Rozruch silników asynchronicznych klatkowych softstartem

Stosowanie elektronicznych rozruszników silników tzw. softstartów jest obecnie bardzo rozpowszechnione, starsze metody rozruchu odchodzą do historii techniki napędowej.
Dzisiejszy rynek jest silnie konkurencyjny, co nie ułatwia wybrania optymalnego rozwiązania, musimy dobrze sprecyzować swoje oczekiwania, żeby się nie rozczarować. Kierowanie się tylko ceną przy wyborze jest strategią powszechną, jednak często prowadzącą do niespodziewanych kłopotów i frustracji.
Kiedy stosować softstart?
Softstart jest tańszy niż falownik zarówno w zakupie jak i w eksploatacji. W eksploatacji uzyskuje sprawność ~100%, zwłaszcza wtedy, gdy softstart jest wyposażony w układ obejściowy tzw. bypass. Dlatego gdy układ napędowy pracuje ze stałą prędkością roboczą lepszym rozwiązaniem niż falownik jest softstart. W przypadku braku potrzeby regulacji prędkości obrotowej falownik jest rozwiązaniem niepotrzebnie zwiększającym koszty inwestycji i dodatkowo powoduje nieuniknione straty energii na wewnętrznych układach mocy.
Rozruch silników asynchronicznych klatkowych jest czasami źle rozwiązywany, czego następstwem może być obniżona efektywność energetyczna napędu i/lub zawyżone koszty inwestycji.
Jak oszczędzać energię i czy tylko energię?
W bardzo prosty sposób, gdy silnik pracuje jałowo należy go wyłączyć, a to można łatwo zautomatyzować. Dzięki softstartowi silnik może być uruchamiany oraz zatrzymywany łagodnie i bez niepotrzebnych strat energii.
Przykładem aplikacji stało obrotowych okresowo pracujących na biegu jałowym są: piły taśmowe, przenośniki taśmowe, kruszarki, schody ruchome, pompy napełniające zbiorniki i wiele innych. Użytkownik aplikacji stało obrotowych powinien rozważyć czy w świetle aktualnie obowiązujących unijnych dyrektyw lepiej jest zainwestować w silnik IE3 i softstart, czy w silnik IE2 i falownik. Bez wątpienia silnik IE3 i softstart jest rozwiązaniem bardziej energooszczędnym.
Jak działa softstart?
W uproszczeniu za pomocą softstartu płynnie podnoszone jest napięcie zasilania na zaciskach silnika aż do pełnego napięcia zasilania dostępnego z sieci zasilającej. Przy hamowaniu odwrotnie.
Uwaga: Za pomocą softstartu nie zmienia się częstotliwości zasilania silnika, co jest fundamentalną różnicą w stosunku do zasilania z falownika.
Dzięki zastosowaniu softstartu moment rozruchowy na wale silnika jest ograniczany, co pozwala napędowi na łagodne wybranie luzów mechanicznych, uniknięcie szarpnięcia i wyeliminowanie dużych naprężeń w układzie transmisji momentu obrotowego. W silniku asynchronicznym moment obrotowy na wale jest proporcjonalny do kwadratu napięcia zasilania i dlatego obniżenie napięcia zasilającego powoduje szybkie zmniejszanie momentu obrotowego na wale silnika.
Softstart redukuje prąd rozruchowy silnika z typowej wartości 6-9xIn występującej przy rozruchu bezpośrednim do wartości 3-5xIn lub mniejszej. Wartość prądu rozruchowego można ustawić w zależności od potrzeb. Softstarty mają zastosowanie w rozruchu urządzeń takich jak np.: piły, prasy, pompy, młyny, kruszarki, wirówki, wyciągi, sprężarki, obrabiarki, wentylatory, mieszalniki, przenośniki, w których w trakcie rozruchu i zatrzymania silnika skutecznie ograniczają zjawiska takie jak: udary prądowe w sieciach zasilających silniki, uderzenia mechaniczne w sprzęgłach oraz elementach wykonawczych, ilość i częstość uszkodzeń mechanicznych, nadmierny wzrost ciśnienia cieczy i gazów w rurociągach. Dodatkowo softstarty umożliwiają rozruch silników elektrycznych zasilanych z tzw. „miękkich sieci"
Zredukowanie prądu rozruchowego powoduje zmniejszenie spadków napięć w sieci zasilającej silnik. Łagodny rozruch chroni układy pompowe przed uderzeniem ciśnienia (ang. „water hammer"). Softstart umożliwia także łagodne hamowanie silnika poprzez stopniowe zmniejszanie napięcia.

