Softstartér- elektrické zařízení používané v asynchronních elektromotorech, které umožňuje udržovat parametry motoru (proud, napětí atd.) při spouštění v bezpečných mezích. Jeho použití snižuje rozběhové proudy, snižuje pravděpodobnost přehřátí motoru, eliminuje škubání mechanických pohonů, což v konečném důsledku zvyšuje životnost elektromotoru.
Účel
Řízení procesu spouštění, provozu a vypínání elektromotorů. Hlavní problémy asynchronních elektromotorů jsou:
- nemožnost sladit točivý moment motoru se zátěžovým momentem,
- vysoký startovací proud.
Při rozběhu točivý moment často dosáhne 150-200 % ve zlomku sekundy, což může vést k poruše kinematického řetězce pohonu. V tomto případě může být startovací proud 6-8krát vyšší než jmenovitý proud, což způsobuje problémy se stabilitou napájení. Softstartéry se těmto problémům vyhýbají tím, že motor zrychlují a zpomalují pomaleji. To umožňuje snížit startovací proudy a vyhnout se trhání v mechanické části pohonu nebo hydraulickým rázům v potrubí a ventilech při spouštění a vypínání motorů.
Princip činnosti softstartéru
Hlavním problémem asynchronních elektromotorů je to, že točivý moment vyvíjený elektromotorem je úměrný druhé mocnině napětí, které na něj působí, což způsobuje prudké škubání rotoru při spouštění a zastavování motoru, což zase způsobuje velký indukovaný proud.
Softstartéry mohou být buď mechanické nebo elektrické, nebo jejich kombinace.
Mechanická zařízení přímo působí proti náhlému zvýšení otáček motoru a omezují točivý moment. Mohou to být brzdové destičky, kapalinové spojky, magnetické zámky, protizávaží střel atd.
Data elektrických zařízení umožňují postupně zvyšovat proud nebo napětí z počáteční snížené úrovně (referenční napětí) na maximum, aby se hladce rozběhl a zrychlil elektromotor na jeho jmenovité otáčky. Takové softstartéry obvykle používají metody řízení amplitudy, a proto si poradí se spouštěcím zařízením v režimu nečinnosti nebo v režimu s nízkou zátěží. Modernější generace softstartérů (například zařízení EnergySaver) využívají metody fázové regulace a jsou proto schopné spouštět elektrické pohony vyznačující se náročnými režimy spouštění „rating to jmenovitý“. Takové softstartéry umožňují častější startování a mají vestavěný režim úspory energie a korekce účiníku.
Výběr softstartéru
Při zapnutí asynchronního motoru se v jeho rotoru na krátkou dobu objeví zkratový proud, jehož síla po nabrání otáček klesne na jmenovitou hodnotu odpovídající spotřebě elektrický stroj moc. Tento jev je umocněn tím, že v okamžiku zrychlení se točivý moment na hřídeli prudce zvýší. V důsledku toho se mohou spustit ochranná zařízení jističe, a pokud nejsou instalovány, pak selhání jiných elektrických zařízení připojených ke stejnému vedení. A v každém případě, i když nedojde k nehodě, při spouštění elektromotorů je zaznamenána zvýšená spotřeba energie. Pro kompenzaci nebo úplné odstranění tohoto jevu se používají softstartéry (SFD).
Jak se implementuje měkký start?
Pro hladké spuštění elektromotoru a zabránění nárazovému proudu se používají dvě metody:
- Omezte proud ve vinutí rotoru. Za tímto účelem se skládá ze tří cívek zapojených do hvězdy. Jejich volné konce vedou ke sběracím kroužkům (kolektorům) namontovaným na dříku hřídele. Ke kolektoru je připojen reostat, jehož odpor je maximální v době rozběhu. Jak se snižuje, proud rotoru se zvyšuje a motor se roztáčí. Takové stroje se nazývají motory s vinutým rotorem. Používají se v jeřábových zařízeních a jako trakční elektromotory pro trolejbusy a tramvaje.
- Snižte napětí a proud dodávaný do statoru. Na druhé straně je to implementováno pomocí:
a) autotransformátor nebo reostat;
b) klíčové obvody na bázi tyristorů nebo triaků.
Právě klíčové obvody jsou základem pro konstrukci elektrických zařízení, kterým se obvykle říká softstartéry nebo softstartéry. Pozor, frekvenční měniče umožňují i plynulé rozběhnutí elektromotoru, ale pouze kompenzují prudký nárůst točivého momentu bez omezení rozběhového proudu.
