Universitatea Tehnică „Gh. Asachi” IaşiFacultatea de Electrotehnică

Lucrare de disertatie

Studiul aparatelor electrice de tip softstarter

Conducători ştiinţificiConf. dr. ing. Adrian Plesca

AbsolventChisca Bogdan

2009

CUPRINS:

Memoriu justificativ..............................................................................................3

CAP.I INTRODUCERE. GENERALITATI................................................4

1.1Scurt istoric al softstarterelor...................................................................4

1.2 Rolul softstarterelor în acţionările electrice............................................5

1.3 Principii de bază ale acţionărilor electrice..............................................8

CAP.II PORNIREA MOTORULUI ASINCRON TRIFAZAT CU

SOFTSTARTER.........................................................................................10

2.1 Motoare asincrone.................................................................................10

2.2 Procedee de pornire...............................................................................16

2.2.1 Pornirea directă............................................................................18

2.2.2 Pornirea motorului în conexiune stea-triunghi............................20

2.2.3 Pornirea cu softstartere................................................................21

CAP.III STUDIUL SOFTSTARTERELOR...............................................23

3.1 Descriere. Părti componente ale softstarterului.....................................23

3.2 Criterii de selecţie a softstarterelor în acţionările electrice...................25

3.3 Conectarea softstarterelor în reţele electrice.........................................27

3.4 Conexiunea Bypass...............................................................................28

CAP.IV TIPURI DE SOFTSTARTERE....................................................32

4.1 Softstarterul DS4 al firmei Moeller.....................................................32

4.2 Softstarterul DM4 Moeller..................................................................35

4.3 Softstarterul MCD 100 al firmei Danfoss...........................................40

4.4 Softstarterul MCD 200 Danfoss..........................................................41

4.5 Softstarterul MCD 3000 Danfoss........................................................43

4.6 Softstartere ABB................................................................................45

4.6.1 Softstarterul PSR cu limită compactă: 3 A - 105 A....................45

4.6.2 Softstarterul PSS cu limită medie: 18 - 300 A............................47

4.6.3 Softstarterul PST(B) cu limită largă: 30 - 1050 A......................48

CAP.V CONCLUZII..................................................................................49CAP.VI BIBLIOGRAFIE...........................................................................50

2

Memoriu justificativ

Procedeele de pornire si de protectie a motoarelor electrice sunt procedee

principale in electrotehnica.

Daca un motor electric nu este protejat adecvat, schimbarilor bruste ale cuplului

motor si ale vitezei de rotatie care apar in timpul proceselor de pornire si oprire, vor

genera socuri atat motorului, cat si echipamentului actionat de acesta. Cu timpul,

aceasta va duce la uzarea mecanica prematura a cuplajelor, angrenajelor, benzilor

rulante etc.

Procesele de pornire sau oprire abrupte pot duce, de asemenea si la distrugerea

bunurilor manevrate cu ajutorul motoarelor electrice. De aceea, a devenit o necesitate

folosirea soft-starterelor. Aceste echipamente controleaza tensiunea la pornirea si

oprirea motoarelor, pentru a asigura accelerarea, respectiv decelerarea lina. Astfel,

efectele nedorite ale pornirilor si opririlor bruste sunt eliminate.

Aceste echipamente electronice se utilizeaza pentru actionarea motoarelor

electrice asincrone cu rotorul in scurtcircuit, folosite in sisteme inerte si rezolva

problemele care pot aparea ca rezultat al autopornirii motoarelor, al proceselor

mecanice sau electrice tranzitorii la pornirea motoarelor si al cuplului de pornire

ridicat.

Softstarterele reprezinta o alternativa ieftina a invertoarelor de frecventa, in

cazurile in care beneficiarul ar trebui sa controleze pornirea si oprirea motorului, dar

nu si reglarea permanenta a vitezei de rotatie.

Soft-Starterele contribuie la realizarea unui proces de productie mai economic,

eliminand uzura mecanica si electrica a echipamentelor.

CAP.I INTRODUCERE. GENERALITATI

3

1.1 Scurt istoric al softstarterelor

Softstarterele au început să fie utilizate cu precădere în ultimii 20 de ani şi sunt

folosite, practic, în majoritatea aplicaţiilor, la pornirea maşinilor electrice. Ele sunt

robuste şi uşor de utilizat. Softstarterele sunt utilizate pentru obţinerea şi controlul unei

porniri line a motoarelor de inducţie trifazate (motoare cu colivie de veveriţă). De

regulă softstarterul este situat între invertorul de frecvenţă şi contactorul

electromecanic. Trebuia avute în vedere câteva aspecte pentru a asigura o pornire

adecvată şi acestea sunt dependente de natura pornirii. O pornire lină este o pornire cu

o tensiune de motor redusă, aceasta ducând la o reducere a cuplului maşinii.

Rolul softstarterului este de a reduce cuplul de pornire al maşinii prin controlul

tensiunii de alimentare. Astfel, maşina porneşte lin, lucru ce nu este posibil prin

metoda pornirii directe sau alta metodă.

Softstarterele sunt dispozitive electronice de putere care comandă pornirea unui

motor prin aplicarea tensiunii reţelei de la 0 la 100% din valoare într-un timp care

poate fi reglat, menţinând constant raportul tensiune/frecvenţă pentru a nu micşora

cuplul de pornire (se ştie că acesta variază proporţional cu pătratul acestui raport).

Avantajele acestei metode:

- curent controlabil la pornire

- nu apar vârfuri de curent

- nu necesită întreţinere

- cuplul de pornire controlabil

- se evită şocurile mecanice şi şocurile de curent la pornire

Aceste echipamente electronice se utilizează pentru acţionarea motoarelor

electrice asincrone cu rotorul în scurtcircuit, folosite în sisteme inerte şi rezolvă

problemele care pot apărea ca rezultat al autopornirii motoarelor, al proceselor

mecanice sau electrice tranzitorii la pornirea motoarelor şi al cuplului de pornire

ridicat. Softstarterele reprezintă o alternativă ieftină a invertoarelor de frecvenţă, în

cazurile în care beneficiarul ar trebui să controleze pornirea şi oprirea motorului, dar

4

nu şi reglarea permanentă a vitezei de rotaţie. Nu sunt utilizabile pentru comanda

motoarelor în anumite regimuri.

