ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΜΕ SOFT STARTER

ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΑΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΤΡΙΦΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

Για να αρχίσει να περιστρέφεται ένας κινητήρας θα πρέπει να αναπτυχθεί σε αυτόν εσωτερική ροπή εκκίνησης μεγαλύτερη από το άθροισμα των ροπών αντιδράσεως, δηλαδή τις ροπές τριβής και ωφέλιμου φορτίου.

Το ρεύμα που χρειάζεται για να δημιουργηθεί η ροπή εκκίνησης είναι πολύ μεγαλύτερο από το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας του κινητήρα.

 Το ρεύμα εκκίνησης για πλήρες φορτίο είναι Ιεκ=4-8 φορές το ονομαστικό ρεύμα του κινητήρα Ιον

 Αυξημένα ρεύματα εκκίνησης, μπορούν να προκαλέσουν:

Τη βύθιση της τάσης του δικτύου,

Ισχυρές απώλειες χαλκού PCu στα τυλίγματα του κινητήρα και επομένως θερμική καταπόνηση των μονώσεων των τυλιγμάτων.


Στην εκκίνηση μας ενδιαφέρουν 2 μεγέθη:

α) η ροπή εκκίνησης
β) το ρεύμα εκκίνησης

Το ζητούμενο είναι στην εκκίνηση να έχουμε όσο το δυνατό μικρό ρεύμα εκκίνησης και ροπή κατάλληλη για ομαλή εκκίνηση.

Πολύ μεγάλη ροπή εκκίνησης σε σχέση με το φορτίο κατά την εκκίνηση θα μας έδινε απότομο ξεκίνημα.Ροπή εκκίνησης μικρότερη σε σχέση με το φορτίο κατά την εκκίνηση δεν θα επέτρεπε στο κινητήρα να αναπτύξει στροφές.
 
Οι τρόποι εκκίνησης ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα είναι:

1. απ’ευθείας εκκίνηση σε πλήρη τάση δικτύου

2. εκκίνηση με διακόπτη αστέρα-τριγώνου

3. εκκίνηση με αντιστάσεις στο τύλιγμα του στάτη

4. εκκίνηση με αυτομετασχηματιστή

5. εκκίνηση με softstarter

6. εκκίνηση με inverter


Παραδοσιακά, οι εκκινητές αστέρα/τριγώνου και οι αυτομετασχηματιστές αποτελούσαν τις λύσεις σε αυτά τα προβλήματα μεγάλου ρεύματος κατά την εκκίνηση κινητήρων.

Και οι δύο αυτές λύσεις, πάντως, έχουν μειονεκτήματα και δεν λύνουν τα προβλήματα που προκαλούνται από την φθορά στα μέρη του συστήματος μετάδοσης επειδή δεν εξαλείφουν τον κίνδυνο απότομης μεταβολής της ροπής όταν μεταβάλλεται η τάση με αποτέλεσμα να προκαλούν ασταθείς συνθήκες λειτουργίας 

Ο εκκινητής αστέρα/τριγώνου μειώνει το ρεύμα εκκίνησης αλλά προκαλεί μία καταστροφική αιχμή στην ροπή όταν αλλάζει την σύνδεση από αστέρα σε τρίγωνο.

Δεν επιτρέπει την επιλογή του βέλτιστου επιπέδου ρεύματος εκκίνησης, το οποίο μερικές φορές σημαίνει ότι το φορτίο δεν μπορεί να επιταχύνει στη μέγιστη ταχύτητα σε σύνδεση τριγώνου, πράγμα που καθιστά τον εκκινητή αστέρα/τριγώνου αναποτελεσματικό.

 Επιπλέον δεν έχει καμία επίδραση στον τρόπο με τον οποίο ο κινητήρας σταματά, αφήνοντας έτσι την ταχύτητα του να μειωθεί χωρίς κανένα έλεγχο.

Ο αυτομετασχηματιστής μειώνει το ρεύμα εκκίνησης αλλά επίσης επιτρέπει κάποιο έλεγχο στο επίπεδο του ρευμάτος εκκίνησης.
Οι εκκινητές με αυτομετασχηματιστή, πάντως, δεν εξαλείφουν τον κίνδυνο απότομης μεταβολής της ροπής όταν μεταβάλλεται η τάση.