Princip činnosti klíčového obvodu je založen na skutečnosti, že tyristory jsou na určitou dobu odblokovány v okamžiku, kdy sinusoida prochází nulou. Obvykle v té části fáze, kdy napětí stoupá. Méně často - když spadne. Díky tomu je na výstupu softstartéru zaznamenáno pulzující napětí, jehož tvar je jen přibližně podobný sinusoidě. Amplituda této křivky se zvyšuje s prodlužujícím se časovým intervalem, během kterého je tyristor odblokován.
Kritéria výběru softstartéru
V pořadí podle klesajícího stupně důležitosti jsou kritéria pro výběr zařízení uspořádána v následujícím pořadí:
- Moc.
- Počet řízených fází.
- Zpětná vazba.
- Funkčnost.
- Způsob ovládání.
- Další funkce.
Moc
Hlavním parametrem softstartéru je hodnota I nom - proudová síla, pro kterou jsou tyristory navrženy. Měl by být několikrát větší než proud procházející vinutím motoru, když dosáhne jmenovitých otáček. Frekvence závisí na závažnosti startu. Pokud je světlo - stroje na řezání kovů, ventilátory, čerpadla, pak je rozběhový proud třikrát vyšší než jmenovitý proud. Tvrdé startování je typické pro pohony s výrazným momentem setrvačnosti. Jsou to například vertikální dopravníky, pily, lisy. Proud je pětkrát vyšší než jmenovitý proud. Je zde také zvláště obtížné spouštění, které doprovází provoz pístových čerpadel, odstředivek, pásové pily... Potom by číslo I softstartéru mělo být 8-10krát větší.
Závažnost spuštění také ovlivňuje čas potřebný k dokončení. Může trvat deset až čtyřicet sekund. Během této doby se tyristory velmi zahřejí, protože rozptýlí část elektrické energie. Pro opakování potřebují vychladnout, a to trvá stejně dlouho jako pracovní cyklus. Pokud tedy technologický proces vyžaduje časté zapínání a vypínání, pak pro těžké spouštění zvolte softstartér. I když vaše zařízení není načteno a snadno nabírá rychlost.
Počet fází
Lze ovládat jednu, dvě nebo tři fáze. V prvním případě zařízení zmírňuje nárůst rozběhového momentu ve větší míře než u proudu. Nejčastěji se používají dvoufázové spouštěče. A pro případy těžkého a obzvláště obtížného startování - třífázové.
Zpětná vazba
SCP může pracovat podle daného programu - zvýšit napětí na jmenovitou hodnotu ve stanoveném čase. Toto je nejjednodušší a nejběžnější řešení. Díky zpětné vazbě je proces řízení flexibilnější. Parametry pro něj jsou porovnání napětí a točivého momentu nebo fázový posun mezi proudy rotoru a statoru.
Funkčnost
Schopnost pracovat na zrychlení nebo brzdění. Přítomnost dalšího stykače, který obchází klíčový obvod a umožňuje mu vychladnout, a také eliminuje fázovou asymetrii v důsledku porušení sinusového tvaru, což vede k přehřátí vinutí.
Způsob ovládání
Může být analogový pomocí otáčení potenciometrů na panelu a digitální pomocí digitálního mikrokontroléru.
Další funkce
Všechny druhy ochrany, režim úspory energie, možnost rozběhu trhnutím, práce se sníženou rychlostí (pseudofrekvenční regulace).
Správně zvolený softstartér zdvojnásobuje životnost elektromotorů, šetříaž 30 procent elektřina.
Proč potřebujete softstartér?
Při spouštění elektrických pohonů čerpadel a ventilátorů se stále častěji používá zařízení pro měkký start (softstartér). S čím to souvisí? V našem článku se pokusíme na tento problém upozornit.
Indukční motory se používají více než sto let a za tu dobu se v jejich provozu změnilo poměrně málo. Spouštění těchto zařízení a problémy s tím spojené jsou jejich majitelům dobře známé. Náběhové proudy vedou k poklesu napětí a přetížení kabeláže, což má za následek:
některá elektrická zařízení se mohou samovolně vypnout;
případná porucha zařízení atd.
Včas nainstalovaný, zakoupený a připojený softstartér vám umožní vyhnout se zbytečnému plýtvání penězi a bolestem hlavy.
Jaký je startovací proud
Princip činnosti asynchronních motorů je založen na jevu elektromagnetické indukce. Zvýšení zpětné elektromotorické síly (emf s), která vzniká působením změny magnetické pole při startování motoru vede k přechodným procesům v elektrický systém. Tento přechodový jev může ovlivnit napájecí systém a další zařízení k němu připojená.
