SOFTSTARTERE

Softstarterul este instalat direct între sursa de alimentare şi motor (fig.1).

Fig. 1

Dacă se foloseşte un contactor intermediar k, acesta poate fi activat prin intermediul releului integrat k1.

Softstarterul este creat pentru pornirea, oprirea şi frânarea motoarelor asincrone trifazate cu rotorul în scurtcircuit.

Există trei tipuri de control a pornirii :a) Metoda de control pe o singură fază. Aceste softstartere asigură doar reducerea cuplului de pornire şi nu controlează curentul sau cuplul. Au nevoie de un contactor intermediar, unul de bypass precum şi o protecţie externă a motorului. Ele se mai numesc regulatoare de tensiune în buclă externă. Puterile lor sunt în gama până la 7,5 kw.b) Metoda de control pe două faze Ele pot porni un motor fără a avea nevoie de un contactor intermediar, dar în

acest caz tensiunea este prezentă la bornele motorului când acesta este oprit. Gama de putere este până la 22 kw.

c) Metoda de control cu trei faze În acest caz avem următoarele tehnici :

- control în tensiune- control în curent- control în cuplu.

Controlul în tensiune

a) b)Fig. 2

1

MK

SST

t [s]

I [A]

Imax

IR

tp0

U

UN

tp0 t [s]

Ui

[V]

IR – curentul de sarcină maximă

Softstarterul realizează o pornire lină dar nu generează nici un fel de reacţie decurent sau cuplu. Mărimile tipice pentru optimizarea unei rampe de tensiune sunt :

- tensiunea iniţială- durata rampei de pornire.

Variaţia în timp a curentului pe durata pornirii este prezentată în fig.2.IR – curentul de sarcină maximă.Controlul în curentRampa de tensiune poate fi folosită cu o limitare a curentului, ce opreşte

creşterea tensiunii când se atinge limita prescrisă. Nivelul maxim al curentului este mărimea principală de reglaj şi trebuie setată de utilizator în concordanţă cu curentul maxim admis în aplicaţie (fig.3).

Fig. 3Controlul de cupluEste cel mai eficient mod de control al pornirii motoarelor. Softstarterul

monitorizează cererea de cuplu şi permite pornirea cu cel mai mic curent posibil. Folosind un regulator cu buclă de reacţie, devin posibile rampe liniare.

Aceste rampe sunt foarte importante în multe aplicaţii. De exemplu oprirea unei pompe cu rampă neliniară duce la apariţia loviturii de berbec. Softstarterele ce nu urmăresc cuplul, vor porni şi opri mult prea repede dacă sarcina este redusă decât setările de curent sau durata rampei.

Variaţia curentului cu cuplul în acest caz este prezentată în fig.4.a.

Fig. 4.a

2

tp

I

t

Imax

IR

0

0

I

Imax

IR

tp t

Selecţia caracteristicii de pornire se face între liniară (1) şi pătratică (2). Cuplul iniţial poate să fie 10 % dar poate fi crescut la 30 70 % din MN.

Forma de variaţie a cuplului în timpul pornirii este prezentată în fig.4.b iar viteza în fig.4.c.

Fig. 4.b

Cuplul final la pornire Mf poate fi variat între (0,5 2,5) MN. Cu Mp s-a notat cuplul iniţial la pornire şi cu M0 cuplul final la Stop.

Fig. 4.c

Pentru întărirea cuplului la pornire se injectează un curent mare pentru (0,1 2) secunde, la START şi se obţine o valoare suficientă pentru pornirea motorului (exemplu concasoare). După întărirea cuplului pornirea continuă în concordanţă cu modul de START selectat (fig.4.d).

3

tfuncţionare

M

Mf

MN

MP

M0

0 t

1

2

1

2

tporniretopriretp

0

V

VN

tp

Fig. 4.d

Schema de principiu a unui softstarter este prezentată în figura 5.

Fig. 5

4

Ilimită

Întărire cuplu

t0 tpornire

M3

L1

L2

L3NPE

e1 e2Q1

Q1

L1 L2 L3 PE 01 02 PE

K1

21 22 23 24

K2

33 31 32

K3

69 70

T1 T2 T3 PE 11 12 13 14 15 16 17 18 19 75 76 77

START/STOP

1

U V W

PE

0

Tensiunea de comandă se conectează la terminalele 01 şi 02 (220 Vc.a.).Terminalele 21 şi 22 ale releului K1 se conectează în serie cu bobina

contactorului şi în acest fel la primirea comenzii de start/stop la terminalele 12 şi 13 se conectează sau se deconectează contactorul Q1.

Comanda de start/stop poate fi obţinută de la un comutator cu 2 poziţii cu blocare sau de la un automat programabil.

Sofstarterele pot funcţiona continuu. Dacă se doreşte ele pot fi bypassate printr-un contactor. Un ciclu de funcţionare continuă fără bypass este prezentat în figura 6.a iar unul cu bypass în figura 6.b.

a) b)Fig. 6

În figura 7 se prezintă un exemplu de schemă unde se folosesc intrările şi ieşirile analogice şi intrarea unui termistor plasat în înfăşurările motorului.

