Od wielu lat nie pamiętamy już, co to jest „stopień zasilania”, powoli jednak zaczynają pojawiać się prognozy występowania deficytów energii elektrycznej. Jej największymi odbiorcami są użytkownicy wszelkiego rodzaju silników dużej mocy stosowanych w procesach przemysłowych, automatyce itp. Dużego znaczenia nabierają nowoczesne, energooszczędne metody sterowania takimi urządzeniami.

Softstarty w ofercie TME

Z uruchamianiem i zatrzymywaniem silnika elektrycznego związanych jest wiele zjawisk wynikających z indukcyjnego charakteru jego impedancji i bardzo małej rezystancji uzwojeń. Zjawiska te stanowią dość duży problem w eksploatacji większości maszyn elektrycznych. Bezpośrednie, nagłe podanie napięcia na uzwojenie silnika powoduje powstanie silnego impulsu prądowego, wielokrotnie przewyższającego wartość prądu pracy. Może to być przyczyną niepożądanego uruchamiania zabezpieczeń stosowanych w obwodzie zasilania. Wbrew oczekiwaniom, dużemu prądowi początkowemu nie towarzyszy duży moment rozruchowy silnika. Gwałtowne zmiany natężenia prądu wywołują jednoczesne skoki napięć w instalacji elektrycznej wynikające m.in. z jej niezerowej impedancji, mogące powodować uszkodzenia urządzeń elektronicznych zasilanych z tej samej sieci. Nie do zbagatelizowania są również udary mechaniczne wirników wywołane gwałtownym ich pobudzeniem. W układach pompowych problemem są uderzenia hydrauliczne występujące podczas zatrzymywania silnika. Gwałtowne włączanie i wyłączanie silników napędzających taśmociągi może powodować spadanie elementów oraz zrywanie pasów transmisyjnych. Są to niepożądane efekty, którym można zaradzić stosując nowoczesne rozwiązania elektroniczne – przemienniki częstotliwości i softstarty.

Urządzenia te konstruuje się w oparciu o elementy półprzewodnikowe, takie jak tyrystory, triaki, tranzystory z izolowaną bramką (IGBT), tranzystory mocy. Softstarty systematycznie wypierają urządzenia wykorzystujące stare metody sterowania, często mechaniczne. Z racji zasady działania udostępniają niemożliwe do realizacji w sterownikach mechanicznych funkcje, takie jak: łagodny rozruch/ zatrzymanie silnika, zmiana kierunku obrotów silnika, impulsowe podawanie pełnej mocy w celu pokonania oporów statycznych w wirnikach (kick-start), praca w trybie automatycznym (z zaprogramowanymi cyklami pracy), możliwość współpracy z komputerem, dokładna sygnalizacja poszczególnych faz pracy realizowana najczęściej za pomocą diod świecących. Softstarty zwiększają niezawodność sterowania i ułatwiają pracę operatora maszyny z silnikiem elektrycznym. Softstarty dobiera się odpowiednio do mocy silnika – na rynku dostępne są modele przewidziane na moce od setek watów do setek kilowatów. Oferuje je wiele firm specjalizujących się w automatyce i sterowaniu. Stosowanie softstartów przekłada się na wydłużenie czasu bezawaryjnej pracy maszyn elektrycznych wykorzystujących silniki elektryczne, takich jak: pompy, kompresory, dmuchawy, wentylatory, podajniki, pasy, taśmociągi, dźwigi, windy, podnośniki, suwnice, mieszalniki, drzwi garażowe itp.

Softstarty z serii MCI firmy Danfoss

W ofercie TME znajdują się softstarty z serii MCI (MCI15/400VAC i MCI25/400VAC) przeznaczone do zapewnienia łagodnego rozruchu i zatrzymywania 3-fazowych asynchronicznych silników klatkowych. Coraz częściej użytkownicy zastępują nimi stare układy rozruchowe trójkąt/gwiazda. Zmiana taka bardzo korzystnie wpływa na kształt prądu płynącego w sieci zasilającej, co przedstawiono na rys. 1.

Rys. 1. Porównanie wykresu prądu dla silnika sterowanego układem gwiazda-trójkąt i softstartemRys. 1. Porównanie wykresu prądu dla silnika sterowanego układem gwiazda-trójkąt i softstartem