Dacă un motor electric nu este protejat adecvat, schimbărilor bruşte ale cuplului

motor şi ale vitezei de rotaţie care apar în timpul proceselor de pornire şi oprire, vor

genera şocuri atât motorului, cât şi echipamentului acţionat de acesta. Cu timpul,

aceasta va duce la uzarea mecanică prematură a cuplajelor, angrenajelor, benzilor

rulante etc. Procesele de pornire sau oprire abrupte pot duce, de asemenea şi la

distrugerea bunurilor manevrate cu ajutorul motoarelor electrice. De aceea, a devenit o

necesitate folosirea soft-starterelor. Aceste echipamente controlează tensiunea la

pornirea şi oprirea motoarelor, pentru a asigura accelerarea, respectiv decelerarea lină.

Astfel, efectele nedorite ale pornirilor şi opririlor bruşte sunt eliminate.

1.2 Rolul softstarterelor în acţionările electrice

Soft-Starterele contribuie la realizarea unui proces de producţie mai economic,

eliminând uzura mecanică şi electrică a echipamentelor.

Accelerarea / decelerarea lină reduc sarcinile mari şi şocurile la care sunt supuse

utilajele în momentul pornirii / opririi. La echipamentele de pompare, softstartelele

elimină şocurile de presiune în ţevi şi în valve la pornirea / oprirea pompelor.

Creşterea graduală a curentului elimină de asemenea căderile de tensiune, apariţia

curenţilor de circulaţie şi supraîncălzirea motoarelor. Prevenind apariţia unor

asemenea fenomene, se reduce uzura mecanismelor, permiţând funcţionarea fără

întreruperi a proceselor industriale timp îndelungat.

Prevenirea efectului loviturii de berbec a coloanei de apă

Efectul loviturii de berbec, cauzat de pornirea sau oprirea bruscă a pompelor,

poate duce la spargerea conductelor. Softstarterul contribuie la un transport mai sigur

al lichidelor datorită pornirilor şi opririlor line. Caracteristicile presetate pentru

echipamente de pompare, asigură un acces uşor şi rapid la parametrii de lucru, pentru

un proces de pompare optim. Softstarterul posedă o familie de curbe destinate

prevenirii efectului loviturii de berbec.

5

Doua setări de parametri de lucru, care se pot accesa individual şi programa

independent, asigură versatilitate şi flexibilitate oricărui proces de producţie.

Domenii tipice de utilizare pentru softstarter Acţionarea pompelor: Şocurile de presiune sunt evitate prin pornirea uşoară.

Încărcarea mecanică a instalaţiilor ca întreg scade, iar durata de viaţă a componentelor

instalaţiei este extinsă.

Acţionarea ventilatoarelor şi compresoarelor: Prin pornirea uşoară curelele

trapezoidale nu mai glisează, iar uzarea precoce este împiedicată. Astfel, scad costurile

de funcţionare, iar durata de viaţă a instalaţiei se prelungeste.

Benzi transportoare: In locul pornirii cu un "şoc", banda transportoare

funcţioneaza lin, iar obiectele transportate nu se rastoarnă. Banda este protejată

mecanic şi are o durată de viaţă mai lungă.

Ferăstraie circulare, ferăstraie-panglică: Prin limitarea curentului la pornire,

se evită vârfurile de curent. Astfel, se creează posibilităţi de economisire a costurilor

energetice şi tarife reduse pentru sarcina de vârf din partea furnizorului de energie.

Mecanisme de malaxare, amestecare: Prin limitarea curentului la pornire, se

evită vârfurile de curent. Astfel, se creează posibilităţi de economisire a costurilor

energetice şi tarife reduse pentru sarcina de vârf din partea furnizorului de energie.

Mori, concasoare.

Alte aplicaţii ale softstarterului

In afară de aplicaţiile ilustrate mai sus, softstarterul poate fi utilizat pentru a

optimiza funcţionarea unei game mult mai vaste de echipamente, incluzând:

-macarale;

-pompe speciale;

-centrifuge.

Ventilatoare si ventole mult mai fiabile

6

Performanţele ventilatoarelor şi ventolelor sunt mult îmbunătăţite, datorită

pornirii line şi a reducerii curentului de vârf la pornire. Benzile transportoare durează

mai mult, componentele sistemelor mecanice suportă mai puţine şocuri şi întreţinerea

este minimizată.

Pornirea lină a compresoarelor

Reducerea curentului de vârf la pornire este principalul beneficiu rezultat din

instalarea unui softstarter la un compresor. Uzura părţilor mecanice ale compresorului

este, de asemenea, mult redusă. Toate acestea duc la creşterea duratei de viaţă a

echipamentului, mai puţine avarii, deci realizarea de economii.

Gama completă pentru pornirea/ oprirea motorului

Diferitele aplicaţii presupun de asemenea şi solicitări diferite pentru sistemele

electrice de acţionare:

• În cazul cel mai simplu, motorul este comutat cu ajutorul unui contactor

electromecanic. Combinaţia de contactor şi întrerupător este numită starter pentru

motor.

• Contactoarele statice fără elemente mecanice în mişcare îndeplinesc cerinţele

de comutare silenţioasă frecventă. Alături de protecţia clasică pentru conductori, la

scurt-circuit şi la suprasarcină se utilizează, în funcţie de sistemele de coordonare „1“

sau „2“, şi o siguranţă ultra-rapidă.

• În cazul pornirii directe (stea-triunghi, starter cu reversarea turaţiei, poli

comutabili) apar vârfuri mari de curent şi socuri mecanice dăunătoare. Softstarterele

sunt preferabile în aceste cazuri căci oferă o pornire lină care asigură de asemenea şi

protecţia reţelei.