Dobierając parametry rozruchowe silnika należy uwzględnić charakterystykę napędzanego urządzenia, a ujmując to skrótowo, silnik w całym zakresie prędkości od startu do prędkości roboczej musi wytwarzać moment obrotowy większy od momentu obciążenia, w przeciwnym wypadku zatrzyma się lub będzie pracował ze zredukowaną prędkością, co doprowadzi do jego przeciążenia i w najlepszym przypadku do wyłączenia napędu, o ile silnik był zabezpieczony we właściwy sposób np. nastawami na softstarcie lub układem automatyki przeciążeniowej.
Powszechnie znane metody rozruchu silnika asynchronicznego takie jak bezpośrednie włączenie do sieci, rozruch przez układ gwiazda-trójkąt, rozruch przez autotransformator, rozruch przez dodatkową rezystancję po stronie zasilania wydają się już mocno przestarzałe i są skuteczne tylko w określonych sytuacjach i tak np. bezpośrednie włączenie silnika nieobciążonego jest wystarczające, o ile sieć zasilająca jest przystosowana do dużych prądów rozruchowych. Można włączać bezpośrednio silnik obciążony, jeśli silnik i jego sieć zasilająca są odporne na stosunkowo długotrwałe przeciążenie, a zasilania nie wyłączy zabezpieczenie przeciążeniowe lub zwarciowe.
Tylko softstart zapewnia łagodne i płynne zmiany napięcia oraz pełną kontrolę prądu i momentu silnika. Softstart dodatkowo gwarantuje ochronę silnika przed przeciążeniami, a więc przed jego przegrzaniem. Softstart można tak sparametryzować by chronił silnik przed przegrzaniem w wyniku zbyt częstych rozruchów. Softstart ochroni silnik od zaniku fazy, od niedopuszczalnej niesymetrii napięć i prądów, a także od zwarcia na zasilaniu.
Obecnie softstarty powinny mieć wbudowany lub zewnętrzny stycznik obejściowy, sterowany przez softstart. Stycznik obejściowy tzw. bypass powoduje całkowite odłączenie końcówki mocy softstartu i przejście po zakończeniu rozruchu na zasilanie silnika bezpośrednio z sieci, a w konsekwencji eliminację strat powstających na układach mocy wewnątrz softstartu. Bez układu bypass straty wewnątrz softstartu mogą dochodzić nawet do 1,5-2% mocy zasilania i należy to uwzględnić przy obliczaniu sprawności energetycznej układu napędowego. Po przejściu softstartu w tryb bypass moduł sterujący softstartu cały czas czuwa i nadzoruje napęd, a w przypadku otrzymania sygnału sterującego przechodzi w tryb hamowania wyłączając bypass i przejmując obciążenie.

Softstarty AuCom
Cyfrowe Softstarty AuCom stanowią kompletny system zarządzania silnikiem. Korzyści z zastosowania softstartu to między innymi:
• ograniczenie naprężeń mechanicznych silnika i jego obciążenia,
• ograniczenie przeciążenia sieci zasilającej i innych urządzeń zasilanych z tej sieci,
• możliwość dobrania optymalnych warunków rozruchu i hamowania,
• możliwość zaprogramowania timera momentu rozruchu i zatrzymania
• zabezpieczenie silnika przed niesymetrią prądów, przeciążeniem, zwarciem
• monitorowanie i sterowanie lokalne, zdalne (w tym sieciowe)
• może pracować wewnątrz trójkąta zasilania silnika lub szeregowo z silnikiem
W softstartach AuCom wykorzystano niezawodną technologię tyrystorową z przewidywanym okresem eksploatacji 10 lat, a w rzeczywistych warunkach okres eksploatacji często przekracza 15 lat.
Dodatkowo łagodne rozruchy i zatrzymania wydłużają żywotność silnika.
Mniejsze prądy w sieci umożliwiają wykorzystanie tej samej sieci do zasilania większej ilości urządzeń bez potrzeby rozbudowy sieci zasilającej. Softstart można także wykorzystać w układach kaskadowych, poprzez przełączanie na kolejne silniki.

Podsumowanie
W aplikacjach pracujących ze stałą prędkością softstart jest lepszym rozwiązaniem niż falownik i oczywiście lepszym niż przestarzałe rozwiązania oparte na aparaturze stykowej.
AuCom oferuje softstarty następujących typów:
• CSX lub CSXi kompaktowy od mocy 7,5kW do 110kW CSXi to wersja wzbogacona o dodatkowe funkcje zabezpieczające silnik, w sprawach doboru należy skonsultować się z nami. Napięcie zasilania 200-440V lub 200-525V
• EMX3 B (z bypass) lub C (bez bypass) – przy doborze należy kierować się przewidywanym prądem rozruchowym i czasem rozruchu (hamowania) – zakres prądów od 23A do 2400A, napięcie zasilania 200-440V lub 380-690V, napięcie sterowania 110-440VAC lub 24VAC/DC, posiada funkcje adaptacyjnego sterowania i panel graficzny, możliwość symulacji pracy bez silnika
• Najnowsza seria EMX4e lub EMX4i jest ulepszoną kontynuacją EMX3; e - wersja podstawowa z tyrystorami w 2 fazach (pośrednia między CSX a EMX3), i - wersja wzbogacona o dodatkowe funkcje zabezpieczające z tyrystorami w każdej fazie, prąd rozruchowy 24A-870A; napięcie 200-525V lub 380-690V, napięcie sterowania 110-240VAC lub 24VAC/DC, posiada funkcje adaptacyjnego sterowania i panel graficzny, możliwość symulacji pracy bez silnika, opcjonalne karty rozszerzeń do pracy w sieci, wejście USB, tryb pracy awaryjnej, jest idealny do silników IE3, możliwość parametryzacji 2 silników, wzmocniony rozruch, różne funkcje hamowania, opcjonalne moduły komunikacyjne, algorytm XLR-8 )
• Seria MV – bardzo zaawansowane technicznie, wysokonapięciowe do 15kV, wiele opcji dodatkowych, projektowane i dostarczane na zamówienie po uzgodnieniu warunków technicznych, składają się z bloku tyrystorów i modułów sterujących, dobranych optymalnie do aplikacji klienta.