Během spouštění se elektromotor zrychlí na plné otáčky. Doba trvání počátečních přechodových jevů závisí na konstrukci jednotky a vlastnostech zátěže. Startovací moment by měl být největší a startovací proudy by měly být nejmenší. To má za následek škodlivé důsledky pro samotnou jednotku, napájecí systém a zařízení k němu připojené.
Během počátečního období může zapínací proud dosáhnout pěti až osminásobku proudu plného zatížení. Během spouštění motoru jsou kabely nuceny přenášet více proudu než během období ustáleného stavu. Úbytek napětí v systému bude také mnohem větší při spouštění než při stabilním provozu – to se projeví zejména při současném spouštění velké jednotky nebo velkého počtu elektromotorů.
Způsoby ochrany motoru
Vzhledem k tomu, že se používání elektrických motorů rozšířilo, stalo se problémem překonat problémy s jejich startováním. V průběhu let bylo vyvinuto několik metod k řešení těchto problémů, z nichž každá má své výhody a omezení.
V poslední době bylo dosaženo významného pokroku v použití elektroniky při řízení výkonu motorů. Při spouštění elektrických pohonů čerpadel a ventilátorů se stále častěji používají softstartéry. Jde o to, že zařízení má řadu funkcí.
Zvláštností startéru je, že plynule napájí vinutí motoru napětím od nuly do jmenovité hodnoty, což motoru umožňuje plynule zrychlovat na maximální rychlost. Mechanický točivý moment vyvíjený elektromotorem je úměrný druhé mocnině napětí, které na něj působí.
Během procesu spouštění softstartér postupně zvyšuje přiváděné napětí a elektromotor zrychluje na jmenovité otáčky bez velkých točivých momentů a špičkových proudových rázů.
Typy softstartérů
Dnes se pro hladké spouštění zařízení používají tři typy softstartérů: s jednou, dvěma a všemi řízenými fázemi.
První typ se používá pro jednofázový motor zajistit spolehlivou ochranu před přetížením, přehřátím a snížením vlivu elektromagnetického rušení.
Druhý typ obvodu zpravidla obsahuje kromě polovodičové řídicí desky i přemosťovací stykač. Jakmile motor dosáhne jmenovitých otáček, aktivuje se přemosťovací stykač a poskytne motoru přímé napětí.
Třífázový typ je nejoptimálnější a technicky nejpokročilejší řešení. Poskytuje omezení intenzity proudu a magnetického pole bez fázové nerovnováhy.
Proč potřebujete softstartér?
Vzhledem k jejich relativně nízké ceně nabírá obliba softstartérů na moderním průmyslovém a průmyslovém trhu na síle. domácí spotřebiče. Softstartér pro asynchronní elektromotor je nezbytný pro prodloužení jeho životnosti. Velkou výhodou softstartéru je, že start se provádí s plynulou akcelerací, bez cukání.
Stále máte otázky?
Specialisté ENERGOPUSK zodpoví vaše dotazy:
8-800-700-11-54
(8-18, pondělí-út.)
Výhody registrace
Budete moci:
- Nákup vybavení se slevou ihned po registraci
- Udělejte nakupování mnohem rychlejší a pohodlnější
- Sledujte plnění objednávek
- Prohlédněte si historii objednávek a získejte doporučení
- Získejte kumulativní systém slev na veškeré vybavení
- Zúčastněte se propagačních akcí
- Buďte první, kdo obdrží informace o nových produktech a službách
- Viz přepravní doklady
- Nechte si poradit od specialisty přiděleného vaší společnosti
Získejte přístup ke všem nabídkám
Přihlaste se pomocí svého uživatelského jména nebo projděte jednoduchým registračním postupem a získejte přístup ke všem žhavým nabídkám
Rejstřík
Podobné videorecenze
Softstartér ABB PSR-25-600
Ahoj všichni! Dnes tu bude článek, který ukazuje skutečný příklad použití softstartéru v praxi. Nainstaloval jsem měkký start elektromotoru na skutečné zařízení, jsou poskytovány fotografie a schémata.
Dříve jsem podrobně popsal, o jaký druh zařízení se jedná. To ti připomínám softstartér A softstartér jsou v podstatě stejná zařízení. Tyto názvy jsou převzaty z anglického Soft Starter. V článku budu tento blok nazývat tak a tak, zvykněte si). Informací o softstartérech je na internetu dostatek, doporučuji také přečíst.
Můj názor na spouštění asynchronních motorů potvrzený mnohaletým pozorováním a praxí. Pro výkon motoru nad 4 kW stojí za úvahu zajistit plynulou akceleraci motoru. To je nutné při těžkém setrvačném zatížení, které je přesně to, co je připojeno k hřídeli takového motoru. Pokud se motor používá s převodovkou, pak je situace jednodušší.