Ομαλή εκκίνηση τριφασικού κινητήρα με χρήση soft starter

Υπάρχουν πολλές περιπτώσεις που δεν μας ενδιαφέρει ο έλεγχος των στροφών ενός τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα, επομένως δεν χρειαζόμαστε ένα "ακριβό" inverter, αλλά επίσης δεν θέλουμε, κυρίως για λόγους κόστους, να περάσουμε 7 αγωγούς, να χρησιμοποιήσουμε τρία ρελέ, συν χρονικό, για υλοποίηση αυτοματισμού εκκίνησης αστέρα τρίγωνο.

Σε αυτή την περίπτωση υπάρχει η εναλλακτική λύση της χρήσης "φθηνού" ομαλού εκκινητή ή soft starter.

Ο ηλεκτρονικός ρυθμιστής τάσης ή ομαλός εκκινητής (soft starter) αποτελεί μια από τις πιο σύγχρονες και αξιόπιστες ηλεκτρονικές συσκευές ελέγχου κινητήρων 

Το soft starter χρειάζεται μόνο 4 αγωγούς προς το μοτέρ για να λειτουργήσει, τρεις αγωγοί για τις φάσεις και ένας για την γείωση.

Οι κυριότερες λειτουργίες που διακρίνουν τους ηλεκτρονικούς ομαλούς εκκινητές , είναι :

• Επιλογή της εκκίνησης ανάλογα με το είδος του φορτίου, όπως ομαλή εκκίνηση με παλμούς τάσης (ράμπα εκκινήσεως), περιορισμός ρεύματος και δυνατούς συνδυασμούς.

• Ποικιλία δυνατοτήτων σταματήματος , όπως ελεύθερο σταμάτημα, σταμάτημα με χρονική καθυστέρηση, πέδηση με συνεχές ρεύμα.

• Ένδειξη καταστάσεως λειτουργίας (Run) και βλαβών (Fault)

• Προστασία υπερθέρμανσης

• Διαθεσιμότητα συσκευών που διαθέτουν θύρα επικοινωνίας με PC, ώστε σε συνδυασμό με το κατάλληλο πρόγραμμα (software), να γίνεται ακριβέστερη ρύθμιση και έλεγχος της συσκευής.

Είναι κατάλληλος για την ελεγχόμενη ομαλή εκκίνηση αλλά και το σταμάτημα για το φρενάρισμα και την εξοικονόμηση ενέργειας κατά την λειτουργία των τριφασικών ασύγχρονων κινητήρων.

Ο ηλεκτρονικός ομαλός εκκινητής επιτρέπει την σταδιακή επιτάχυνση του
κινητήρα από την στάση έως την ονομαστική ταχύτητα, έχοντας σαν παράμετρο την αρχική τάση που μπορεί να είναι μικρή και το χρόνο εκκίνησης που μπορεί να φτάσει έως και μερικά λεπτά.
 Κατά την εκκίνηση μειώνοντας την τάση του κινητήρα, το ρεύμα και η ροπή εκκινήσεως μειώνονται επίσης.

Ο εκκινητής έχει την δυνατότητα της σταδιακής επιβράδυνσης του κινητήρα που επιτρέπει ομαλή μείωση της ταχύτητας μέχρι την στάση. Η δυνατότητα αυτή του προσδίδει ιδιαίτερη χρησιμότητα στις υδραυλικές εγκαταστάσεις (αντλίες) για την αποφυγή του πλήγματος (Το υδραυλικό πλήγμα διημιουργείται όταν διακόπτουμε απότομα την ροή του νερού μέσα σε έναν αγωγό), στις μεταφορικές ταινίες και σε όλες τις εγκαταστάσεις που η στάση του κινητήρα πρέπει να γίνετε ομαλά .
Στην επιβράδυνσή το ρεύμα του κινητήρα είναι συνάρτηση της ροπής του
φορτίου και του επιλεγόμενου χρόνου επιβράδυνσης.

