Układy łagodnego rozruchu SIRIUS 3RW5 – softstarty tak wszechstronne jak Twoje aplikacje!
Historia układów łagodnego rozruchu produkowanych przez firmę Siemens sięga roku 1984, kiedy to do sprzedaży trafiły pierwsze softstarty serii 3RW. Wraz z rozwojem technologii układy te znacząco ewoluowały. Aktualna oferta układów łagodnego rozruchu SIRIUS 3RW jest w pełni przygotowana na wymagania stawiane przez nowoczesny przemysł i infrastrukturę. Dzięki wprowadzonym w ciągu ostatnich dwóch lat urządzeniom serii 3RW5 możemy stawić czoła każdej nawet bardzo wymagającej aplikacji. Nie zapominamy jednak również o tych najprostszych zastosowaniach, dla których równie ważna jak niezawodność jest ich konkurencyjna cena.
Zastosowanie układów łagodnego rozruchu
Warto się zastanowić, co tak naprawdę wyróżnia układy łagodnego rozruchu na tle innych oferowanych rozwiązań - układów gwiazda-trójkąt lub przekształtników częstotliwości.
Softstart stanowi bardzo często alternatywę do układów gwiazda-trójkąt (lub układów rozruchu bezpośredniego przy mniejszych mocach) budowanych w oparciu o standardowe styczniki elektromechaniczne. Prawidłowo dobrany zestaw gwiazda-trójkąt jest podobnie jak softstart praktycznie bezawaryjny i bezobsługowy, jednak z rozruchem gwiazda-trójkąt wiążą się pewne wady. Należą do nich udary prądowe generowane w instalacji elektrycznej oraz udary mechaniczne powstające przy załączeniu i przełączaniu konfiguracji uzwojeń silnika. Jak wiadomo, zjawiska te mogą powodować zapady napięcia zasilającego oraz negatywnie oddziaływać na coraz to bardziej wyrafinowane elementy mechaniczne, prowadząc do ich szybszego zużywania.
Natomiast w porównaniu do przekształtników częstotliwości, przy korzystaniu z softstartu odpada nam problem związany z kompatybilnością elektromagnetyczną. Nie musimy stosować ekranowanych przewodów zasilających oraz filtrów. W przypadku układu łagodnego rozruchu nie mamy możliwości regulacji prędkości obrotowej w pełnym zakresie, jednak są dostępne pewne funkcje takie jak np. prędkość pełzająca czy praca rewersyjna, które mogą wystarczyć do niektórych zastosowań. Różnice można zauważyć również w funkcji hamowania - przekształtniki częstotliwości nierealizujące rekuperacji będą wymagały zastosowania dodatkowych, często dużych rezystorów hamowania, a w przypadku softstartów rezystory nie są wymagane. Może być wymagane zastosowanie dodatkowego stycznika, jednak wciąż mniej problematyczna jest energia cieplna generowana w procesie hamowania.
Softstarty grupy Basic performance
Portfolio oferowanych produktów podzielone jest pod względem funkcjonalności na trzy podstawowe grupy: Basic performance, General performance i High performance.
Do grupy Basic performance należą układy łagodnego rozruchu SIRIUS 3RW30, 3RW40 oraz nowe 3RW50.
Wspólną cechą softstartów z tej grupy jest dwufazowe sterowanie. Oznacza to, że w dwóch fazach zastosowane są tyrystory, natomiast faza środkowa jest zwarta. Dzięki temu urządzenie jest mniejsze oraz tańsze.
Softstarty 3RW30 i 3RW40
Układy łagodnego rozruchu SIRIUS 3RW30 i 3RW40 to urządzenia przeznaczone do rozruchu silników trójfazowych asynchronicznych o mocach do 1,5 do 55 kW (w artykule dla podawanych mocy przyjęto wartość napięcia międzyfazowego 400 V) w przypadku 3RW30 i od 5,5 do 250 kW w przypadku 3RW40.
Softstart 3RW30 w czasie rozruchu silnika wykorzystuje funkcję rampy napięciowej, znakomicie nadaje się do prostych układów pomp i małych wentylatorów. Softstart ten najczęściej zabezpieczany jest za pomocą wyłączników silnikowych serii SIRIUS 3RV2, które to realizują funkcję zabezpieczenia zwarciowo-przeciążeniowego w układzie. Warto zaznaczyć, że już od najprostszego softstartu 3RW30 styki obejściowe (tzw. by-pass) są wbudowane w urządzenie, przez co nie musimy stosować dodatkowego stycznika.
