíc umožňují efektivní řešení pro snížení spotřeby energie.

Aplikace softstartérů

UPS lze použít všude tam, kde se používá elektromotor, ale výběr musí být proveden na základě zatížení motoru a spouštěcí frekvence.

Pokud je zatížení motoru malé a spouští se zřídka (např. u brusek, některých ventilátorů, rotačních drtičů, vývěv), jsou vhodné regulátory bez zpětné vazby nebo i regulátory rozběhového momentu.

Pokud se vysoké zatížení kombinuje s častým a setrvačným startováním (jako u pásové pily, odstředivky, separátoru, postřikovače, navijáku, vertikálního dopravníku), bylo by vhodné volit regulátory napětí se zpětnou vazbou, případně s rezervou na jmenovité hodnotě.

Zajímavým faktem
V Evropě je zákonem zakázáno spouštět elektromotory o výkonu 15 kW a více, pokud nejsou vybaveny softstartéry.

Ceny softstartérů

V posledních letech byly ceny softstartérů značně kolísavé. Náklady na dovážené a mnoho domácích výrobků, vyráběných pod ruskými značkami v jihovýchodní Asii nebo vyráběných v Rusku z dovážených komponentů, výrazně vzrostly, zejména kvůli kolísání směnných kurzů.

V závislosti na charakteristikách mohou náklady na UPP začínat od 7 tisíc rublů a ceny některých produktů dosahují 700 tisíc rublů nebo více, ale v tomto případě může maximální přípustný jmenovitý proud dosáhnout 1200 A.

Zařízení pro měkký start (SPD) zajišťuje plynulou akceleraci a doběh asynchronního elektromotoru.

Jak funguje softstartér

Při přímém spouštění elektromotoru dochází k prudkému poklesu napětí v elektrické síti, ke zvýšení startovacích proudů na vinutí statoru na kritické hodnoty (6-8krát vyšší než jmenovitá hodnota) a výraznému zvýšení točivý moment. K ovládání těchto parametrů se používá softstartér. V okamžiku zrychlení elektromotoru softstartér zvedne napájecí napětí na výchozí (o 40-60% méně než jmenovité), poté jej postupně zvyšuje na jmenovitou hodnotu. Se zvyšujícím se napětím klesá startovací proud a rychlost jeho nárůstu a v důsledku toho se prodlužuje doba rozběhu elektromotoru. Pro omezení napětí se používají výkonové spínače – tyristory.

Schéma softstartéru s externím bypassovým stykačem

Poté, co napětí motoru dosáhne jmenovité hodnoty a proces zrychlení je dokončen, je softstartér odstraněn z obvodu pomocí bypassového stykače (bypass). Softstartérem přestane protékat proud a zařízení se ochladí. Některé softstartéry mají vestavěný bypass. To umožňuje snížit velikost a hmotnost startéru, protože není potřeba velký chladič.

Když motor brzdí, softstartér dodává stejnosměrný proud do vinutí statoru. Tato funkce je nezbytná při ovládání elektrického pohonu s aktivní zátěží (výtahy, výtahy, šikmé dopravníky).

Plynulá regulace vstupního napětí a rozběhového momentu elektromotoru umožňuje snížit rozběhové zatížení pohonu, snížit opotřebení jeho mechanických částí a chránit zařízení před přetížením a přehřátím.

Klasifikace AMR

V závislosti na počtu nastavitelných fází mohou být softstartéry dvoufázový nebo třífázový. V prvním případě probíhá launch control ve dvou fázích, třetí fáze je napojena přímo na elektromotor. Dvoufázové softstartéry jsou menší a levnější. Doporučuje se používat takové softstartéry pouze pro nízké spouštěcí frekvence.

Podle způsobu ovládání se spouštěče dělí na digitální и analogový. Digitální zařízení jsou založena na mikroprocesorech. Takové softstartéry mají širší funkčnost a flexibilitu v ovládání motoru, snadné nastavení a provoz. Analogový měkký start má omezené možnosti a relativně nízkou přesnost zpracování signálu, ale je spolehlivý a rychlý.

Parametry výběru softstartéru

Při výběru softstartéru se musíte zaměřit především na povahu zátěže. Existují 3 typy zátěže: normální, těžká a velmi těžká.

na normální provoz startovací proud může být až 3x vyšší než jmenovitá hodnota. Typické příklady snadného startování: odstředivá čerpadla, odstředivé kompresory a ventilátory, výtahy, lisy, eskalátory, pily a kotoučové pily. V těchto případech musí mít softstartér stejný výkon jako elektromotor.

na těžký náklad startovací proud může překročit jmenovitou hodnotu až 4,5krát, s velmi těžký – více než 6krát. Příklady těžkého a velmi těžkého startování: pístové kompresory, navijáky, mlýnské drtiče, vertikální dopravníky, odstředivky, pásové pily. Takové zařízení vyžaduje instalaci softstartéru o jednu velikost většího než elektromotor (s výkonovou rezervou).

Při výběru softstartéru je také třeba věnovat pozornost následujícím parametrům:

• Startovací frekvence. Softstartér omezuje maximální počet startů za hodinu.
• Počet regulačních fází (dvoufázové a třífázové softstartéry).
• Hodnota napájecího napětí.
• Funkčnost. Startér může vykonávat řadu dalších funkcí: ochrana motoru proti přetížení, vlastní ochrana softstartéru, schopnost dynamického brzdění, bypass. Při paralelním zapojení více elektromotorů se synchronním rozběhem je nutné mít přemosťovací stykač pro přemostění tyristorů.
• Provozní podmínky softstartér (okolní teplota, relativní vlhkost, nadmořská výška atd.).