Měkký startér elektromotoru: princip činnosti, k čemu slouží
Při prudkém zapnutí nebo zastavení je rotor elektromotoru nadměrně zatížen, což vede k urychlenému opotřebení. Aby se předešlo takovému poškození, je k nim připojeno zařízení pro měkký rozběh (SSD). S jeho pomocí je možné zajistit plynulé zvyšování a snižování otáček, aniž by došlo k poškození elektrického stroje a zařízení k němu připojeného.
Proč je nutný měkký start?
Díky nastavitelné rychlosti otáčení a spolehlivosti se asynchronní elektromotory těší největší poptávce ve výrobě. V jejich principu fungování je však jedna nuance – pro přímý start je vyžadován extrémní přívod proudu, který 2-8krát překračuje jmenovitý výkon motoru. To je dáno nutností dodávat různý výkon do budicích vinutí kotvy a statoru.
Přímé spouštění motoru je doprovázeno řadou problémů a funkcí:
- Nebezpečí spálení vinutí.
V případě poruch generátoru, elektrické sítě nebo startéru může přetížení dosáhnout až 15 řádů jmenovitého výkonu. V tomto případě se zvyšuje odpor v závitech, vodič se taví a deformuje. Následně dochází ke zkratu a vyhoření. - Opotřebení elektromotoru.
Během ostrých otáček jsou hřídele a ložiska vystaveny nadměrnému mechanickému zatížení. V důsledku toho se zkracuje jejich životnost. - Rozpad pracovního mechanismu.
Dopravník, stroj nebo čerpací stanice se mohou při okamžitém spuštění snadno selhat.
Aby se těmto problémům předešlo, je nutné zajistit plynulý rozběh motoru (režim softstartéru). Spočívá v zapínání elektrického stroje na nízké otáčky s postupným zvyšováním točivého momentu na hodnotu odpovídající jmenovitému výkonu.
Existují tři způsoby, jak implementovat tento provozní režim:
- Připojte frekvenční měnič k napájecímu obvodu před elektromotor.
- Proud přivádějte postupně do každé fáze.
- Připojte softstartér.
Měnič kmitočtu může vyřešit problém vysokého přetížení během měkkého rozběhu. Mechanismus však fixuje otáčky pouze na určité hodnotě (nižší než jmenovitá). Bude vyžadovat další zařízení pro automatické zvyšování otáček, nebo je musí obsluha měnit ručně. Tato opatření komplikují zařízení (a s ním i typy možných poruch) a řízení stroje. Měniče kmitočtu proto nejsou určeny pro měkký rozběh.
Sekvenční napájení fází je možné u třífázových motorů, u kterých je kotevní vinutí provedeno podle trojúhelníkového nebo hvězdicového schématu. V takové konfiguraci bude elektromotor při přivedení napětí 660 V na jednu fázi pracovat na třetinu svého výkonu. Při napájení ze dvou fází – na 2/3 atd. Ve skutečnosti dosáhneme imaginárního plynulého rozběhu a motor stále zažívá trhavý moment, pouze menšího výkonu. Navíc je takové schéma spouštěče vhodné pouze pro elektrické stroje s napájením každého kotevního vinutí ze samostatné fáze.
V důsledku toho je použití frekvenčního měniče jako spouštěče nebo fázového napájení proudem nepraktickou možností pro spouštění elektromotoru.
Princip fungování UPP
Účelem softstartéru je „zrychlit“ elektrický stroj na provozní výkon po softstartéru s minimálním proudem. Vizuálně se hřídel začne otáčet velmi pomalu a nehlučně, plynule zvyšuje svou úhlovou rychlost na jmenovitou hodnotu. Točivý moment přenášený z hřídele na pracovní mechanismy se také postupně zvyšuje. Je zajištěn softstartér, který má mnoho výhod:
- není třeba vytvářet nadměrný výkon, který by mohl poškodit elektromotor;
- hřídele jsou vystaveny minimálnímu mechanickému tlaku, což nevede k nesouososti nebo zničení spojky;
- pracovní mechanismy se méně opotřebovávají.
Existují dva typy softstartérů. Navzdory stejné účinnosti se jedná o zcela odlišné konfigurace s významnými rozdíly.
mechanický
Takové softstartéry fungují na principu potlačování úhlového pohybu hřídele snížením točivého momentu. Jsou prezentovány mechanické modely zařízení:
- magnetické blokátory;
- protizávaží;
- brzdové destičky;
- kapalné spojky.
S výjimkou magnetického blokátoru jsou ostatní typy softstartérů zastaralé a mezi produkty na rádiových trzích se nenacházejí. Mechanismy používané před objevením praktičtějších startérů jsou dnes irelevantní, protože se rychle opotřebovávají.
Existují také elektromechanické softstartéry – jedná se o elektrická relé s cívkami pro střídání a buzení/odpojení. Proud však neovlivňuje samotný elektromotor, ale je přeměněn na elektromotorickou sílu pro řízené zpomalení hřídele. Mechanická část se používá jako technický pohon k fyzickému udržení hřídele, čímž ji zpomaluje a reguluje dobu zastavení nebo dosažení jmenovitého výkonu.