Układ łagodnego rozruchu 3RW40 oprócz ramy napięciowej realizuje również funkcję ograniczenia prądu. Wbudowane zabezpieczenie przeciążeniowe zabezpiecza silnik w taki sam sposób jak przekaźnik przeciążeniowy lub człon przeciążeniowy w wyłączniku silnikowym. Dzięki odpowiednim dopuszczeniem może również zabezpieczać silniki zainstalowane w strefie zagrożonej wybuchem.
Softstart 3RW40 dodatkowo kontroluje temperaturę wbudowanych tyrystorów, przez co nawet w przypadku niepoprawnej konfiguracji nie ulegnie uszkodzeniu. 3RW40 opcjonalnie może być wyposażony w wejście termistorowe służące do podłączenia termistorów wbudowanych w uzwojenia silnika w celu realizacji wyższego poziomu ochrony przed przegrzaniem. Oferowany zakres mocy sięga 250 kW, jednak z uwagi na zastępowanie wielkości od 75 kW w górę przez serię 3RW50 zaleca się stosowanie softstartu 3RW40 do mocy 55 kW włącznie. Układy łagodnego rozruchu SIRIUS 3RW40 oprócz łagodnego rozruchu oferują funkcję łagodnego zatrzymania – co jest szczególnie przydatne np. w instalacjach pompowych, gdzie na skutek szybkiego zatrzymania przepływu może dochodzić do uderzeń ciśnienia zwrotnego.
Softstarty 3RW50
Układy łagodnego rozruchu SIRIUS 3RW50 dostępne są w zakresie mocy od 75 do 315 kW. Dzięki obsłudze kart komunikacyjnych mogą być przyłączone do nadrzędnego systemu sterowania. Standardy obsługiwane przez karty komunikacyjne to Profinet, Profibus, Modbus TCP, Modbus RTU i EtherNet/IP. Z poziomu sterownika PLC programista ma dostęp do wartości prądów oraz diagnostyki urządzenia. Informację o aktualnej wartości prądu można również odczytać za pośrednictwem wyjścia analogowego, które może pracować jako wyjście prądowe 0…20 mA lub wyjście napięciowe 0…10 V. W zależności od wersji urządzenia zamiast wejścia analogowego można wyspecyfikować wejście termistorowe. Seria 3RW50 pozwala na przyłączenie panela operatorskiego, z którego możliwy jest odczyt parametrów pracy, konfiguracja urządzenia oraz jego sterowanie.
Z uwagi na to, że zarówno karty komunikacyjne, jak i wyświetlacze są wspólne dla softstartów serii 3RW50, zakres oferowanych funkcji może się różnić ze względu na to, do jakiego urządzenia są podłączone. Podstawowe parametry konfiguracyjne ustawia się za pomocą obrotowych przełączników.
W softstartach 3RW50 wartą wyróżnienia jest funkcja Soft Torque, której działania polega na jeszcze lepszym wygładzeniu przebiegu funkcji momentu obrotowego w czasie rozruchu w stosunku do standardowego rozruchu z softstartem, przez co zużycie mechaniczne układu jest jeszcze mniejsze.
Softstarty grupy General performance
Softstarty SIRIUS 3RW52 odpowiadają pod względem funkcjonalności serii 3RW50, różniąc się od niej przede wszystkim sterowaniem w trzech fazach, dzięki czemu mogą pracować w wewnętrznym trójkącie. Praca w takiej konfiguracji pozwala na zastosowanie urządzenia o mniejszej mocy niż w przypadku standardowego podłączenia. Zakres oferowanych mocy to od 5,5 do 315 kW w przypadku standardowego podłączenia, co odpowiada zakresowi od 11 do 560 kW przy pracy w wewnętrznym trójkącie.
Aby mieć możliwość podłączenia silnika w wewnętrznym trójkącie, należy doprowadzić do rozdzielnicy 6 przewodów przyłączonych do końcówek uzwojeń silnika. Trzeba podkreślić, że w przypadku większych mocy często się to właśnie w ten sposób realizuje. Dzielenie przekroju na dwie cieńsze żyły ułatwia znacznie ich prowadzenie.
Podobniej jak w przypadku 3RW50, softstarty 3RW52 mogą być wyposażone w opcjonalny panel oraz kartę komunikacyjną. Przy konfiguracji urządzeń musimy dokonać wyboru pomiędzy wersją z wejściem termistorowym lub wyjściem analogowym.
