Jednou z vlastností činnosti asynchronního motoru, kterou lze nazvat nevýhodou, je velký záběrný proud při rozběhu, který může jmenovitý proud překročit 8krát i vícekrát. To je způsobeno principem jeho činnosti – když je na něj aplikováno jmenovité napětí, má tendenci okamžitě dosáhnout plného výkonu. Tato vlastnost se projevuje ve velké míře při spouštění přes síťový stykač, tomu se také říká přímé spouštění motoru.
U některých mechanismů je zásadně důležité, aby byl rozjezd plynulý, bez cukání a rázů. Týká se to především technologických zařízení, která mají při spuštění vysoký moment setrvačnosti. Například těžké setrvačníky a dopravníky produktů, stejně jako výkonná čerpadla a ventilátory.
Jinými slovy, velký rozběhový proud a velký moment setrvačnosti mechanické zátěže na hřídeli motoru jsou vzájemně propojené věci, které je často potřeba eliminovat.
Mimochodem, v některých zemích je ze zákona zakázáno zapínat vysokovýkonné elektromotory s přímým napájením, protože to vytváří rušení, pokles napětí a přetěžuje elektrickou síť, což může způsobit problémy ostatním spotřebitelům a dokonce způsobit nehody.
Jak zajistit hladký start motoru
V praxi se používá několik možností snížení zapínacího proudu.
1. Aplikace frekvenčních měničů. V tomto případě je možné zajistit libovolně dlouhé zrychlení a také omezit překročení jmenovitého proudu např. na 110 %. Toto je nejlepší metoda měkkého rozběhu, ale nepoužívá se vždy, protože frekvenční měnič je drahé elektronické zařízení, které má mnoho funkcí. Pokud potřebujete pouze omezit rozběhový proud a plynulé zrychlení, bude frekvenční měnič nadbytečný a většina jeho funkcí zůstane nevyužita.
2. Schéma „Hvězda – Trojúhelník“. V tomto případě musí být motor takový, aby jmenovité napájecí napětí při zapnutí jeho vinutí do trojúhelníku bylo 380 V. V tomto případě motor startuje ve dvou stupních. Ve fázi zrychlení jsou vinutí zapnuta jako hvězda. Ukazuje se tedy, že 380 V je přiváděno do obvodu, který pro normální provoz vyžaduje napětí asi 660 V. Jelikož hvězdicový motor pracuje se sníženým napětím, je zrychlení (dosažení provozní rychlosti) poměrně plynulé. Ve druhém stupni se vinutí zapnou do trojúhelníku a motor dosáhne svého jmenovitého výkonu. Nevýhodou této metody je, že zrychlení je stupňovité a startovací proudy mohou být velké.
3. Pokud jde pouze o minimalizaci startovacího proudu, nejlepší možností je použít softstartér.
Níže budeme zvažovat principy fungování softstartérů (softstartéry) a jejich schémata připojení.
Jak funguje softstartér?
Podívejme se krok za krokem na to, jaké procesy probíhají během provozu softstartéru a jaké úpravy ovlivňují jeho provoz.
V minimální konfiguraci mají softstartéry (softstartéry) tři nastavení – čas zrychlení, čas zpomalení a startovací napětí.
Po zapnutí je efektivní napětí na motoru určeno úpravou startovacího napětí, které je obvykle 30. 80 % jmenovité hodnoty. Napětí je redukováno a regulováno tyristory, které se otevírají (prochází proud) pouze během části půlcyklu síťového napětí. Fáze otevírání tyristorů může změnit napětí na motoru.
Úpravou fáze otevírání tyristorů tedy můžete změnit proud a točivý moment motoru.
V závislosti na konkrétním případě může být k uvedení motoru do pohybu zapotřebí velký počáteční točivý moment. Ale pro snížení zapínacího proudu je lepší nastavit počáteční napětí na minimum.
Při dlouhé době zrychlení bude startovací proud minimální. Měli byste ji však zvolit optimálně, obvykle 10. 20 sekund, podle typu zátěže. Pokud je doba zrychlení příliš dlouhá, je možné nadměrné zahřívání tyristorů. Kritériem pro optimální dobu zrychlení je doba, po kterou motor dosáhne jmenovitých otáček a jmenovitého provozního proudu. Po uplynutí doby rozběhu se zapne přemosťovací stykač, který může být instalován uvnitř softstartéru nebo externě. Když motor pracuje ve jmenovitém režimu, veškerý napájecí proud protéká pouze tímto stykačem a tyristory nejsou zapojeny do provozu.