În figura 8 se prezintă o schemă de pornire în ambele sensuri a motorului utilizând softstarter. Contactoarele QR şi QF sunt comandate extern, înainte de a da comanda de START. Ele sunt interblocate mecanic.

Pornirea şi oprirea lină poate fi controlată prin intrarea analogică (0 10 V ; 2 10 V ; 0 20 mA ; 4 20 mA). La intrarea analogică se poate conecta un generator sau un regulator de semnal rampă pentru a controla tensiunea motorului imediat după primirea comenzii de start. Generatorul de semnal se conectează la terminalele 14 (+) şi 15 () .

5

tfuncţionare

I

Imax

IR

0 0

Imax

t t

I

tpauză tfuncţionare

tpauză

Fig. 7

6

M3

L1

L2

L3NPE

e1 e2Q1

Q1

L1 L2 L3 PE 01 02 PE

K1

21 22 23 24

K2

33 31 32

K3

69 70

T1 T2 T3 PE 11 12 13 14 15 16 17 18 19 75 76 77

START/STOP

1

U V W

PE

0

+ - +Intrare analogică

PS1

PS2

Ieşire analogică

010V210V

020mA420mA

Set parametriiPS1PS21DeschisDeschis2Închis

Deschis3DeschisÎnchis4ÎnchisÎnchis

Fig. 8

BypassulÎn mod normal folosirea unui contactor de bypass nu este necesară deoarece

softstarterul este conceput pentru condiţii de utilizare continuă.În cazul unor probleme cu temperatura ambientală mare sau de altă natură ,

apare necesitatea utilizării unui contactor de bypass.

7

L1

L2

L3NPE

e1 e2Q1

Q1

L1 L2 L3 PE 01 02 PE

K1

21 22 23 24

K2

33 31 32

K3

69 70

T1 T2 T3 PE 11 12 13 14 15 16 17 18 19 75 76 77

M3

U V W

PE

START/STOP

10QR QF

Folosind releul intern de tensiune nominală K2 şi un contactor exterior se poate ocoli softstarterul când motorul ajunge la turaţia nominală. Contactorul de bypass se poate folosi şi în cazul în care se doreşte oprirea lină a motorului.

Dacă se doreşte utilizarea funcţiilor de alarmă, funcţiile extinse sau cele de vizualizare, transformatoarele de curent trebuie montate sub punctual în care se face bypassul pentru a trece prin ele curentul absorbit de motor la funcţionarea în sarcină. Pentru acest scop se foloseşte un cablu de extensie special.

În figura 9 se prezintă modul de realizare al bypass-ului şi de utilizare a urmării curentului.

Fig. 9

8

L1

L2

L3NPE

e1 e2 Q2

Q2

L1 L2 L3 PE 01 02 PE

K1

21 22 23 24

K2

33 31 32

K3

69 70

T1 T2 T3 PE 11 12 13 15 16 17 18 19 75 76 7714

M3

U V W

PE

T2

T1

START/STOP

10

În timpul funcţionării SST monitorizează continuu sarcina. În cazurile de viteză redusă sau sarcină parţială se poate îmbunătăţi factorul de putere, reducând tensiunea pe motor rezultă şi o scădere a consumului de energie electrică.

SST este capabil să funcţioneze la viteză redusă o perioadă limitată de timp. Viteza redusă este setată la 14 % din nN pentru mersul înainte şi 9 % pentru mersul înapoi. Există următoarele posibilităţi :

a) viteza redusă controlată extern - este folosită o intrare digitală pentrucontrolul extern puls sau treaptă când funcţia viteză este activată chiar după comanda de START, STOP sau ambele comenzi au fost date.

Se selectează intrarea digitală pentru funcţionarea la viteză redusă, timpul de viteză redusă la start, timpul de viteză redusă la stop, numărul de fronturi ignorate de intrarea de intrarea analogică de viteză redusă, înainte de a se active START sau STOP la viteză redusă.

Cuplul la viteză redusă şi frânarea în c.c. la viteză redusă pot fi selectate dacă este necesar.

La depăşirea numărului de fronturi sau a timpului prescris este efectuat un START în concordanţă cu funcţia principală selectată (U, I, M).

La STOP motorul va încetini (dacă este setat) şi va frâna în c.c. (dacă este setat) înainte de regimul de viteză la STOP.

În fig.10 numărul de fronturi selectat este 4. Dacă inerţia este mare este recomandabil să se seteze frânare în c.c. înainte de regimul de viteză redusă.

Fig. 10

9

Semnal extern

viteza

0

nN

0,14 nN

0,09 nN

Comanda START

Viteză redusă la START

Rampă de timp la START

Rampă de timp la STOP +

frânare în c.c.

Funcţionare la tensiune nominală

Viteză redusă la

STOPOprit

Comanda STOP

t

Interval în care semnalul este ignorat

Deschis

Închis

b) microviteza pentru un anumit interval de timp – microviteza înainte de pornire şi în înainte de oprire poate fi selectată să dureze un anumit timp. Pentru sarcinile cu inerţie mare este recomandabil să se seteze şi frânarea în c.c.

