Moderní spouštění 3fázových asynchronních motorů

Strojní zařízení nebo technologické provozy si dnes už nedovedeme představit bez 3fázových asynchronních motorů (dále jen motorů), které pohání hydraulické stanice v lisovnách, ventilátory odsávání v lakovnách nebo dopravních tunelech, kompresory klimatizačních jednotek nebo tepelných čerpadel, míchadla v potravinářských technologiích a čerpadla v čistírnách odpadních vod nebo úpravnách vod. Podíl elektromotorů na celosvětové spotřebě energie činní 28%, z toho 21% připadá na čerpání, 17% na odvětrávání a 11% na kompresi. Hospodárný provoz elektromotorů v těchto odvětvích může přispět ke snížení celosvětové spotřeby energie.

Z hlediska spotřeby elektrické energie je rozhodující třída účinnosti elektromotru, neméně důležitý je provozní režim motoru a způsob spouštění motoru. V aplikacích, které vyžadují regulaci otáček využijeme zpravidla frekvenční měnič. Jaké řešení však navrhnout pro aplikace s konstaními otáčkami, v nichž motor trvale odevzdává zátěži více méně konstantní výkon?

Přímé spouštění
V praxi osvědčené je přímé spouštění motoru připojením k napájecí síti zpravidla elektromechanickým stykačem 3RT2, místo něhož můžete v aplikacích s velkou četností spouštění použít polovodičový stykač 3RF3. Motor se rozbíhá s maximálním krouticím momentem a odebírá také velký špičkový rozběhový proud, jehož hodnota se pohybuje typicky mezi šesti- a osminásobkem jmenovité hodnoty proudu motoru. Motory s vyšší třídou účinnosti odebírají ze sítě sice nižší jmenovitý proud, ale během rozběhu zatěžují napájecí síť vyšším magnetizačním proudem a v některých případech také vyšším rozběhovým proudem. V síti, která napájí více motorů větších výkonů se přímé spouštění motoru může projevit poklesem napětí. Zátěž motoru a převodovky jsou mechanicky namáhány rozběhovými špičkami krouticího momentu motoru, což se projeví větším opotřebením a zkrácením předpokládané životnosti zařízení, obzvlášť když je četnost spouštění vysoká.

Spouštění hvězda trojúhelník
Řada aplikací využívá spouštění hvězda-trojúhelník jako alternativu přímého spouštění motorů. Počáteční velký zapínací proud motoru je tak rozložen na dvě menší proudové špičky, první v okamžiku startu motoru se sníženou hodnotou napětí, druhá proudová špička je potom způsobena skokovým zvýšením napětí na svorkách motoru. Motor se rozbíhá s redukovaným krouticím momentem.


Obr. 1. Grafické vyjádření závislostí rozběhového proudu a krouticího momentu motoru na otáčkách pro spouštění přímé (index DOL, světle modrá křivka), hvězda-trojúhelník (index YD, tmavě modrá) a spouštění softstartérem (index 3RW žlutá).

Kontakty tradičních elektromechanických spínacích přístrojů podléhají opotřebení při každém sepnutí a rozepnutí. Při tzv. kombinovaném spínání opotřebení v takové míře nenastává, protože zapínací (rozběhový) proud motoru je spínán, popř. omezen polovodičovými spínači tak, že zatěžování kontaktů proudovými špičkami je minimální a životnost přístrojů se tím prodlužuje (obr. 2). Softstartéry patří k přístrojům, které využívají kombinované spínání.


Obr. 2 Princip kombinovaného spínání: zapínací proud spínají polovodičové spínače (rozběh), které jsou po ukončení rozběhu přemostněny kontakty (chod) pro snížení ztrátového výkonu. Vypínání probíhá v opačném pořadí, nejprve rozepnou přemosťovací kontakty a potom je proudový obvod rozpojen polovodičovými spínači

Spouštění softstartérem
Napětí, proud a krouticí moment motoru, jehož rozběh je řízen softstartérem, mají zcela odlišné hodnoty ve srovnání s přímým rozběhem motoru nebo se spouštěním hvězda-trojúhelník. Během řízení rozběhu motoru softstartérem roste napětí na svorkách motoru pozvolna a zapínací proudové špičky motoru jsou omezeny podle nastavení parametrů softstartéru. Motor se rozbíhá pozvolna sníženým krouticím momentem, jehož hodnotu lze ovlivnit nastavením počátečního startovacího napětí. Softstartéry snižují mechanické namáhání zátěže motoru tím, že v okamžiku zapnutí motoru nevznikají momentové rázy. Motory spouštěné softstartéry nezatěžují napájecí síť proudovými špičkam. Zapojení motorového vývodu se softstartérem je jednodušší v porovnání se zapojením hvězda-trojúhelník. Zapojování rozvaděčů je tak rychlejší.

Přehled typických vlastností softstartérů SIRIUS 3RW:

• snížení ztrátového výkonu přemosťovacími kontakty (bypass) po ukončení rozběhu
• trvalé oteplení rozvaděče je obdobné jako při spouštění hvězda-trojúhelník
• nízké nároky a náklady na údržbu
• kompaktní konstrukce a nižší pořizovací náklady v porovnání s frekvenčním měničem
• úspora místa v rozvaděči v porovnání se stykačovou kombinací hvězda-trojúhelník
• vestavěná ochrana motoru proti přetížení (kromě řady 3RW30), popř. termistorová ochrana motoru

Softstartéry SIRIUS dělíme do 3 základních skupin: Basic – General – High Performance. Rozdíly mezi jednotlivými řadami jsou uvedeny v následujících odstavcích. K Basic Performance patří typové řady 3RW30, 3RW40 a 3RW50 s řízením ve 2 fázích.