Χρησιμοποιεί θυρίστορ για το κύριο κύκλωμα του. Το θυρίστορ είναι ένας ηλεκτρονικός διακόπτης δύο καταστάσεων το οποίο λειτουργεί σαν μία ελεγχόμενη δίοδος. Έχει μία κατάσταση OFF (κατάσταση φραγμού) και διεγείρεται στην κατάσταση ON (κατάσταση αγωγιμότητας), όταν εφαρμοστεί ένας παλμός στην πύλη του.
Με το γράμμα «Α» συμβολίζεται η άνοδος, με το γράμμα «Κ» η κάθοδος και με το γράμμα «G» συμβολίζεται η πύλη. Για να βρεθεί το θυρίστορ σε κατάσταση αγωγής, αρκεί ο ημιαγωγός να πολωθεί ορθά («+» η άνοδος, «-» η κάθοδος) και την στιγμή που θέλουμε να βρεθεί το θυρίστορ σε κατάσταση αγωγής, να «πυροδοτήσουμε» την πύλη του με ένα παλμό.

Σε ένα ομαλό εκκινητή τα θυρίστορ είναι συνδεδεμένα σε αντιπαράλληλη διάταξη (triac) και είναι τοποθετημένα σε δύο ή τρεις φάσεις του κύριου κυκλώματος. Ρυθμίζουν αυξάνοντας ή μειώνοντας, το επίπεδο της τάσης κατά την εκκίνηση και κατά τη λήξη της ράμπας. Μία αναλυτικότερη περιγραφή της λειτουργίας τους φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Έναρξη : Τα θυρίστορς αφήνουν να περάσει μέρος της τάσης στην αρχή και έπειτα αυξάνουν σταδιακά ανάλογα με το προεπιλεγμένο χρόνο ράμπας.

Λήξη : Τα θυρίστορ άγουν πλήρως και όταν απαιτείται ομαλή στάση του κινητήρα μας, μειώνουν σταδιακά την τάση ανάλογα με τον προεπιλεγμένο χρόνο ράμπας.

Η τάση τροφοδοσίας του κινητήρα ρυθμίζεται με τη βοήθεια τυπωμένου κυκλώματος.
Το τυπωμένο κύκλωμα χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της έναυσης των θυρίστορ βασιζόμενο σε ρεύματα και τάσεις αναφοράς.
Ακόμα υπολογίζει διάφορες σημαντικές τιμές όπως είναι ο συντελεστής ισχύος, η ενεργός τιμή και άλλα.
Μπορεί ακόμα να αποθηκεύσει δεδομένα ιστορικού, καταγραφές ή και στοιχεία για γραφικές παραστάσεις. 

Ο εκκινητής είναι μερικές φορές εφοδιασμένος με ένα εσωτερικό ρελέ θερμικής προστασίας που αντικαθιστά το κλασσικό διμεταλλικό ρελέ. Ένα ενσωματωμένο θερμικό έχει πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από ένα τυπικό θερμικό, αφού οι τιμές υπολογίζονται ηλεκτρονικά κάτι ιδιαίτερα χρήσιμο σε διακοπτόμενη λειτουργία.

Η ανάγκη επικοινωνίας μεταξύ των διαφόρων συσκευών σε ένα εργοστάσιο όπως επίσης και η επικοινωνία αυτών με κάποιο πάνελ ελέγχου αυξάνεται ολοένα και περισσότερο. Πολλοί από τους σύγχρονους soft-starter διαθέτουν θύρες επικοινωνίας με Η/Υ. Ακόμη υπάρχει μία μεγάλη ποικιλία πρωτοκόλλων επικοινωνίας με μερικά από αυτά να είναι πιο διαδεδομένα από τα άλλα. Τα πιο διαδεδομένα είναι το Profibus, Modbus, DeviceNet και άλλα.