Funcţia de microviteză este disponibilă prin control local sau control de la distanţă. Poate fi selectat şi cuplu la microviteză.

Variaţia vitezei este prezentată în fig.11.

Fig. 11

c) micropăşire (JOG)Comenzile de JOG pot fi folosite pentru a permite motorului să funcţioneze în

regim de micropăşire. Comanda se poate da local sau prin intrare digitală 14 pentru o funcţie înainte/înapoi.

10

viteza

0

nN

0,14 nN

0,09 nN

Comanda START

Microviteză la START

Rampă la START

Rampă STOP + frânare în c.c.

Funcţionare la tensiune nominală

Microviteză la STOP

Oprire

Comanda STOP

t

Timp microviteză

START setat

Timp microviteză STOP setat

FRÂNAREA CU SST

La SST MSF 017 sunt disponibile 2 metode de frânare pentru a fi aplicate dacă rampele de oprire disponibile nu sunt suficiente.

a) Frânarea vectorială dinamică - se aplică la oprirea motoarelor cu încărcare inerţială mare, de la viteza

nominală. Când viteza ajunge la 30 % din viteza nominală se activează frânarea în c.c. până când motorul este oprit sau până când expiră timpul de frânare setat în meniul 034. Nu este necesar un contactor suplimentar.

Oprirea motorului este monitorizată cu ajutorul unei intrări digitale, astfel că la oprire se opreşte şi tensiunea de ieşire a softstarterului.

b) Frânarea lină - se aplică sarcinilor cu inerţie mijlocie sau mare. Prin inversarea

controlată a două faze de alimentare, la intrarea sau la ieşirea softstarterului se comandă frânarea lină.

Pentru activarea acestei metode meniul 036 trebuie setat pe 2 iar în meniul 034 trebuie ales un timp de frânare. De asemenea meniul 051 este setat la 5, iar 052 la 4 , pentru funcţionarea corectă a releelor K1 şi K2.

Releul k1 comandă contactorul principal Q1 iar releul K2 comandă contactorul Q2 de schimbare a succesiunii fazelor. La comanda de START, K1 se închide şi Q1

este închis. La STOP, K1 se deschide, iar după 1s, K2 se închide şi Q2 se închide şi el, începând regimul de frânare. În figura 1 se prezintă caracteristica de frânare în cele două cazuri.

Fig. 1

În figura 2 se prezintă schema de forţă şi comandă pentru frânarea cu SST MSF 017.

11

Mf

M0f

0 VVN

Frânare lină

Frânare în c.c

Fig. 2

Frânarea cu convertizor de frecvenţă

Frânarea în c.c.În acest caz se poate obţine cuplu de frânare mare la turaţie zero. Când turaţia

se reduce sub referinţa de frânare în turaţie, convertizorul opreşte motorul şi “injectează” în el curent continuu (fig.3).

Când referinţa de turaţie depăşeşte valoarea REFF, instrucţiunile convertizorului sunt reluate.

Injectarea de c.c. în motor duce la încălzirea acestuia. Pentru aplicaţiile cu t=t2 – t1 mare este necesară ventilaţia forţată a motorului. Valoarea turaţiei de REFF

la frânare este setabilă între (0…3000 rpm) iar curentul continuu injectat (deci cuplul de frânare) între (0…100) % din INmotor.

12

M3

L1

L2

L3NPE

e1 e2

Q1

Q1

L1 L2 L3 PE 01 02 PE

K1

21 22 23 24

K2

33 31 32

K3

69 70

T1 T2 T3 PE 11 12 13 15

U V W

PE

16 17 18 19 75 76 77

Q2

14

Q2

START/STOP

10

Fig. 3

Frânarea în fluxConvertizorul poate asigura o reducere a turaţiei crescând nivelul magnetizării

în motor. Prin creşterea fluxului, energia primită de motor în timpul frânării este transformată în căldură. Această caracteristică este utilă motoarelor cu puteri <15 kw. În figura 4 se prezintă caracteristicile de frânare în acest caz :

13

Frânare în turaţie

Turaţia n

Frână

Referinţă de turaţie

0

REFF

0

Frânare la n = 0

t

tt1

t1 t2

t2

F [Hz]

n

nN

1

22

1

0 t

80

60

40

20

050

N

f

MM [%]

- frânare cu flux– frânare fără flux

Fig. 4

Convertizorul monitorizează permanent starea, chiar şi în cazul frânării în flux.Frânarea în flux- poate fi folosită atât pentru frânare cât şi pentru schimbarea turaţiei;- frânarea începe imediat după primirea comenzii STOP;- răcirea motorului este eficientă în acest caz.

14

120

80

40

Mf [%]

[%]Mf

Cuplu frânare

120

80

40

1

0

0F [Hz]

F [Hz]

2

10 20 30 40 50

10 20 30 40 50