Nejjednodušší a nejlevnější variantou měkkého startu je varianta s motorem zapnutým přes okruh „Star-Delta“. Více „plynulých“ a flexibilnějších možností jsou softstartér a frekvenční měnič (populárně známý jako „frekvenční měnič“). Existuje také starodávná metoda, která se téměř nikdy nepoužívá -.
Mimochodem, neklamným znakem toho, že je motor poháněn přes frekvenční měnič, je jasně slyšitelné skřípání s frekvencí asi 8 kHz, zejména v nízkých otáčkách.
Softstartér od Schneider Electric jsem již používal, byla to taková pozitivní zkušenost v mé práci. Poté bylo nutné plynule zapnout/vypnout dlouhý kruhový dopravník s obrobky (motor 2,2 kW s převodovkou). Škoda, že jsem tehdy neměl po ruce fotoaparát. Tentokrát se ale na vše podíváme velmi podrobně!
Proč byl potřebný měkký start motoru?
Problém je tedy v tom, že kotelna má čerpadla pro napájení kotle vodou. Čerpadla jsou pouze dvě a zapínají se příkazem ze systému sledování hladiny vody v kotli. V jednu chvíli může pracovat pouze jedno čerpadlo, čerpadlo volí obsluha kotelny přepínáním vodovodních kohoutků a elektrických spínačů.
Čerpadla jsou poháněna klasickými asynchronními motory. Asynchronní motory 7,5 kW přes konvenční stykače (). A protože je výkon vysoký, je startování velmi obtížné. Při každém spuštění se ozve znatelné vodní kladivo. Zhoršují se samotné motory, čerpadla a hydraulický systém. Někdy se zdá, že se trubky a kohoutky roztříští na kusy.
Upsat! Bude to zajímavé.
Navíc, když kotel vychladne, a najednou je napájeno horkou vodu(více než 95 °C), pak dochází k nepříjemným jevům, které připomínají výbušné vření. Stává se to i naopak, voda o teplotě 100 °C může být studená – když je v kotli suchá pára o teplotě téměř 200 °C. V tomto případě také dochází ke škodlivému vodnímu rázu.
V kotelně jsou dva stejné kotle, ale druhý má frekvenční měniče pro čerpadla. Kotle (přesněji parogenerátory) produkují páru o teplotě vyšší než 115 °C a tlaku až 14 kgf/cm2.
Škoda, že konstrukce kotle v elektrickém okruhu nepočítala s plynulou aktivací motorů čerpadel. Přestože jsou kotle italské, bylo rozhodnuto ušetřit na tomto...
Opakuji, že pro plynulé zapnutí asynchronních motorů máme na výběr z následujících možností:
- systém hladkého startu (soft start)
- frekvenční měnič (invertor)
V tomto případě bylo nutné zvolit variantu, která by vyžadovala minimální zásahy do provozního regulačního okruhu kotle.
Faktem je, že případné změny v provozu kotle je nutné dohodnout s výrobcem kotle (nebo certifikovanou organizací) a s dozorovou organizací. Změny je proto nutné provádět potichu a bez zbytečného hluku. I když do bezpečnostního systému nezasahuji, takže tady to není tak striktní.
Mí pravidelní čtenáři vědí, že nyní, po , mám plné právo provádět v kotelně přístrojové a automatizační práce.
Výběr softstartéru
Nejprve se podívejme na typový štítek motoru:
Výkon motoru je 7,5 kW, vinutí jsou zapojena do trojúhelníku, jmenovitý odebíraný proud je 14,7A.
Takto vypadal spouštěcí systém („tvrdý“):
Dovolte mi připomenout, že máme dva motory a spouštějí se stykači 07KM1 a 07KM2. Stykače jsou vybaveny bloky přídavných kontaktů pro indikaci a kontrolu sepnutí.
Jako alternativa byl vybrán softstartér ABB PSR-25-600. Jeho maximální proud je 25 A, takže máme dobrou rezervu. Zvláště když vezmete v úvahu, že budete muset pracovat ve ztížených podmínkách - počet rozjezdů/zastavení, vysoká teplota. Foto je na začátku článku.
Zde je nálepka na softstartéru s parametry:
Co je nového ve skupině VK? SamElectric.ru ?
Přihlaste se k odběru a přečtěte si článek dále:
Softstartér ABB PSR-25-600 – parametry
- FLA - Full Load Amps - proudová hodnota při plné zátěži - téměř 25A,
- Uc – provozní napětí,
- Us – napětí řídicího obvodu.