• Cerinţa de turaţie continuu-reglabilă sau de o adaptare condiţionată de aplicaţie

a cuplului este îndeplinită în prezent de toate convertizoarele de frecvenţă

(convertizoare U/f, convertizoare de frecvenţă cu reglare vectorială, servo). În general

este valabil: „Modul de utilizare defineşte modul de acţionare“.

1.3 Principii de bază ale acţionărilor electrice

7

Dispozitive electronice de putere

Dispozitivele electronice de putere servesc pentru adaptarea continuă (fără trepte)

a mărimilor fizice (de exemplu turaţia sau momentul de rotaţie) la procesul de

producţie. Astfel energia este preluată de la reţeaua electrică de alimentare, parametrii

ei sunt prelucraţi de către electronica de putere, şi energia este livrată consumatorului

(motorul electric) sub forma necesară procesului.

Contactoare statice: Contactoarele statice permit o comutare rapidă şi fără

zgomot a motoarelor asincrone trifazate sau a sarcinilor rezistive. Conectarea se face

automat, la momentul optim, astfel eliminându-se curenţii şi supratensiunile nedorite.

Softstartere: Aceste echipamente comandă aplicarea tensiunii reţelei de la 0 la

100 % într-un timp care poate fi reglat. Motorul porneşte aproape fără şocuri.

Reducerea tensiunii conduce la o reducere pătratică a cuplului de rotaţie în raport cu

pornirea normală a motorului. Softstarterele se utilizează în special pentru pornirea

motoarelor cu sarcină cu variaţie pătratică (de exemplu pompe sau ventilatoare).

Convertizoare de frecvenţă: Convertizoarele de frecvenţă transformă reţeaua de

curent alternativ mono – sau trifazat cu tensiune constantă şi frecvenţă constantă într-o

reţea trifazată nouă, cu tensiune variabilă şi frecvenţă variabilă. Această reglare

simultană a tensiunii/frecvenţei permite realizarea unui reglaj continuu al turaţiei

motoarelor asincrone trifazate. Acţionarea poate dispune de cuplul nominal chiar şi în

funcţionare la turaţii mici.

Convertizoare de frecvenţă vectoriale: În timp ce la convertizoarele de

frecvenţă motorul asincron trifazat este comandat după o caracteristică U/f

(tensiune/frecvenţă), la convertizoarele de frecvenţă cu reglare vectorială se realizeză o

reglare fără senzori, orientată după flux, a câmpului magnetic din motor. Mărimea de

reglaj este în acest caz curentul motorulu. Prin aceasta se obţine un moment de rotaţie

optim pentru aplicaţia dată (mixere, extrudere, instalaţii de transport şi de extracţie).

8

Aparatura de bază utilizată în acţionările electrice

9

CAP. II PORNIREA MOTORULUI ASINCRON

TRIFAZAT CU SOFTSTARTER

2.1 Motoare asincrone

O temă de proiectare de acţionări electrice presupune existenţa unui motor

electric de acţionare ale cărui caracteristici – turaţie, moment de rotaţie şi gamă de

reglare – sunt stabilite în funcţie de cerinţele temei.

Tipul de motor electric utilizat cu precădere în acţionări electrice pe plan mondial

este motorul asincron trifazat. Construcţia sa robustă şi simplă, gradul ridicat de

protecţie şi tipodimensiunile standardizate reprezintă caracteristicile remarcabile ale

celui mai apreciat şi utilizat tip de electromotor.

Motorul asincron trifazat este caracterizat de momentul (cuplul) de pornire MA,

momentul critic MK şi momentul nominal MN.

Caracteristicile motorului asincron funcţie de turaţie

10

La motorul asincron trifazat există trei grupe de înfăşurări dispuse cu un decalaj

de 120°/p între ele (p = numărul de perechi de poli). Prin alimentarea cu un sistem de

tensiuni trifazice decalate in timp cu 120°, în motor ia naştere un câmp învârtitor.

Sistem de tensiuni trifazice decalate la 120°

Pe principiul inducţiei electromagnetice în înfăşurarea rotorică se produce un

câmp invârtitor şi un moment de rotaţie. Turaţia motorului este dependentă de numărul

de perechi de poli şi de rotaţie se poate inversa prin inversarea a două borne ale

tensiunii de alimentare:

ns = numărul de rotaţii pe minut

f = frecvenţa tensiunii, în Hz

p = numărul de perechi de poli

Exemplu:

11

Motor cu 4 poli (numărul de perechi de poli = 2), frecvenţa reţelei = 50 Hz, n =

1500 min-1 (turaţie sincronă, turaţia câmpului învârtitor).

Datorită principiului inducţiei electromagnetice, rotorul motorului asincron nu

poate atinge nici în timpul funcţionării în gol turaţia câmpului rotativ. Diferenţa între

turaţia sincronă şi turaţia rotorului este denumită alunecare.

Turaţia de alunecare:

Turaţia unui motor asincron:

Puterea este dată de:

P2 = puterea la ax,în kW

M = cuplul (momentul) de rotaţie în Nm

n = turaţia, în min -1

12

Datele nominale electrice şi mecanice ale motorului sunt tipărite pe eticheta

fixată pe acesta.

Placuţă indicatoare aflată pe motoarele electrice

Conexiunile electrice ale motoarelor asincrone trifazate se fac , de regulă, prin 6 borne. În acest mod se pot realiza două moduri de conectare, respectiv în stea şi în triunghi.