Από τα ρεύματα εκκίνησης και συνεχόμενης λειτουργίας, προκαλείται μία παραγωγή θερμότητας σύμφωνα με το νόμο του Joule. Για αυτό σε ένα ομαλό εκκινητή υπάρχουν δύο εξαρτήματα για την απαγωγή της θερμότητας. Ένα είναι η λεγόμενη ως «ψήκτρα» (heat sink), η οποία τοποθετείται πάνω στο τυπωμένο κύκλωμα και στα θυρίστορ. Το άλλο εξαρτήματα που χρησιμοποιείται για την απαγωγή της θερμότητας είναι ένας ανεμιστήρας (ή ανεμιστήρες).

Αρχή λειτουργίας

Ο ηλεκτρονικός ομαλός εκκινητής επιτρέπει τη σταδιακή επιτάχυνση κινητήρα από τη στάση έως την ονομαστική ταχύτητα, έχοντας σαν παράμετρο την αρχικά τάση και το χρόνο εκκίνησης που μπορεί να φτάσει έως και μερικά λεπτά.

Ο εκκινητής έχει τη δυνατότητα της σταδιακής επιβράδυνσης του κινητήρα που επιτρέπει ομαλή μείωση της ταχύτητας μέχρι τη στάση. Η δυνατότητα αυτή προσδίδει ιδιαίτερη χρησιμότητα στις υδραυλικές εγκαταστάσεις (για αποφυγή του πλήγματος), στις μεταφορικές ταινίες και σε όλες τις εφαρμογές όπου η στάση του κινητήρα πρέπει να γίνεται ομαλά.

Ο εκκινητής ψαλιδίζει την τάση του δικτύου , ελέγχοντας τη γωνία έναυσης (ή γωνία πυροδότησης) των θυρίστορ. Με αυτό τον τρόπο ελέγχει το ύψος της τάσης που εφαρμόζεται στα άκρα του κινητήρα τη στιγμή της εκκίνησης.
Η γωνία έναυσης των θυρίστορ ελέγχεται από έναν μικροεπεξεργαστή, ο οποίος παρακολουθεί και ελέγχει όλες τις παραμέτρους εκκίνησης του κινητήρα. Ο επεξεργαστής συνεχίζει να παρακολουθεί τον κινητήρα και μετά το στάδιο της εκκίνησης. Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζεται το κύκλωμα ενός ομαλού εκκινητή που ελέγχει ένα τριφασικό ασύγχρονο κινητήρα .
Κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας ο μικροεπεξεργαστής ελέγχει τη γωνία ανάμεσα στην τάση του δικτύου και την ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον κινητήρα, δηλαδή ελέγχει τον συντελεστή ισχύος του κινητήρα. Όταν έχουμε μείωση του φορτίου, επομένως και μείωση του συντελεστή ισχύος του κινητήρα, ο μικροεπεξεργαστής επεμβαίνει στην τάση τροφοδοσίας του κινητήρα, διατηρώντας τον συντελεστή ισχύος περίπου στην μέγιστη τιμή, με αποτέλεσμα ο βαθμός απόδοσης να παραμένει υψηλός.

Στους ομαλούς ηλεκτρονικούς εκκινητές η αρχική τιμή της τάσης μπορεί να είναι ίση με περίπου με το 20% της ονομαστικής τάσης της λειτουργίας του κινητήρα και να καταλήγει στο 100% της ονομαστικής τιμής μέσα σε ορισμένο χρόνο (ρυθμιζόμενο) που συνήθως κυμαίνεται από 1 έως 180 sec (Ramp time).
Να σημειώσουμε εδώ ότι ο soft starter ελέγχει συνεχώς την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα. Αν ο κινητήρας αυξήσει την ταχύτητά του πριν περάσει ο χρόνος που ρυθμίσαμε, η τάση τροφοδοσίας αυξάνει αμέσως στο 100 % της ονομαστικής τιμής.
Κατά τη χρονική διάρκεια tp (χρόνος ράμπας), η τάση στους ακροδέκτες του κινητήρα μεταβάλλεται (τάση ράμπας) από την αρχική τιμή Uσ στην ονομαστική τιμή UN.