Instalace softstartéru
Zkoušel jsem to pro začátek:
Výška stejná, šířka stejná, jen délka je trochu delší, ale místo je.
Nyní otázka k řídicím obvodům. Stykače v původním zapojení byly spínány napětím 24 VAC a naše ABB jsou řízeny napětím minimálně 100 VAC. Je potřeba mezilehlé relé nebo změna napájecího napětí řídicího obvodu.
Na oficiálních stránkách ABB jsem však našel schéma, které ukazuje, že toto zařízení může fungovat i při 24 VAC. Zkusil jsem štěstí - nefungovalo to, nezačne to...
Instalujeme mezilehlé relé, které přivádí napětí na požadovanou úroveň:
Tady z jiného úhlu:
To je vše. Mezilehlá relé se nazývala 07KM11 a 07KM21. Mimochodem, jsou také potřeba pro další obvody. Prostřednictvím nich se zapínají indikátory a suché kontakty externí zařízení(zatím nepoužito, ve starém obvodu - oranžové vodiče).
Když jsem chtěl použít ovládání přímo, bez relé (24 VAC), plánoval jsem protáhnout indikátory napájení přes kontakty Com – Run, které jsou nyní nevyužité.
Obvody měkkého startu
Zde je původní schéma.
Zde je návod, jak jsem snadno změnil schéma:
Ohledně nastavení - krátce. Existují tři úpravy - čas zrychlení, čas zpomalení a počáteční napětí.
Bylo by možné použít jeden softstartér a stykače volby motoru (přepnutí jednoho zařízení na dva motory). To však zkomplikuje a výrazně změní obvod a sníží spolehlivost. Což je u tak strategického zařízení, jako je kotelna, velmi důležité.
Průběhy napětí
Oříšek poznání je těžký, ale přece
Nejsme zvyklí ustupovat!
Pomůže nám to rozdělit
týdeník "Chci vědět všechno!"
Sestavit obvod pomocí šroubováku zvládne každý. A pro ty, kteří chtějí vidět napětí a pochopit, jaké skutečné procesy probíhají, se bez osciloskopu neobejdou. Zveřejňuji oscilogramy na výstupu 2T1 softstartéru.
Není to logická nesrovnalost - motor je vypnutý, ale je na něm napětí?! Toto je vlastnost některých softstartérů. Nepříjemné a nebezpečné. Ano, na motoru je napětí 220V, i když je zastavený.
Faktem je, že řízení probíhá pouze ve dvou fázích a třetí (L3 - T3) je připojena přímo k motoru. A protože neteče proud, všechny výstupy zařízení jsou ovlivněny fázovým napětím L3, které prochází vinutím motoru. Stejný nesmysl se děje u třífázových polovodičových relé.
Buďte opatrní! Při údržbě motoru připojeného k softstartéru vypněte vstupní jističe a zkontrolujte, zda není žádné napětí!
Vzhledem k tomu, že zátěž je indukční, sinusovka je nejen rozřezána na kousky, ale také značně zkreslena.
Dochází k rušení, a to je třeba vzít v úvahu - jsou možné poruchy v provozu regulátorů a jiný slabý proud. Pro snížení tohoto vlivu je nutné rozmístit a stínit obvody, instalovat tlumivky na vstup atd.
Fotografie byla pořízena pár sekund před zapnutím vnitřního stykače (bypass), který dodával motoru plné napětí.
Foto pouzdra
Ještě malý bonus - pár fotek vzhled Softstartéry ABB PSR-25-600.
ABB PSR-25-600 – pohled zdola
Možnost – konektor a úchyty pro připojení chladicího ventilátoru v případě velkého zatížení
ABB PSR-25-600 – napájecí vstupní svorky a silové a ovládací svorky.
To je prozatím vše, dotazy a kritika v komentářích k pozvolnému rozběhu elektromotorů jsou vítány!
Krásné květnové svátky!
Existuje mnoho důvodů pro zapnutí domácích čerpadel pomocí softstartéru.
Typicky je ponorné nebo povrchové čerpadlo připojeno přes elektromechanické nebo elektronické relé, automatizační jednotku nebo magnetický startér. Ve všech výše uvedených případech je síťové napětí přiváděno do čerpadla sepnutím kontaktů, to znamená přímým připojením. To znamená, že do vinutí statoru elektromotoru dodáváme plné síťové napětí a rotor se v tuto chvíli ještě neotáčí. To vede k výskytu okamžitého silného točivého momentu na rotoru motoru čerpadla.
Toto schéma zapojení se vyznačuje následujícími jevy při spouštění čerpadla:
Proudové rázy statorem (a tedy i napájecími vodiči), protože rotor je zkratován.