Placă de borne

13

Conectarea înfăşurărilor în stea

Conexiune tip stea

Legatura la placa de borne pentru conexiunea stea

14

Conectarea înfăşurărilor în triunghi

Conexiune tip triunghi

Legatura la placa de borne pentru conexiunea triunghi

15

2.2 Procedee de pornire

Cele mai importante soluţii legate de pornirea şi funcţionarea motoarelor

asincrone trifazate sunt:

-Pornirea directă(electromecanică)

-Pornirea stea-triunghi(electromecanică)

16

Evoluţia tensiunii de alimentare în cazul pornirii directe, respctiv stea/triunghi

Softstartere şi contactoare statice (electronică)

17

Evoluţia tensiunii de alimentare în cazul pornirii cu softstarter

2.2.1 Pornirea directă

În aplicaţiile simple şi uzuale la puteri mici (până la 2,2 kW), motoarele trifazate

sunt conectate direct la reţea. Aceasta se face, de obicei, cu un contactor

electromecanic.

În aceste situaţii, prin conectarea la o reţea cu tensiune şi frecvenţă fixe ,turaţia

motorului se află doar cu puţin sub turaţia sincronă [ns ~ f].

Valoarea turaţiei de lucru [n] diferă de turaţia sincronă deoarece rotorul este

rămas în urmă faţă de câmpul învârtitor: [n = ns x (1 – s)], cu alunecarea [s = (ns –

n)/ns].

La pornire (s = 1) apare un curent de pornire de valoare ridicată –având valoarea

de până la de 10 ori curentul nominal Ie.

18

Caracteristica I/Ie şi M/MN funcţie de alunecare la pornirea

directă a motorului asincron

Caracteristicile pornirii directe

• Pentru motoare de putere mică şi medie

• Trei conductoare de legătură (conexiune: stea sau triunghi)

• Cuplu de pornire ridicat

• Solicitare mecanică foarte mare

• Vârfuri mari de curent

• Căderi ale tensiunii

• Aparate de comutare simple

19

2.2.2 Pornirea motorului în conexiune stea-triunghi

Pornirea motoarelor trifazate în conexiunea stea-triunghi reprezintă varianta cea

mai cunoscută şi mai larg răspândită.

Caracteristica I/Ie şi M/MN funcţie de alunecare la pornirea

in stea+triunghi a motorului asincron

Caracteristicile pornirii stea–triunghi

• Pentru motoare trifazate de puteri mici până la puteri ridicate

• Curent de pornire redus

• 6 conductoare de alimentare

• Cuplu de pornire redus

• Vârfuri de curent la comutarea din stea în triunghi

• Solicitare mecanică la comutarea din stea în triunghi

20

2.2.3 Pornirea cu softstartere (demaroare electronice pentru motoare)

După cum rezultă din caracteristicile motorului la pornire, în conexiune stea

triunghi apar salturi de curent şi de cuplu care implică influenţe negative, în special la

puteri mijlocii şi mari:

• Solicitări mecanice mari ale maşinii

• Uzură mai rapidă

• Costuri de service mai ridicate

• Costuri de exploatare mai ridicate (penalizări la depăşiri de consum)

• Încărcare mare pentru reţea, respectiv a generatorului

• Căderi ale tensiunii care se repercutează asupra celorlalţi consumatori.

Se doreşte o creştere fără salturi a momentului (cuplului) de rotaţie, precum şi o

reducere a curentului în procesul de pornire. Acest lucru este realizat de către

softstarterul electronic. Softstarterul comandă continuu (fără trepte) tensiunea de

alimentare în timpul pornirii motorului. Prin aceasta se adaptează motorul asincron

trifazat la comportarea sarcinii (maşinii de lucru) şi este accelerat în mod

corespunzător. Se evită astfel şocurile mecanice şi se evită vârfurile de curent.

Softstarterele sunt o alternativă electronică pentru pornirile clasice în stea-triunghi.

Caracteristica I/Ie şi M/MN funcţie de alunecare la pornirea

cu softstarter a motorului asincron

21

Caracteristici pentru pornirea cu softstartere

• Pentru motoare trifazate de puteri mici până la puteri ridicate

• Nu apar vârfuri de curent

• Nu necesită întreţinere

• Cuplu de pornire controlabil, mult redus

CAP.III STUDIUL SOFTSTARTERELOR

22

3.1 Descriere. Părti componente ale softstarterului

Sofstarterul reglează tensiunea reţelei de alimentare începând de la o valoare ce

poate fi setată de operator până la valoarea ei maximă. In cazul în care un motor

asincron trifazat este alimentat de la o astfel de reţea, cuplul de pornire al acestuia este

semnificativ redus. Aceasta asigură motoarelor de inducţie trifazate o pornire lină la un

curent de pornire redus.

Părţi componente şi rolul acestora

1. Reţea de alimentare Ulinie= 3x230 până la 3x460

2. Tiristoare în antiparalel pe toate cele 3 faze ce controlează tensiunea

motorului

3. Tensiune de ieşire (U2): trifazată, începând de la o valoare de start presetată

până la 100% din tensiunea de alimentare cu valoarea frecvenţei constantă.

23

Curent de ieşire (I2N):

15 - 900 A la o temperatură maximă a mediului ambiant de 40 °C.

Putere dezvoltată la axul motorului (P2):

-7.5 - 500 kW la 400 V cu conexiune standard sau 10 - 750 CP la 460 V

-11 - 900 kW la 400 V cu conexiune triunghi sau 15 - 1300 CP la 460 V

4. Controler: controlează partea de putere. Comenzile de control sunt procesate

aici şi tot aici sunt definiţi parametrii.

5. Ecran LCD cu taste unde pot fi setaţi parametrii şi vizualizaţi.

Caracteristicile principale ale unui softstarter

Construcţie compactă √

Reacţie la limită de curent √

Tensiune de pornire reglabilă √

Cuplu reglabil √

Rampe de pornire şi oprire separate ca setare √

Limită de curent ajustabilă √

Funcţie de economie a energiei √

Intrări digitale configurabile 2

Intrări/ieşiri analogice configurabile 2/2

Relee de ieşire configurabile 4

Poate fi folosit ca softstarter şi controler de faze √

Parametri ajustabili în toată plaja de curenţi √

Conectabil la reţele de comunicare √

Interfaţă Serial √

Ecran LCD cu taste √

Memorie a evenimentelor 5msg

Control atât în linie (presetat) cât şi în triunghi √

3.2 Criterii de selecţie a softstarterelor în acţionările electrice

24

Alegerea softstarterului se face ţinând cont de curentul nominal al motorului şi

de tipul de sarcină al acestuia. Sarcina trebuie să aibă o variaţie pătratică/ caracteristica

cuplului. Sarcinile cu viteză liniară sau constantă nu pot fi pornite la putere maximă cu

softstarterul (pistoanele pompelor pot fi pornite doar cu valve bypass).