Με την εντολή εκκίνησης και την τροφοδότησή του με τις τρεις φάσεις, ενώνει την μία φάση απευθείας στην έξοδο του με γέφυρα. Τις δυο άλλες φάσεις  τις ελέγχει, ως προς την τιμή της τάσης τους, με στοιχεία ηλεκτρονικών ισχύος έτσι ώστε σε καθορισμένο και ρυθμιζόμενο χρόνο να φτάσουν στην μέγιστη και κανονική τιμή τους. Στο τέλος αυτής της διαδικασίας εκκίνησης και οι δυο αυτές φάσεις ενώνονται με ρελέ απευθείας στα τυλίγματα του μοτέρ.

Με άλλα λόγια το μοτέρ συνδέεται κατευθείαν σε συνδεσμολογία τριγώνου και για μερικά δευτερόλεπτα η τάση, και κατά συνέπεια το ρεύμα, περιορίζονται με ελεγχόμενη σταδιακή αύξηση τους
Συνεπακόλουθα η ροπή και οι στροφές του μοτέρ αυξάνουν σταδιακά έως τις ονομαστικές του στροφές.

Αν η ροπή που χρειάζεται κατά την εκκίνηση το μοτέρ είναι αρκετά μεγάλη δεν συνιστάται η χρήση του soft starter.

ΕΚΛΟΓΗ SOFT STARTER

Ο επόμενος πίνακας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως οδηγός γρήγορης επιλογής και εξασφάλισης ότι ο εκκινητής είναι επαρκώς μεγάλος για να καλύψει τις απαιτήσεις της εφαρμογής.

Πρέπει όμως να σημειωθεί ότι ο πίνακας δεν συνιστά εργαλείο εύρεσης των βέλτιστων λύσεων. Γι’ αυτό τον σκοπό έχουν δημιουργηθεί τα κατάλληλα

προγράμματα από τις κατασκευάστριες εταιρίες των soft-starter. Τέτοια λογισμικά είναι το PROSOFT της ABB (εδώ) και το SIKOSTART της SIEMENS.

Οι επόμενες διαφάνειες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οδηγός γρήγορης επιλογής και εξασφάλισης ότι ο εκκινητής είναι επαρκώς μεγάλος για να καλύψει τις απαιτήσεις της εφαρμογής.
Πρέπει όμως να σημειωθεί ότι  δεν συνιστά εργαλείο εύρεσης των βέλτιστων λύσεων. Γι’ αυτό τον σκοπό έχουν δημιουργηθεί τα κατάλληλα προγράμματα από τις κατασκευάστριες εταιρίες των soft-starter. Τέτοια λογισμικά είναι το PROSOFT της ABB (εδώ) και το SIKOSTART της SIEMENS.

ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΕΚΚΙΝΗΣΗ

Τυπικές εφαρμογές:
Συμπιεστής
Ανελκυστήρας
Φυγοκεντρική αντλία
Ταινία μεταφοράς (μικρού μήκους)
Κυλιόμενη σκάλα

ΕΠΙΛΟΓΗ
Επιλογή του soft-starter σύμφωνα με την ονομαστική ισχύ του κινητήρα.
Για συσκευές με ενσωματωμένο θερμικό επιλογή trip κλάσης 10.

ΔΥΣΚΟΛΗ ΕΚΚΙΝΗΣΗ

Τυπικές εφαρμογές
Μηχανή σύνθλιψης
Φυγοκεντρικός ανεμιστήρας
Ταινία μεταφοράς (μεγάλου μήκους)
Αναδευτήρας
Μήλος

ΕΠΙΛΟΓΗ
Επιλογή του heavy duty soft-starter σύμφωνα με την ονομαστική ισχύ του κινητήρα.
Επιλογή του normal duty soft-starter
Ένα μέγεθος μεγαλύτερο από την ονομαστική ισχύ του κινητήρα.
Για συσκευές με ενσωματωμένο θερμικό επιλογή trip κλάσης 30

Αν υπάρχουν περισσότερες από έξι εκκινήσεις ανά ώρα επιλέγουμε ένα μέγεθος μεγαλύτερο από τα προηγούμενα.

Δείτε τη λειτουργία ενός κινητήρα με softstarter

https://www.youtube.com/watch?time_continue=79&v=Snx8UoX8qz4