Ve zjednodušeném pojetí máme zkrat na sekundárním vinutí transformátoru. Podle našich zkušeností může pulzní startovací proud v závislosti na čerpadle, výrobci a zatížení hřídele překročit provozní proud 4 až 8krát a v některých případech až 12krát.
Náhlý výskyt točivého momentu na hřídeli.
Tohle má negativní dopad na startovacím a provozním vinutí statoru, ložiscích, keramických a pryžových těsněních, což výrazně zvyšuje jejich opotřebení a snižuje jejich životnost.
Vzhled ostrého točivého momentu na hřídeli vede k ostrému otáčení skříně studničního čerpadla vzhledem k potrubnímu systému.
Opakovaně jsme byli svědky toho, jak se kvůli tomu odpojilo studniční čerpadlo od potrubí a spadlo do studny. V případě čerpací stanice založené na povrchovém čerpadle instalovaném na plošině hydraulického akumulátoru to vede k uvolnění upevňovacích matic a zničení svarových bodů a švů hydraulického akumulátoru. Také při přímém zapnutí čerpadla se snižuje životnost přívodních a uzavíracích ventilů, zejména v místech jejich připojení.
Obecně se uznává, že hydraulický akumulátor eliminuje vodní rázy ve vodovodním systému.
To je pravda, ale vodní rázy mizí v potrubí až od místa připojení hydraulického akumulátoru. V mezeře mezi čerpadlem a hydraulickým akumulátorem při přímém připojení čerpadla zůstává hydraulický ráz. Výsledkem je, že v intervalu od čerpadla k akumulátoru máme všechny důsledky vodního rázu na všechny části čerpadla a na potrubní systém.
V systémech vodní filtrace vodní ráz, ke kterému dochází při přímém připojení čerpadla, výrazně snižuje životnost filtračních prvků.
Pokud místní rozvodná síť slabý, pak i vaši sousedé poznají, že čerpadlo o výkonu větším než 1 kW běží při přímém připojení prudkým poklesem napětí v síti v okamžiku zapnutí čerpadla.
Pokud místní síť EXTRÉMNĚ SLABÝ, a váš soused si také užívá života připojením všech dostupných elektrické spotřebiče, pak se studniční čerpadlo ponořené do velké hloubky nemusí spustit. Takový napěťový ráz může poškodit elektronická zařízení připojená k síti. Jsou známy případy, kdy při spuštění čerpadla selhala drahá lednice nacpaná elektronikou.
Čím častěji je čerpadlo zapínáno, tím kratší je jeho životnost.
Časté starty přímým připojením vedou k selhání plastových spojek studňových čerpadel spojujících elektromotor s čerpací částí.
Prošli jsme problémy, které vznikají při spouštění čerpadla bez zařízení pro měkký start (SPD) .
Je třeba poznamenat, že i při vypnutí čerpadla bez SCP Schéma přímého připojení má některé negativní aspekty:
Když je čerpadlo vypnuto, dochází v systému také k vodnímu rázu, ale nyní v důsledku prudkého poklesu točivého momentu na hřídeli čerpadla, což se rovná vytvoření okamžitého vakua.
Prudký pokles točivého momentu na hřídeli čerpadla také vede k otáčení skříně čerpadla, ale v opačném směru.
Zamysleme se nad potrubím a závitovými spoji čerpadla.
V běžných domácích čerpadlech jsou elektromotory asynchronní a mají výrazně indukční povahu.
Pokud náhle přerušíme tok proudu indukční zátěží, pak na této zátěži dojde k prudkému skoku napětí v důsledku kontinuity proudu. Ano, otevřeme kontakt a veškeré vysoké napětí by mělo zůstat na straně čerpadla. Ale při jakémkoli mechanickém otevření kontaktu dochází k takzvanému „odskoku kontaktu“ a pulzům vysokého napětí dostat se do sítě, což znamená, že se také dostanou do zařízení připojených k síti v danou chvíli.
Při přímém připojení čerpadla tedy dochází ke zvýšenému opotřebení mechanických a elektrických částí čerpadla (jak při spouštění, tak při vypínání). Trpí i zařízení zařazená do stejné sítě a snižuje se životnost filtračních systémů a vodovodních armatur.
Používání zařízení pro měkký start („Aquacontrol UPP-2.2S“) umožňuje vyhladit většinu výše popsaných nedostatků. V zařízení UPP-2,2S Na čerpadle byla implementována speciálně vypočítaná křivka nárůstu napětí, která umožňuje na jedné straně spolehlivě spustit čerpadlo v nejnepříznivějších provozních podmínkách a na druhé straně plynule zvyšovat otáčky hřídele. Toto zařízení má také zabudovanou ochranu proti nízkému a vysokému síťovému napětí pro ochranu čerpadla před extrémními provozními podmínkami a zapnutím.