Curentul de ieşire al softstarterului trebuie sa fie egal sau mai mare decât

curentul motorului. Pentru motoarele cu o rezistenţă mare de pornire, softstarterul ales

trebuie să fie dimensionat corect pentru a evita supraîncărcările.

Conexiunea în paralel a mai multor motoare la un singur softstarter se face

având în vedere suma curenţilor nominali ai acelor motoare.

Conectarea motoarelor în timpul funcţionării softstarterului nu este permisă.

Softstarterul trebuie sa poată furniza curentul de pornire al motorului, care este de 6-8

ori mai mare decât curentul nominal, plus curentul ce trebuie furnizat celorlalte

motoare.

Pierderi de putere în softstarter

Pierderile de putere din softstarter Pv depind de condiţiile de funcţionare ale

motorului la care acesta este conectat. In cele ce urmează se prezintă valorile

pierderilor în cazul softstarterului DM4 conectat la un motor de inducţie trifazat cu 4

poli ce lucrează la o temperatură a mediului ambiant de 40 grade C.

La pornire, curentul depăşeste curentul nominal. Toate tipurile de aplicaţii în

care softstarterul este montat trebuie sa permită descărcarea energiei. Depinzând de

durata rampei şi de setările limitei curentului, acest curent de pornire poate dura mai

mult sau mai puţin, de ordinul secundelor. Orice pierdere de energie trebuie avută în

vedere la realizarea aplicaţiei.

MODEL

DM4-340-…

Puteri[W]

1 x Ie[W] 2 x Ie[W] 3 x Ie[W] 4 x Ie[W] 5 x Ie[W]

25

…-7K5 45 107 186 282 395

…-11K 58 132 221 325 445

…-15K 83 195 335 504 702

…-22K 109 246 411 603 824

…-30K 141 325 553 824 1139

…-37K 179 404 677 996 1361

…-45K 216 497 844 1255 1731

…-55K 265 606 1023 1516 2085

…-75K 370 875 1516 2292 3203

…-90K 438 1019 1742 2607 3614

…-110K 531 1258 2182 3303 4621

…-130K 648 1556 2722 4148 5833

…-160K 781 1916 3403 5242 7435

…-200K 911 2130 3658 5494 7640

…-250K 1246 2917 5013 7534 10481

…-320K 1580 3796 6647 10133 14254

…-400K 1981 4520 7618 11275 15490

…-500K 2649 6222 10719 16138 22481

Condiţii de mediu pentru funcţionarea softstarterelor

Grad de protecţie IP20

Altitudine: până la 1000m; peste aceasta altitudine până la 2000m cu o

scădere de curent 1% pentru fiecare 100m peste 1000.

Temperatura: 0-40 °C fără variaţii; până la 50°C cu o variaţie de 2% pe

°C

Depozitare: -25 - +55 °C constant; -25 - +75 °C max. 24 de ore.

3.3 Conectarea softstarterelor în reţele electrice

26

Conexiunea cablurilor

Legenda:

27

1. Linie de protecţie

2. Contacte principale

3. Siguranţă semiconductoare

4. Controler protecţie alimentare

5. Soft starter

6. Motor

T1: +Termistor

T2: –Termistor

Ieşirile softstarterului (terminalele 2T1, 4T2, 6T3) nu trebuie să fie utilizate

pentru a conecta o inductanţă capacitivă, pentru a conecta mai multe softstartere în

paralel sau pentru alimentare.

Elementele de protecţie pentru partea de putere trebuie să fie alese în acord cu

configuraţia reţelei folosite.

3.4 Conexiunea Bypass

Cu ajutorul conexiunii bypass motorul poate fi conectat direct la reţeaua de

alimentare. In acest fel se elimină pierderea energiei prin softstarter. După terminarea

procesului de pornire al motorului, softstarterul controlează contactorul bypass (atunci

când tensiunea maximă este atinsă). Nici un alt operator este necesar. Funcţia Top Of

Ramp este de obicei atribuită releului K2 astfel încât contactorul bypass este controlat

de softstarter.

28

Controlul circuitului in bypass

1. Activează DM4

2. DM4 Soft start, Soft stop

OPRIRE DE URGENTA

S1: Oprit

S2: Pornit

S3: Soft stop

S4: Soft start

Conectarea la pompe

Când o pompă este conectată la un softstarter trebuie să fie frecvent posibile

operaţii de urgenţă cu contactorul bypass. Pentru alegerea între pornirea cu softstarter

şi pornirea directă cu ajutorul contactului bypass, un comutator este acţionat. In acest

caz softstarterul este complet izolat. Pentru că nu este posibilă deconectarea circuitului

în timpul operaţiei, contactele asigură schimbarea doar după oprire.

Pornirea mai multor motoare succesiv

La pornirea succesivă a mai multor motoare cu un softstarter trebuie avute în

vedere, în ordine, următoarele acţiuni:

29

Pornire cu softstarter

Trecere pe contact bypass

Deconectare softstarter

Conectarea ieşirii softstarterului la următorul motor

Restart

Conectarea în paralel a motoarelor cu un sofstarter

Se poate de asemenea să pornim mai multe motoare în paralel cu un softstarter.

Comportarea fiecărui motor individual nu este afectat în acest caz. Fiecare motor

trebuie echipat cu protecţie adecvată la suprasarcină.