Widać na nim, że po zastosowaniu softstartu wzrost natężenia prądu jest łagodny, nie występują silne impulsy prądowe. W softstartach MCI15/400VAC i MCI25/400VAC zapewniono niezależnie nastawiane czasy rozbiegu i wybiegu w zakresie od 0 do 10 s, nastawiany moment rozruchowy do 85% wartości znamionowej oraz automatyczną detekcję zaniku fazy. Urządzenia te pracują w sieci prądu przemiennego. Maksymalne napięcie wynosi 600 V AC, a uniwersalne napięcie sterujące mieści się w zakresie 24...480 V AC/ DC. Prezentowane softstarty automatycznie przystosowują się do częstotliwości sieci (50 lub 60 Hz). Rozruch silnika może odbywać się bez obciążenia lub od razu z pełnym obciążeniem. W drugim przypadku konieczne jest pokonywanie większego momentu bezwładności. W softstartach implementuje się więc funkcję „kick start”, której działanie polega na krótkotrwałym, 20-milisekundowym podaniu pełnego zasilania na początku fazy rozruchowej. Dopiero po takim impulsie następuje łagodne zwiększanie napięcia, aż do uzyskania wartości docelowej. W softstartach MCI zastosowano opcjonalne styki pomocnicze, w których elementem wykonawczym są tyrystory. Styki te mogą więc być użyte wyłącznie do współpracy z urządzeniami prądu przemiennego. Możliwe jest również stosowanie przekaźników by-pass bocznikujących złącze półprzewodnikowe po zakończeniu fazy rozruchowej. Stan pracy urządzenia jest sygnalizowany wskaźnikiem LED. Przykładowy cykl pracy urządzenia przedstawiono na rys. 2.

Rys. 2. Przykładowy cykl pracy silnika sterowanego softstartem Rys. 2. Przykładowy cykl pracy silnika sterowanego softstartem

Nowość – softstart RSN-2

Podstawową funkcją softstartu RSN-2 jest łagodny rozruch i hamowanie 3-fazowych silników asynchronicznych o mocy do 4 kW. W modelu RSN-2N wprowadzono możliwość zmiany kierunku obrotów silnika – tzw. układ nawrotny. Schemat połączeń różnych wersji softstartu RSN-2 przedstawiono na rys. 3. W urządzeniu zastosowano układ automatycznej detekcji zaniku fazy, zabezpieczenie warystorowe, przewidziano bocznikowanie styków półprzewodnikowych przekaźnikiem by-pass. Sterowanie jest zrealizowane w oparciu o system mikroprocesorowy, dzięki czemu w prosty sposób uzyskano możliwość pracy w trybie automatycznym. Polega on na cyklicznej zmianie kierunku obrotów zgodnie z ustawionymi czasami startu, pracy, zatrzymania i postoju oraz napięciem początkowym. Jako elementy sygnalizacyjne zastosowano dwie diody LED. Jedna z nich (zielona) informuje o występowaniu napięcia zasilającego, druga, wielokolorowa „CTR” sygnalizuje stan pracy urządzenia. Podczas rozruchu i hamowania pulsuje ona kolorem zielonym, w wykonaniu 2N może to być również kolor czerwony, w zależności od kierunku obrotów. Pulsowanie przechodzi w świecenie ciągłe, po zakończeniu fazy rozruchowej i uaktywnieniu przekaźnika by-pass. W trybie automatycznym, w trakcie postoju, dioda pulsuje na przemian kolorem zielonym i czerwonym. Zanik fazy jest natomiast sygnalizowany ciągłym świeceniem w kolorze pomarańczowym. Czas rozruchu i zatrzymania można regulować potencjometrami umieszczonymi na płycie czołowej (START i STOP). Jest tu również potencjometr U-min, którym ustawia się wartość początkową momentu rozruchowego. W softstarcie typu RSN-2 nie ma zabezpieczenia przed zwarciem wyjścia, należy to mieć na uwadze podczas eksploatacji urządzenia. Najważniejsze parametry techniczne softstartu RSN-2 przedstawiono w tab. 1.

Tab. 1. Najważniejsze parametry techniczne softstartu RSN-2
Napięcie zasilające N/3×230/400 V AC
Częstotliwość napięcia
zasilającego
50 Hz
Moc pobierana <10 VA
Minimalny prąd
obciążenia
200 mA
Dopuszczalna obciążalność
silnik 1,0 kW 5 A
silnik 2,2 kW 10 A
silnik 4,0 kW 15 A
Czas rozruchu 0,5...10 s
Czas zatrzymania 0,5...10 s
Napięcie początkowe 20...80% Un
Wilgotność względna 25...85%
Temperatura pracy 0...40oC
Kategoria użytkowania AC-53b (wewn. by-pass)
Stopień ochrony
obudowy
P20 wg PN-EN 60529
Odporność EMC PN-EN 50082-2
Zgodność z wymaganiami PN-EN 60947-4-2
Wymiary 90×130×50 mm
Masa 50 g
Mocowanie Szyna DIN-EN

Użytkownicy silników elektrycznych coraz częściej są zainteresowani elektronicznymi metodami sterowania. Potwierdza to stale rosnąca sprzedaż softstartów i towarzysząca jej zwiększająca się oferta na te urządzenia. Wszystko wskazuje na to, że jest to tendencja stała.

Rys. 3. Schemat połączeń różnych wersji softstartu RSN-2 Rys. 3. Schemat połączeń różnych wersji softstartu RSN-2

AG