Elektrické
Softstartér je reprezentován polovodiči s proměnným napětím (tyristory) zapojenými do napájecího obvodu, počínaje minimální hodnotou. Toto napětí se mírně a krok za krokem zvyšuje, když je do záznamníku přivedena nulová fáze sinusoidy střídavého proudu (50krát za sekundu pro jednofázovou síť 220 V s frekvencí 50 Hz). Po dosažení jmenovitého výkonu (odpovídajícího napětí v síti) se zrychlení zastaví.
Elektrické softstartéry jsou považovány za nejspolehlivější a nejkompaktnější. Pokud selžou, lze je snadno a rychle vyměnit, aniž by došlo k poškození zařízení nebo dlouhodobým prostojům ve výrobě.
Pro rozběh stačí jeden běžný tyristor. Pokud je však potřeba měkké zastavení, použijí se dva tyristory, umístěné proti sobě:
- jeden snižuje rychlost;
- ten druhý „zrychluje“ elektromobil.
Dalším možným schématem je použití jednoho tyristoru s bypassovým triakem. Ten v krátkém čase mění póly, čímž se mění zrychlení na zpomalení otáčení (a naopak).
Funkce UPP
Moderní typické softstartéry jsou elektrické mechanismy vyrobené ve formě kompaktní elektrické jednotky. Umožňují nastavit 3 parametry:
- Doba zrychlení na jmenovitý výkon.
- Doba brzdění před zastavením elektrického stroje.
- Spouštěcí (rozběhový) proud dodávaný do jednotky tyristorem.
První dva mechanismy fungují na stejném principu, který je založen na dodávce proudu systémem tyristorů. Existují dva typy:
- Vzájemně závislé.
Obecné ovládání doby rozjezdu a brzdění. Používá se v případech, kdy se doporučuje plynulé zastavení a neexistují žádné specifické požadavky. - Nezávislý.
Měkký start a zastavení jsou řízeny různými skupinami tyristorů zapojených paralelně k napájecímu obvodu. Obsluha může nastavit různé parametry pro automatický start a zastavení motoru bez nutnosti dalšího nastavování.
U typických softstartérů lze rozběhový proud nastavit na 25 % – 80 % jmenovité hodnoty. Je však třeba si uvědomit, že při nastavení doby dosažení jmenovitého výkonu na 10 sekund od spuštění se z softstartéru nedosáhne žádného 10% efektu. Musíte vyvážit rychlost a bezpečnost:
- Pokud nedochází k koordinaci při spouštění pracovních mechanismů a je nutné zabránit přetížení, lze spouštěcí proud nastavit na 70 % – 80 %. Tento rozdíl je dostatečný pro rychlý spouštění výkonného asynchronního elektrického stroje se sériovým buzením.
- Pokud zařízení vyžaduje plynulý start, je nutný start od 30 % jmenovitého výkonu a doba až 30 sekund.
Pokud se použije startér s průměrnými parametry, elektromotor dosáhne svého výkonu za 20-25 sekund.
Jak si vybrat UPP
Každý systém vyžaduje výběr zařízení pro pomalý start, které splňuje technické specifikace a provozní požadavky.
Limit výkonu
Během provozu musí překročit maximální možnou hodnotu. Vypočítá se z rozdílu zatížení při spuštění a dosažení jmenovitého výkonu:
- u odstředivých čerpadel, elektrického nářadí a frézek je přetížení 3-5;
- U lisů a pístových pohonů je jmenovitý výkon překročen až o dvojciferné hodnoty.
Doporučená rezerva softstartéru je 10 % pro použití se středně těžkými a těžkými stroji. Například pokud je výkon stroje s vodním čerpadlem 5 kW, zatížení při spuštění dosáhne 20 kW + 10% rezerva = 22 kW.
Při připojování je nutné dodržovat fázi vzhledem k motoru. Pro domácí sítě se volí dvoufázové softstartéry a pro průmysl třífázové.
Механизм
Podle způsobu montáže existují dva typy softstartérů:
- Analogový.
Softstartéry se skládají z mechanických regulátorů a relé (stykačů) pro řízení spouštění. - Elektronický.
Startéry pracují pod kontrolou mikrokontrolérů, které shromažďují informace o elektrickém proudu a na základě přijatých ukazatelů ovlivňují elektrický stroj.
Analogový
Tyto UPP mohou obsahovat analogová zařízení pro zobrazování řady indikátorů, ale s omezeními v přesnosti měření. Kromě toho existují základní nouzové elektrické systémy pro přerušení úseku obvodu pomocí elektromotoru:
- Automatický.
Spustí se v případě nadproudu ze zdroje napájení. - RCD.
Reaguje na úniky proudu, ke kterým dochází v důsledku zkratů nebo úrazu elektrickým proudem obsluhy.
Pro spolehlivou ochranu by doba odezvy těchto mechanismů softstartéru neměla být delší než 0.1 s.
Elektronické
UPP jsou externě reprezentovány většími bloky a shromažďují informace o procesech probíhajících v napájecím řetězci. Mají všechny funkce mechanických analogů a také moduly pro podporu dalších nastavení:
- shromažďování informací o procesech probíhajících v potravinovém řetězci;
- spouštění a zastavování zařízení ve výchozím nastavení;
- Automatická adaptace je ekonomický provozní režim, který nevyžaduje ruční ovládání.
Díky všem těmto výhodám můžete se softstartérem řídit rozběh pro šetrný provoz elektromotoru, chránit zařízení s obsluhou a minimalizovat spotřebu energie. Tyto funkce společně prodlužují životnost elektrického stroje a zvyšují jeho ziskovost.