Curentul total consumat de toate motoarele conectate nu trebuie să depăşească

curentul nominal Ie al softstarterului.

Este important în acest caz să nu se folosească funcţia de protecţie electronică a

softstarterului. Trebuie aşadar ca fiecare motor în parte să fie protejat cu termistoare

şi/sau relee de suprasarcină.

Intrări digitale, interconectare cu PLC

Intrările digitale ale softstarterelor sunt izolate galvanic de partea de control.

Aceasta permite softstarterului să fie direct conectat la un automat programabil (PLC).

Pentru a mări protecţia la interferenţe, potenţialul zero al intrării semnalului de control

poate fi conectat direct la pământ printr-un capacitor nepolarizat (0.1 μF, 250 V DC).

Dacă terminalele E1 si E2 sunt alimentate cu ajutorul unei surse externe de la un

PLC, se interconectează 0V al ieşirii PLC-ului cu 0V al intrării de control al

softstarterului.

Dacă mai multe softstartere sunt controlate de acelasi PLC, într-un sistem, se

conectează potenţialele zero ale tuturor aparatelor în stea. Echipamentele trebuie să

aibă un nul comun, de preferabil la PLC. Potenţialul zero al PLC-ului va fi împământat

direct.

30

Conectarea la un PLC

CAP.IV TIPURI DE SOFTSTARTERE

31

4.1 Softstarterul DS4 al firmei Moeller

Caracteristici:

• Structura, montarea şi conexiunile similare cu a unui contactor

• Sistem automat de recunoaştere a tensiunii de comandă

– 24 V c.c. g 15 %,

– 110 - 240 V c.a. g 15 %

– Pornire sigură la 85 % din Umin

• Afişaj pentru funcţionare prin intermediul unui LED

• Rampa reglabilă separat pentru pornire şi oprire (0,5 până 10 s)

• Tensiune de pornire reglabilă (30 până la 100 %)

• Contact de releu (contact normal deschis): mesaj de funcţionare, TOR (Top of

Ramp)

Panel DS4

Afişaje LED

32

LED-urile indică, în funcţie de situaţie, după cum urmează:

_____________________________________________________________________

LED-ul roşu LED-ul verde Funcţie

_____________________________________________________________________

aprins aprins La„Init”, LED-urile luminează scurt ,

“Init” durează cca 2 secunde

Funcţie de echipament:

– Toate aparatele: LED-ul

luminează o dată scurt

– Aparate de c.c: după o

scurtă pauză LED-urile

mai luminează o dată

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

stins stins Echipamentul este oprit

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

stins flash cu tact 2 s Pregătit de funcţionare, sursa

de alimentare OK, dar

fără semnal de pornire

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

stins cu pâlpâire la 0,5 s Echipament în funcţionare,rampa

este activă (softstart sau softstop),

la echipamentul M(X)R este indicat

suplimentar sensul de rotaţie activ.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

stins aprins Echipament în funcţionare, rampa

este la maxim „Top-of-Ramp”,

la echipamentul M(X)R este indicat

suplimentar sensul de rotaţie activ.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

tact pâlpâire la 0,5 s stins Defect

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

33

Variaţia tensiunii în funcţionarea softstarterului

Variante ale modelului DS4

34

4.2 Softstarterul DM4 Moeller

Gama de aparate DM4 completează programul de softstartere de la Moeller cu

variante superioare. Cu un domeniu de putere începând cu 7,5 kW, softstarterele DM4

sunt adecvate pentru condiţiile exigente ale automatizării. Caracteristicile esenţiale

sunt:

Limitarea curentului

Capacitate mărită de suprasarcină

Domeniu de putere până la 500 kW (respectiv 900 kW la tipul de conexiune

"In-Delta")

Serii de parametri presetate selectabile pentru aplicaţii standard

Toţi parametrii pot fi setaţi şi în mod individual

Unitate de comandă cu afişaj text (optional)

Ieşiri pe releu şi analogice programabile

Cu posibilitate de conectare la magistrala de date

Funcţia de variator de tensiune alternativă se poate activa din soft.

Funcţionare ca softstarter trifazat

Aparatele gamei DM4 sunt softstartere pentru motoare trifazate asincrone.

Tipul de conexiune determina domeniul de putere:

La tipul de conexiune "In-Line" (înaintea sarcinii, standard) 7.5 kW până

la 500 kW la 400 V

35

La tipul de conexiune "In-Delta": 11 kW până la 900 kW la 400 V, fiecare

fază a softstarterului este conectată în serie cu înfăşurarea motorului (6 cabluri

necesare, numai pentru motor cu conexiune în triunghi).

Funcţionare ca variator trifazat de tensiune alternativă

Aparatele din seria DM4 pot fi setate prin software să funcţioneze ca variator de

tensiune. Domeniul de putere se extinde de la 16 A la 900 A la 400 V (este posibilă

numai conexiunea standard, tipul "In-Line"!).

Poate fi folosit atât în buclă deschisă, cât şi în buclă închisă.

Aparatele sunt echipate cu 2 intrări analogice pentru referinţă/valoare masurată şi

cu o buclă de măsura suplimentară.

Pentru parametrizarea acţionării, este necesară în mod suplimentar, o unitate de

comandă sau o interfaţă serială cu software pentru PC.

Domenii tipice de utilizare

Sarcini de încălzire: O reglare continuă a temperaturii reduce încărcarea

termică şi mecanică a elementelor de încălzire şi prelungeste durata de

viaţă a acestora.

Comanda iluminării: Aprinderea treptată a lămpilor reduce consumul de

curent în starea rece. Prin exploatarea punctelor optime de funcţionare a

becurilor se reduce consumul acestora de curent la aceeaşi intensitate a

luminii şi se prelungeste durata de viaţă. Astfel, se creează posibilităţi de

economisire a costurilor energetice şi tarife reduse pentru sarcina de vârf

din partea furnizorului de energie.