Pokud je přijat signál k zastavení motoru, přemosťovací stykač se vypne. Do provozu přicházejí tyristory, které pracují v reverzním režimu – postupně zkracují fázi (dobu otevření během půlcyklu) z maxima na nulu. Pokud není doba brzdění důležitá, můžete ji nastavit na minimum (0-2 sekundy), zvýší se tím životnost tyristorů a zlepší se tepelné podmínky elektrického panelu jako celku. Motor se zastaví setrvačností, stejně jako při napájení přes běžný stykač. Ale pokud je důležité eliminovat vodní ráz nebo plynule zpomalit pohyb předmětů, aniž by se náhle zastavily a spadly, pak bude funkce hladkého zastavení velmi užitečná.
Softstartér může také obsahovat následující úpravy: řízení momentu motoru, napětí konečného zastavení, jmenovitý proud motoru, omezení rozběhového proudu. Moderní softstartéry mají LCD displej a ovládací tlačítka, která umožňují konfigurovat několik desítek různých parametrů pro jemné doladění.
Spínací schémata
Jako u všech podobných zařízení má spínací obvod softstartéru výkonovou část a ovládací část.
Výkonová část obvodu je část, kterou prochází napájecí proud motoru. Proud motoru je přiváděn přes silové svorky L1, L2, L3 (nebo R, S, T) na vstupy tyristorů nebo bypassového stykače a poté přes výstupní svorky T1, T2, T3 (U, V, W) k motoru.
Řídicí obvod zahrnuje především startovací a zastavovací obvody. Napájecí napětí řídicích obvodů je obvykle 24. 220 V a může být externí nebo odebrané ze softstartéru.
Za účasti softstartéru je možné realizovat obvod měkkého startu pro elektromotor se zpětným chodem. Chcete-li to provést, musíte na vstupu nainstalovat reverzní stykač podle klasického schématu. Je důležité udělat zámek, aby motor nemohl couvat, když se točí.
Je povoleno spustit softstartér a roztočit motor napájením řídicích a silových obvodů. To může být výhodné při dálkovém napájení. Je však třeba přijmout bezpečnostní opatření – personál údržby musí pochopit, že když je softstartér připojen k napájení, motor se může začít otáčet.
Příklad obvodu
Vezměme si jako příklad schéma zapojení pro zapnutí softstartéru ABBPSTX.
Silová část obsahuje: jistič ochrany motoru (vstup), tyristory a přemosťovací stykač (uvnitř UPS) a samotný motor.
Pro napájení řídicích obvodů je na svorky 220, 1 přivedeno fázové napětí 2V a nulový vodič. Softstartér má vestavěný napájecí zdroj, který generuje napětí 24V pro napájení ovládacích prvků. Je možné použít i externí zdroj 24 V, ale na svorky 1, 2 není nutné přivádět napětí.
Při vhodném připojení a nastavení mohou být tlačítka buď s aretací, nebo bez ní. Ovládání lze provádět nejen pomocí tlačítek, ale také přes kontakty relé nebo ovladače.
Existují další vstupy pro různé provozní režimy, stejně jako tři výstupní relé se suchým kontaktem, která lze použít k aktivaci dalších stykačů a indikací podle potřeby.
ochrana
Levné softstartéry často neposkytují ochranu proti nadproudu, přehřátí a zkratu. V takových případech je nutné nainstalovat potřebnou ochranu a zapnout softstartér podle schématu doporučeného výrobcem.
Ochrana může zahrnovat:
- Automatický motor (automatická ochrana motoru),
- Polovodičové pojistky nebo jističe s charakteristikou „B“,
- tepelné relé,
- Zkrat nebo přepólování ve vinutí motoru,
- Stykač nouzového obvodu, který vypne napájení softstartéru, když je aktivováno interní nouzové relé nebo je stisknuto tlačítko „Nouzové zastavení“.
Příklad nesprávné instalace ochrany, která vedla k požáru:
Je třeba říci, že i když softstartér obsahuje všechny druhy jištění, je nutné na vstup napájecího zdroje a napájení řídicího obvodu instalovat příslušné jističe nebo pojistky.
Dvoufázové softstartéry
U některých levných modelů je výstupní napětí řízeno pouze ve dvou fázích. Dochází tak k úspoře na tyristorech a na jednom kontaktu bypassového stykače.
Toto rozhodnutí má právo na život a hlavní výhodou takového UPP je cena.
Existují však nevýhody, o kterých byste si měli být vědomi:
- Při startování a brzdění dochází k nevyváženosti fází, což vede k dodatečnému zahřívání motoru,
- Startovací proud v „přímé“ fázi téměř neklesá,
- Trvalá přítomnost fázového napětí na motoru představuje nebezpečí pro personál.