V UPP-2,2S používá se řízení fázového triaku. V okamžiku spouštění je do čerpadla přivedena část síťového napětí, které vytváří moment dostatečný pro zajištění spuštění čerpadla. Jak se rotor otáčí, napětí na čerpadle se postupně zvyšuje, dokud není napětí plně aplikováno. Poté se relé zapne a triak se vypne. V důsledku toho při použití UPP-2,2Sčerpadlo je připojeno k síti přes kontakty relé, to znamená stejně jako u přímého připojení. Ale po dobu 3,2 sekundy (to je čas měkkého startu) je čerpadlo dodáváno napětím přes triak, který zajišťuje „měkký start“ bez jisker na kontaktech relé.
Při takovém startu maximální rozběhový proud překročí provozní proud maximálně 2,0-2,5krát místo 5-8krát. Použití UPP-2,2S, snížíme startovací zatížení čerpadla 2,5-3krát a o stejnou hodnotu prodloužíme životnost čerpadla, čímž zajistíme pohodlnější provoz zařízení připojených k elektrické síti. UPP-2,2S lze nazvat zařízením s technologií šetřící zdroje.
Pokud se na ponorku podíváte z technického hlediska, budete muset souhlasit s tím, že se jedná o velmi high-tech jednotku:
- s nezletilým celkové rozměry poskytuje vysoký výkon;
- schopni pracovat po dlouhou dobu v poměrně obtížných podmínkách.
Náklady na studniční čerpadlo jsou poměrně vysoké a instalace v plášti je komplikovaná. To vede k závěru: studniční čerpadlo je zařízení, které byste se měli snažit opravovat a vyměňovat co nejméně. A k tomu pro něj musíte vytvořit optimální podmínky provozu, pak zařízení vydrží co nejdéle bez poruch nebo poruch.
Faktory ovlivňující životnost studničního čerpadla
Jakýkoli elektromotor (a čerpadlo je ve skutečnosti elektromotor) zažívá maximální zatížení v okamžiku spuštění. Čím méně často se motor zapíná, tím déle vydrží. Proto ve schématu zásobování vodou venkovský dům je k dispozici akumulační nádrž - jednoduchý nebo hydraulický akumulátor - aby čerpadlo mohlo čerpat co nejvíce vody v jednom provozním cyklu.
V tomto případě bude čerpadlo studny aktivováno pouze tehdy, když hladina vody v akumulační nádrži klesne. Pokud není k dispozici nádoba se zásobou vody, motor čerpadla se spustí pokaždé, když je aktivováno alespoň jedno sběrné místo vody.
Druhým negativním faktorem jsou zapínací proudy, které jsou několikanásobně vyšší než jmenovité. Je to dáno setrvačností mechanické části elektromotoru, kdy rotace komponent začíná o něco později než napájení. Při častém spouštění čerpacího zařízení a neustálý vznik vysoké rozběhové proudy se postupně snižují v důsledku vysokého tepelného zatížení ochrannou funkci izolace vinutí motoru. A to je již plné zkratu a v důsledku toho poruchy čerpadla.
Metody kompenzace vysokého zapínacího proudu
Pro snížení startovacího proudu je nutné nainstalovat systém soft start. Upozorňujeme na dva typy systémů měkkého startu čerpadel do vrtů:
- Hladké spouštění SS pomocí speciálního ovládacího panelu pro studnová čerpadla vyráběná domácími výrobci (automatické řídicí a ochranné stanice samohybných děl "Cascade" a "Vysota") a zahraniční (Pedrollo, Grundfos a některé další).
- Spuštění motoru studničního čerpadla pomocí frekvenčního měniče.
Principem napájení čerpadla pomocí elektronických stanic ACS je automatický plynulý nárůst napětí, regulovaný fázovým řízením. Pomocí frekvenční konverze je rozběhový proud udržován na jmenovité úrovni.
Hlavní funkce samohybných děl:
- automatické (s možností přepnutí na manuální režim) spuštění a zastavení čerpadla na příkaz relé, které určuje hladinu vody v zásobní nádrži;
- dálkové ovládání čerpadla;
- ochrana čerpadla a vypnutí napájení v případě zkratu, nevyváženosti fází a přetížení;
- Ochrana proti chodu na sucho.
Nevýhody samohybných děl zahrnují vysoké náklady na vybavení.
víš?