Układy łagodnego rozruchu SIRIUS 3RW52 znajdą zastosowanie w rozruchach o średniej ciężkości. Przykładowe zastosowania to rozruch ekstruderów, mieszadeł, przenośników taśmowych oraz średniej wielkości wentylatorów.
Softstarty grupy High performance
Układy łagodnego rozruchu 3RW55 oferują najszerszy zakres funkcji. Przewidziane są do realizacji najcięższych rozruchów takich jak np. rozruch dużych wentylatorów, kruszarek, młynów czy dużych przenośników.
Podobnie jak softstarty 3RW52 są sterowane w trzech fazach, jednak zakres ich mocy jest szerszy. Dostępne są wersje o mocach maksymalnych do 710 kW (1200 kW przy pracy w wewnętrznym trójkącie). Maksymalne napięcie międzyfazowe, z którym mogą pracować, to 690 V. Dla porównania wcześniej omawiane softstarty w zależności od wersji mogą pracować przy napięciu 480 V lub 600 V.
Funkcje wyróżniające softstarty SIRIUS 3RW55 na tle innych produktów:
- Automatyczna parametryzacja, która w oparciu o predefiniowaną wartość ograniczenia prądu i czas rozruchu dobiera i optymalizuje pozostałe parametry. Funkcja ta może być szczególnie przydatna w przypadkach, gdy podczas eksploatacji ulegają zmianie warunki rozruchu.
- Impuls rozruchowy, który polega na generowaniu w początkowej fazie rozruchu impulsu mającego za zadanie przełamanie oporów związanych np. z zamarzniętym urobkiem na przenośniku taśmowym.
- Czyszczenie pompowe, która dzięki algorytmowi pracy polegającemu na zmianie kierunku wirowania silnika umożliwia odepchanie układów pompowych.
- Monitorowanie parametrów pracy silnika, czyli dostęp do danych prądu pobieranego przez silnik oraz innych szczegółowych informacji takich jak napięcia międzyfazowe, współczynnik mocy, moc pobierana przez silnik czy np. temperatura tyrystorów. Dane te mogą być wykorzystywane do diagnostyki, a dzięki śledzeniu trendów służby utrzymania ruchu mogą w ławy sposób zaobserwować symptomy pogorszenia stanu instalacji.
- Prędkość pełzająca w obu kierunkach, dzięki której możliwe będzie spozycjonowanie mniej wymagających układów.
- Hamowanie prądem stałym lub przeciwprądem oraz inne rodzaje hamowania, które pozwolą skrócić czas potrzebny na zatrzymanie silnika wszędzie tam, gdzie jest to wymagane. Do realizacji funkcji hamowania może być wymagany dodatkowy stycznik lub dwa styczniki.
- Funkcje zatrzymania, takie jak rampa napięciowa, kontrola momentu lub zatrzymanie pompowe, które pozwolą zatrzymać napęd w optymalny sposób bez skracania jego żywotności mechanicznej.
- Funkcje zabezpieczające pozwalające wykryć określone sytuacje i w odpowiedni sposób zadziałać np. w przypadku zablokowania silnika lub nadmiernego wzrostu/spadku obciążenia.
Układy łagodnego rozruchu SIRIUS 3RW55 dostarczane są z panelem operatorskim, ich pełna konfiguracja możliwa jest z poziomu panelu lub za pośrednictwem pakietu Softstarter ES stanowiącego część oprogramowania TIA Portal. Dzięki pakietowi Softstarter ES integracja z nadrzędnym systemem sterowania jest znacznie łatwiejsza. Podstawowa wersja licencji jest darmowa. W przypadku panelu operatorskiego dostarczonego z softstartem (jest to wersja High Feature panelu) mamy do dyspozycji port Ethernet, za pomocą którego możemy konfigurować urządzenia z poziomu oprogrmowania TIA Portal.
Do softstartu 3RW55 przewidziany jest jeden dodatkowy typ kart komunikacyjnych – karta Profinet wyposażona w dwa porty.
Istotną zaletą tego softstartu z punktu utrzymania ruchu jest udostępnienie części serwisowych. W przypadku uszkodzenia któregokolwiek z elementów możemy wymienić go we własnym zakresie. Dostępne są części obudowy, układy elektroniczne, styki obejściowe i tyrystory.