3RW30

• pouze pro řízení rozběhu napěťovou rampou pro nenáročné aplikace s lehkým rozběhem
• pro motory od 1.5 do 55 kW / 400 V, jmenovité napětí napájecí sítě do 480 V

3RW40

• řízení rozběhu a doběhu napěťovou rampou s nastavitelným proudovým omezením
• pro motory od 1.5 do 55 kW / 400 V, jmenovité napětí napájecí sítě do 600 V
• vestavěná ochrana motoru proti přetížení, termistorová ochrana motoru jako opce

3RW50

• řízení rozběhu a doběhu napěťovou rampou s nastavitelným proudovým omezením
• funkce Soft Torque pro snížení krouticího momentu v oblasti momentu zvratu (před dosažením jmenovitých otáček) pro pozvolnější rozběh nebo doběh čerpadel
• pro motory od 75 do 315 kW / 400 V, jmenovité napětí napájecí sítě do 600 V
• volitelný zobrazovací a ovládací HMI modul; upevnění komunikačního rozhraní zboku
• vestavěná ochrana motoru proti přetížení a termistorová ochrana motoru nebo analogový výstup

SIRIUS 3RW52 General Performance s řízením ve všech třech fázích

• řízení rozběhu a doběhu napěťovou rampou s nastavitelným proudovým omezením 
• funkce Soft Torque pro snížení krouticího momentu v oblasti momentu zvratu (před dosažením jmenovitých otáček) pro pozvolnější rozběh nebo doběh čerpadel
• pro motory od 5.5 do 560 kW / 400 V, jmenovité napětí napájecí sítě do 600 V 
• slot pro komunikační modul PROFINET, PROFIBUS, EtherNet/IP nebo Modbus
• volitelný zobrazovací a ovládací HMI modul, přehledné nastavení parametrů potenciometry 
• možnost integrace do TIA Portal a PCS 7 
• vestavěná ochrana motoru proti přetížení a termistorová ochrana motoru nebo analogový výstup 
• zapojení uvnitř trojúhelníku pro náhradu spouštěčů hvězda-trojúhelník

SIRIUS 3RW55 High Performance; s řízením ve všech třech fázích

• řízení rozběhu a doběhu napěťovou rampou s nastavitelným proudovým omezením 
• funkce Torque control a condition monitoring (monitorování provozních podmínek)
• pro motory od 5.5 do 1200 kW / 400 V, jmenovité napětí napájecí sítě do 690 V 
• slot pro komunikační modul PROFINET, PROFIBUS, EtherNet/IP nebo Modbus
• funkce automatická parametrizace, čistění a doběh čerpadel
• odnímatelný zobrazovací a ovládací HMI modul s barevným displejem a slotem pro micro SD kartu 
• parametrizace na HMI modulu nebo parametrizačním a diagnostickým softwarem Soft Starter ES
• vestavěná ochrana motoru proti přetížení, termistorová ochrana motoru a analogový výstup
• možnost integrace do TIA Portal a PCS 7
• zapojení uvnitř trojúhelníku pro náhradu spouštěčů hvězda-trojúhelník
• provedení s bezpečnostní funkcí STO pro motory od 5.5 do 560 kW, jmenovité napětí napájecí sítě do 600 V

Na otázku, zda je optimálním řešením softstartér nebo frekvenční měnič, nelze odpovědět obecně. Rozhodujícím kritériem je zpravidla sama aplikace a její často specifické okrajové podmínky: mechanické zatížení, nákladová hospodárnost, dodržení požadavků norem, spolehlivost, energetická bilance, apod. Frekvenční měniče se doporučují pro aplikace vyžadující regulaci otáček, zatímco softstartéry jsou vhodným řešením, jedná-li se o aplikace s konstantními otáčkami. Softstartéry v těchto aplikacích představují vcelku nenákladné řešení, které nevyžaduje náročnou údržbu ani rozsáhlé příslušenství a nabízí celou řadu předností.

Výběr vhodného softstartéru je podmíněn znalostí technických údajů motoru a především jeho zátěže. Správné dimenzování softstartéru vzhledem k zátěži motoru zajistí projekční pomůcka STS - Simulation Tool for Softstarters, kterou může stáhnout na webové stránce www.siemens.com/sts 
S výběrem softstartéru na základě jmenovitého výkonu / proudu motoru vám pomůže konfigurátor TIA Selection Tool, buď v online verzi www.siemens.com/tstcloud anebo portable verzi www.siemens.com/tst.
Další usnadnění projektování přináší produktová data v digitální (elektronické) podobě, která jsou připravena pro import do vašich CAD/CAE systémů na stránkách Industry Mall www.siemens.com/mall a SIOS www.siemens.com/sios
Přehledovou brožuru SIRIUS Hybrid moderní technologie spouštění motorů si můžete prohlédnout nebo stáhnou na webových stránkách:
https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:6d6c97e1-7080-4a65-a40d-0e70ca1a095c/sirius-hybrid-sicp-b10002-01-2d00-cz-web.pdf 

Grafický přehled softstartérů a jejich doplňkových funkcí:


Moderní softstartéry můžete zakoupit u nás v e-shopu. Najít je můžete v kategorii softstartéry nebo vyhledáním pomocí vyhledávacího pole.