Závěr
Softstartéry si našly důstojné místo, kde není potřeba upravovat rychlost otáčení motoru, ale důležitým aspektem je minimalizace startovacích přetížení napájecí sítě a poháněných mechanismů. V poslední době jsou však stále častěji nahrazovány frekvenčními měniči, které mají mnohem širší rozsah možností řízení motoru.
Použití softstartéru ke spouštění kotlového čerpadla V dnešním článku si povíme něco o softstartéru (SPD), který se často používá ke spouštění asynchronních elektromotorů. Uvedeme příklad modernizace průmyslového plynového kotle, kdy jsou namísto stykačů instalovány softstartéry ABB PSR25-600-70
Princip činnosti a vlastnosti softstartéru
Než přejdeme k praktické stránce problému, pojďme se krátce podívat na softstartér. Už samotný název napovídá, že toto zařízení je potřeba pro hladké nastartování motoru. Jinými slovy, vyvarujte se náhlého startu, jako je tomu v případě stykače (magnetického spouštěče). Není třeba vysvětlovat, že měkký rozběh dramaticky snižuje zatížení elektrické sítě, mechaniky pohonu i samotného elektromotoru. A použití softstartérů v konečném důsledku zvyšuje životnost napájecího systému a zatížení elektromotoru jako celku.
K úpravě rychlosti, a tedy i doby zrychlení a zpomalení, dochází v důsledku činnosti klíčových prvků (obvykle tyristorů). „Odříznou“ část sinusové vlny, čímž sníží množství energie přenesené na pohon motoru. Při spouštění a vypínání motoru se napětí na výstupu softstartéru plynule zvyšuje a snižuje, což vám umožňuje řídit proud a točivý moment elektromotoru. Časy zrychlení a zpomalení lze měnit i u nejlevnějších modelů. Pro připojení elektromotorů do třífázové sítě se kromě softstartérů používají také magnetické stykače a frekvenční měniče. A softstartér stojí z hlediska funkčnosti a ceny přibližně uprostřed mezi nimi.
Formulace problému
Plynový kotel, který slouží k vytápění, má vodní čerpadla. Jsou dvě pumpy, vzájemně se zálohují. Ovládací skříň obsahuje 2 stykače, které zapínají čerpadla;
Ovládací skříň pro stykače
Algoritmus provozu je takový, že v jednom okamžiku může pracovat pouze jedno čerpadlo, které si zvolí obsluha kotle. Stykače jsou napájeny 24 V a kromě silových kontaktů mají další kontakty pro ovládání spínání;
Přídavné kontakty pro ovládání spínání
Problém byl v tom, že při spouštění kteréhokoli z čerpadel došlo k vodnímu rázu, což vedlo ke snížení spolehlivosti systému. Protože instalace frekvenčního měniče byla z hlediska funkčnosti zbytečná, bylo rozhodnuto použít softstartér. Jelikož je kotel velmi důležitým výrobním zařízením, je nutné zajistit výkonovou rezervu pro zvýšení spolehlivosti celého systému.
Výběr softstartéru
Je použit motor o výkonu 7,5 kW, při zapojení vinutí do hvězdy odebírá proud až 14,7 A. Z řady softstartérů ABB byl proto vybrán model PSR-25-600. Z názvu vyplývá, že jeho maximální proud je 25 A, což poskytne rezervu téměř 2x.
Softstartér ABB PSR25-600-70
Jak vyplývá z návodu k tomuto zařízení, k napájení regulačních obvodů potřebujete napětí cca 100 – 240 V. A jelikož jsou regulační obvody v kotli napájeny napětím 24 V, je nutné použití mezirelé.
Instalace softstartéru
Výsledkem bylo, že schéma vypadalo následovně.
Místo stykačů jsou připojena mezilehlá relé, která oddělují obvody 24 V od řídicích obvodů softstartérů s fázovým napětím 220 V. Podle schématu poskytuje po sepnutí mezirelé pouze svými kontakty zpětnou vazbu pro kontrolu sepnutí. Druhý kontakt zapíná softstartér přivedením napětí do startovacího vstupu. Doba rozběhu (akcelerace) čerpadla je nastavena na cca 10 sekund, doba brzdění je cca 5 sekund. Na motoru je také regulátor počátečního napětí na začátku zrychlení. Je nastaveno na minimum (40 %). Napětí na motoru se tak během zrychlení zvýší ze 40 % na 100 %.
Je třeba říci, že k úpravě otáček dochází při zrychlování a zpomalování a při chodu motoru po zrychlení motor díky sepnutí kontaktů přemosťovacího stykače zabudovaného v softstartéru pracuje v normálních otáčkách.