Softstart 3RW55 w wersji fail-safe
Bardzo często zdarza się, że napędy do rozruchu, w których wykorzystywany jest softstart, realizują również funkcje bezpieczeństwa. Najczęściej jest to Stop kategorii 0 - zdjęcie momentu i zatrzymanie wybiegiem. Nowością w ofercie układów łagodnego rozruchu jest wersja fail-safe, czyli wersja z wyznaczonymi parametrami niezawodnościowymi przeznaczona do realizacji funkcji bezpieczeństwa. Pozwala na zrealizowanie funkcji STO (Safety Torque Off) czyli właśnie Stopu kategorii 0 do poziomu PL c / Kat. 2 / SIL 1. Oznacza to tyle, że możemy zrezygnować ze stycznika na zasilaniu softstartu (który musiałby być zainstalowany przed standardowym układem łagodnego rozruchu).
Jeżeli poziom oferowany przez układ łagodnego rozruchu jest dla danej aplikacji niewystarczający, po zastosowaniu dodatkowego stycznika mamy możliwość osiągnięcia poziomu PL e / Kat. 4 / SIL 3. Jest to rozwiązanie atrakcyjne zarówno z uwagi na koszt, jak i ilość zajmowanego miejsca w porównaniu do rozwiązania standardowego tj. zrealizowanego w oparciu o dwa styczniki. Układy łagodnego rozruchu 3RW55 fail-safe dostępne są w zakresie mocy 5,5 – 315 kW i podobnie jak inne sterowane w trzech fazach mogą pracować w połączeniu w wewnętrzny trójkąt. W przypadku wersji fail-safe istnieją pewne obostrzenia wynikające z wymagań co do urządzenia. Obostrzenia te uniemożliwiają realizację niektórych funkcji takich jak np. grzanie silnika, hamowanie prądem stałym czy prędkość pełzająca.
Softstarty – o czym warto pamiętać
Tematem, który należy poruszyć przy omawianiu układów łagodnego rozruchu SIRIUS 3RW5, jest ochrona zwarciowa. W przypadku urządzeń energoelektronicznych niezwykle istotne staje się odpowiednie dobranie elementów zabezpieczających, którymi są najczęściej bezpieczniki szybkie.
Bezpiecznik szybki z uwagi na swoją zasadę działania ma dużo niższą wartość całki Joule’a ( tzw. cieplnej), przez co energia cieplna, która może wydzielić się na tyrystorze w czasie przepływu prądu zwarciowego, jest dużo niższa. Warto o tym pamiętać, dobierając zabezpieczenie. Wyłączniki nie są w stanie odpowiednio zabezpieczyć softstartu przed uszkodzeniem. W katalogach dostępne są tabele doboru umożliwiające łatwy i pewny dobór zabezpieczenia dla typu koordynacji 1 i 2. Typ koordynacji 1 to taki ,w którym dopuszczamy uszkodzenie softstartu – czyli realizujemy zabezpieczanie wyłącznikiem lub bezpiecznikiem o standardowej charakterystyce. Typ koordynacji 2 to taki, w którym przy założonych prądach zwarciowych nie dojdzie do trwałego uszkodzenia – realizowany przez odpowiednie bezpieczniki o szybkiej charakterystyce. Aby ułatwić dobór, dane dotyczące przebadanych konfiguracji zostały umieszone również w cenniku. Przy konkretnych układach łagodnego rozruchu umieszone są bezpieczniki wraz z odpowiednimi rozłącznikami bezpiecznikowymi.
Równie istotny co odpowiednie zabezpieczenie jest odpowiedni dobór softstartu. Przy doborze urządzenia należy wziąć pod uwagę:
- parametry silnika – klasę sprawności, moc, prąd znamionowy, prędkość obrotową
- parametry obciążenia – charakter, prędkość obrotową, moment bezwładności, to w jakim zakresie mogą zmieniać się warunki rozruchu z uwagi np. na zamarznięcie przenoszonego materiału, rozruch zasypanej kruszarki, jeśli są znane to czas rozruchu np. przy zasilaniu gwiazda-trójkąt i wartości prądów podczas rozruchu
- miejsce zainstalowania/warunki pracy – temperaturę otoczenia, wysokość nad poziomem morza, ilość rozruchów w jednostce czasu oraz funkcje dodatkowe jeśli są wymagane.
Do doboru urządzeń służy narzędzie STS – Simulation Tool for Soft Starters dostępne dla środowiska Windows (do pobrania na support.industry.siemens.com), Android (Google Play) oraz iOS (App Store).
W celu uzyskania szerszych informacji serdecznie zapraszamy do kontaktu, chętnie odpowiemy na wszystkie pytania – sirius.pl@siemens.com
Więcej informacji można znaleźć na www.siemens.pl/softstarty
Autor: Daniel Małż
Zapisz się na Newsletter
Interesują Cię aktualności Siemens Polska? Zasubskrybuj nasz Newsletter