Generatoare de ozon: Reglarea transformatoarelor de înaltă tensiune.

Caracteristici

• Softstarter parametrizabil şi capabil de comunicare, echipat cu cleme şi interfaţă

pentru opţiunile:

– Unitate de comandă şi parametrizare

36

– Interfaţă serială

– Interfaţă pentru magistrală de câmp

• Selector pentru aplicaţii cu parametri pre-programaţi, pentru 10 aplicaţii

standard

• I2t-regulator

– Limitare curent

– Protecţie pentru supra-sarcină

– Sistem de determinare a funcţionării în gol/ sau la curent minimal (de ex.

ruperea curelei de transmisie)

• Sistem de pornire cu ”kick” şi pornire cu sarcină ridicată

• Sistem automat de recunoaştere a tensiunii de comandă

• 3 relee, de ex. semnalizarea defectării, TOR (Top of Ramp)

Pentru zece utilizări tipice sunt disponibile seturi de parametri selectabili.

Alte setări specifice instalaţiei pot fi adaptate în mod individual prin intermediul

unei unităţi de comandă disponibile în mod opţional.

De exemplu regimul de funcţionare „variator tensiune alternativă”: În acest regim

pot fi comandate cu softstarterul DM4 sarcini rezistive şi inductive trifazate instalaţii

de încălzire, iluminat, transformatoare, iar în raport de o valoare impusă (şi cu o

funcţionare în buclă închisă) se poate face chiar o reglare.

În locul unităţii de comandă pot fi conectate şi interfeţe de comunicaţie:

• Interfaţă serială RS 232/RS485 (parametrizare prin software cu calculatorul PC)

• Interfaţă pentru magistrală externă Suconet K (interfaţă existentă pe orice

automat programabil tip Moeller)

• Interfaţă pentru magistrală externă PROFIBUS DP

Softstarterul DM4 realizează o pornire lină în forma cea mai confortabilă. În

acest fel se poate renunţa la componentele suplimentare externe cum ar fi relee de

protecţie a motoarelor, deoarece pe lângă supravegherea existenţei fazelor şi măsurarea

curentului din motor se realizează şi măsurarea temperaturii din înfăşurarea motorului

prin intermediul intrării de termistor integrate.

Softstarterul DM4 îndeplinește normele de producţie IEC/EN 60 947-4-2.

În cazul softstarterului, scăderea tensiunii de alimentare duce la reducerea

curenţilor ridicaţi de la pornirea motorului asincron trifazat; totodată scăzând şi cuplul

37

de rotaţie. Motorul va atinge în situaţia unei porniri reuşite, în cazul tuturor soluţiilor

prezentate până aici, valoare a turaţiei afişată pe eticheta produsului. Pentru pornirea

motorului cu cuplul nominal şi/sau funcţionarea cu turaţii independente de frecvenţa

reţelei este necesară utilizarea unui convertizor de frecvenţă.

Optiuni de pornire cu softstarterul DM4

38

Descrierea comenzilor de pornire de pe panelul DM4

39

4.3 Softstarterul MCD 100 al firmei Danfoss

MCD 100 este un starter destinat motoarelor de curent alternativ de până la 11

kW care, datorită soluţiei unice de proiectare pe baza dispozitivelor semiconductoare,

este foarte eficient din punct de vedere al raportului performanţă-cost şi extrem de

compact.

MCD 100 este într-adevăr un produs de tipul “instalează-l şi uită de el”.  Selecţia

poate fi făcută pe baza puterii motorului – exact ca şi în cazul contactoarelor

tradiţionale.

Gama de produse

1.5kW (MCD 100-001)

7.5kW (MCD 100-007)

11 kW (MCD 100-011)

Toate tipurile sunt proiectate  pentru tensiuni de linie de până la  600 V c.a

40

Caracteristici principale

Produsele MCD 100 generează o rampă de tensiune liniar variabilă crescătoare şi

descrescătoare, a cărei durată  poate fi reglată individual cu ajutorul întrerupătoarelor

rotative în gama 0.4 - 10 secunde.Cuplul de pornire poate fi ajustat între 0 şi 85 % din

cuplul direct.

Avantaje

O proiectare cu semiconductoare  robustă  – selecţia poate fi realizată pe baza

puterii motorului ceea ce asigură o selecţie uşoară.

Poate fi utilizat pentru un  număr aproape nelimitat de porniri pe oră fără pierderi

de putere. O tensiune de comandă universală (24-480 V c.a. / V c.c.) – simplifică

selecţia şi păstrează rezerva la minimum. 

Un concept de proiectare de contactor static de tipul „instalează-l şi uită-l”–

simplifică instalarea şi reduce spaţiul necesar pe panou. Comutatoare rotative

comandate digital – asigură reglări precise şi simplifică instalarea.Proiectarea are la

bază standardele pentru condiţii grele de exploatare  - simplifică selecţia şi reduce

riscul apariţiei avariilor.

4.4 Softstarterul MCD 200 Danfoss

Datorită utilizării intensive a noilor tehnologii de vârf, cum ar fi noii  algoritmilor

de comandă ai semiconductorilor şi concepţia proiectării de derivaţie (bypass), noile

circuite de pornire (softstartere) sunt foarte compacte şi cu o disipaţie de căldură foarte

scăzută. 

De aceea nu este necesară  utilizarea unei ventilări suplimentare şi nici a

contactoarelor de derivaţie. Aceasta simplifică instalarea şi reduce la minim spaţiul de

montare pe panou.

41

Gama produsului

7.5 – 110 kW

Versiuni

MCD 201 este versiunea de bază care oferă rampe de tensiune liniar variabile

temporizate pentru comanda sincronă.

MCD 202 este versiunea avansată care asigură pornirea treptată prin limitare de

curent, rampă de tensiune temporizată descrescătoare, şi protecţie pentru  motor.

Caracteristici principale

Valori nominale ale curentului pentru pornirea în condiţii normale şi

dificile

Versiuni pentru  200- 575 V c.a.

Demaraj lent prin rampa de tensiune sau limitare de curent

Protecţie pentru motor încorporată

Proiectare compactă cu sistem de derivaţie  intern pentru pierderi minime

de putere

Module suplimentare pentru comanda de la distanţă şi comunicaţia serială

Software pentru  calibrare, comandă şi supraveghere.

42

Accesorii

MCD 200 dispune de o gamă variată de accesorii.

Module suplimentare care asigură comunicaţia serială necesară. (Profibus,

DeviceNet, ModBus)

Un modul de comandă de la distanţă care asigură  comanda şi

supravegherea de la distanţă, şi care îl fac ideal pentru montarea pe panou.

4.5 Softstarterul MCD 3000 Danfoss

MCD 3000 reprezintă soluţia completă pentru pornirea unui motor. 

Transformatorii de curent măsoară curentul motorului şi furnizează reacţia  necesară

pentru comanda tensiunii de accelerare, dar şi pentru numeroasele funcţii de protecţie

ale motorului. 

Un dispozitiv de afişare numeric şi o tastatură logică cu butoane fac programarea

uşoară, iar parametrii stării de funcţionare ai motorului, cum ar fi de exemplu curentul

motorului, sunt afişaţi pe ecran.

43

Gama produsului

7.5 – 800 kW

Caracteristici principale

Valori nominale ale curentului  în condiţii de pornire normale şi dificile

Versiuni pentru 200 – 690 V c.a

Pornirea lentă prin limitare de curent cu rampă  iniţială de curent

crescătoare

Patru configuraţii  diferite auto-reglabile ale rampei descrescătoare

Numeroase caracteristici privind protecţia motorului

Panou de comandă local încorporat cu dispozitiv de afişare

Protecţia prin Parolă a parametrilor

Funcţia de frânare în curent continuu. 

Accesorii

Deşi MCD 3000 poate fi montat pe perete, Modulul Operator  de la

Distanţă pentru comandă şi supraveghere îl fac ideal pentru montarea pe

panou. 

Kit de cablare delta în interior 

Software pentru calibrare, comandă şi supraveghere.

4.6 Softstartere ABB

44

Firma ABB oferă 3 tipuri diferite de sofstartere, fiecare cu o plajă de curenţi

diferită, care să acopere nevoile consumatorilor, de la 3 la 1810 A.

4.6.1 Softstarterul PSR cu limită compactă: 3 A - 105 A

Acopera curenţi de la 3 la 105 A. Este ultima adăugire la familia de softstartere

ABB şi are un design compact atractiv. Mai mult, conceptul include folosirea

serviciului de mesagerie vocală şi conexiune prin telecomandă cu ajutorul accesoriului

FieldBusPlug. Cu opţiunile standard, softstarterul PSR face faţă la 10 porniri pe oră.

Prin adăugarea unui ventilator, numărul pornirilor creşte la 20/h.

45

Caracteristici:

• Curent 3.9 – 105 A (1.5 - 55 kW), at 400 V

• Tensiune motor 208 – 600 V

• Tensiune de alimentare 24 V DC or 100-240 V AC

• Uşor de instalat şi setat

• Montare pe şină DIN sau cu şuruburi

1 Rampă pornire = 1....20 sec

2 Rampă oprire = 0....20 sec

3 Tensiune pornire 40-70%

Cu design compact, softstarterele PSR sunt ideale de instalat acolo unde spaţiul

este limitat şi este nevoie de o instalare uşoară.

46

4.6.2 Softstarterul PSS cu limită medie: 18 - 300 A

Acoperă curenţi de la 18 la 300 A si oferă o soluţie flexibilă cu instalare uşoară.

Datorită comutatorului rotativ dispus în faţă este posibilă ajustarea cu uşurinţă a

aparatului la o varietate de aplicaţii.

47

1 Rampă pornire = 1....30 sec

2 Rampă oprire = 0....30 sec

3 Tensiune pornire 40-70%

4.6.3 Softstarterul PST(B) cu limită largă: 30 - 1050 A

Dispune de o limită de curent de la 30 la 1050 A, beneficiind de o funcţionalitate

avansată, incluzând protecţie integrată, un sistem de comunicare flexibil şi un ecran

LCD.

Descriere

Tensiune principala 208 - 690 V CA

tensiunea de alimentare 100 - 250 V, 50/60 Hz

Current : de la 30 la 1050 A (in linie) şi 52 ... 1810 A (In Delta)

Unitatea poate fi utilizata pentru ambele conexiuni: în linie şi in Delta.

Limită curent reglabilă între 2-7 x Ie

Ceas timp real

Memorarea ultimelor 20 de evenimente cu marcarea timpului

Pregătit pentru comunicare Fieldbus

Protecţie la supraîncărcarea motorului

Controlul cuplului

Ieşire analogică

48

CAP.V CONCLUZII

Proiectul permite realizarea unei lucrări de laborator în

domeniul aparatelor şi echipamentelor electrice

speciale/inteligente.

Această lucrare de poate fi considerată ca punct de plecare în

realizarea unor noi lucrări teoretice si de laborator în domeniul

aparatelor electrice speciale cu aplicaţii in actionari industriale.

Se pot dezvolta aplicaţii soft pentru controlul şi comanda

motoarelor electrice, acţionări electrice, protecţii industriale.

Folosind echipamente hardware adecvate se pot face extensii

pentru realizarea unor cercetări experimentale în domeniul

actionarilor electrice industriale.

CAP.VI BIBLIOGRAFIE49

1. Instalatii electrice industriale – Sorin Morancea, Ed. Corvin, 2003

2. Revista AUTOMATIZARI SI INSTRUMENTATIE, NR. 5/1999

3. Revista Masurari si Automatizari , nr. 4/2003

4. Moeller – produse si solutii de viitor, Automatizari – prezentare generala, 2005

5. http://www.moeller.ro

6. http://www.danfoss.com

7. http://www.abb.com

50