Někteří výrobci studňových čerpadel nabízejí modely se zabudovaným systémem měkkého startu. Například Grundfos řady SQ a SQE.
"Proč je nutné zajistit hladký start studňového čerpadla" př. n. l. "POISK"řekni svým přátelům: 3. ledna 2016
Jak dosáhnout optimální úspory energie v hydraulických systémech s odstředivými čerpadly? Tato otázka se dnes stále častěji objevuje mezi specialisty a obchodními manažery. Jaká zařízení tedy mohou zkrátit dobu návratnosti a zvýšit energetickou účinnost – softstartéry, frekvenční měniče nebo využití paralelního řízení čerpadel? Autoři článku nabízejí pečlivě provedenou analýzu různých technických řešení, ilustrovanou příklady implementace ve výrobě, schématy a tabulkami.
ABB LLC, Moskva
Zajištění energetické účinnosti je jedním z nejnaléhavějších a zároveň nejsložitějších úkolů současnosti. Snižování nákladů na spotřebu energie je jednou z metod zvýšení rentability výroby a efektivního provozu výrobních linek. Obecná analýza závodů v širokém spektru aplikací ukazuje, že náklady spojené s nákupem zařízení a prostoje výroby v důsledku údržby a uvádění nového zařízení do provozu mohou být částečně kompenzovány úsporami ve spotřebě energie.
Energeticky účinné technologie jsou jednou z priorit ABB. Nejmodernější metody a vývoj k zajištění co nejefektivnějšího provozu našly své uplatnění v moderní vybavení Společnost ABB – frekvenční měniče a softstartéry*, které jsou široce používány pro řízení pohonných mechanismů čerpacích jednotek a mohou výrazně snížit spotřebu energie v zařízeních na úpravu vody a čištění odpadních vod.
Často používaný mechanický způsob regulace průtoku čerpadla, neboli způsob škrcení, je z hlediska úspory energie krajně neefektivní. To vyvolává otázku: které ze dvou technických řešení je nejekonomičtější způsob snižování spotřeby energie – pohony s proměnnou frekvencí nebo cyklické řízení (obr. 1)? Charakteristiky hydraulického systému, ve kterém se odstředivé čerpadlo používá, jsou v podstatě určujícím faktorem při výběru jedné metody řízení před druhou.
Rýže. 1. Regulace průtoku systému prostřednictvím škrcení, cyklického a frekvenčního řízení
V průmyslu odpadních vod se odstředivá čerpadla typicky zapínají/vypínají pod kontrolou systému řízení procesu. Zbytková voda (tedy voda pocházející z obytných nebo komerčních budov) se obvykle shromažďuje v septicích nebo nádržích na odpadní vody, dokud není přečerpána do městských čistíren odpadních vod. S přihlédnutím k určité frekvenci použití softstartérů výrazně snižuje riziko ucpání čerpadla odpadem obsaženým ve vodě.
Cyklické řízení je zajímavou alternativou k pohonům s proměnnou frekvencí, a to i přes ztrátu flexibility v řízení průtoku. Jinými slovy, softstartér je považován za vhodnou a konkurenceschopnou technologii k ochraně asynchronní elektromotor elektrickými přetíženími, mechanickými otřesy a vibracemi při spouštění, jakož i hydraulickými rázy v potrubním systému, ke kterým dochází při zastavení čerpadla. Elektromotor je navíc provozován v optimálním pracovním bodě a po zbytek času je vypnutý.
Následující části poskytují analýzu úspor energie a ROI řešení pro řízení s proměnnou frekvencí a cyklické řízení pro dvě odstředivá čerpadla (90 kW a 350 kW).
Typický čerpací systém
Při návrhu čerpacího systému je hlavní podmínkou zajištění požadovaného průtoku Qop [m3/h]. V ideálním systému má vybrané čerpadlo charakteristiku Qbep [m3/h], která odpovídá charakteristice Qop [m3/h]. V praxi se většinou volí větší čerpadlo (obr. 2). Výsledkem je, že čerpadlo pracuje se sníženou hydraulickou účinností ve většině výkonového rozsahu. Výše uvedené je znázorněno na Obr. 3 pro dvě odstředivá čerpadla Aurora o jmenovitém výkonu 90 kW a 350 kW.
Tabulka 1 Srovnávací charakteristiky parametry dvou čerpadel
Rýže. 2. Výběr čerpadla pro průmyslovou instalaci
Rýže. 3. Snížení hydraulické účinnosti u čerpadel 90 kW a 350 kW v důsledku změn parametrů komponent systému o 15 %
Pro analýzu možností úspory energie v těchto čerpadlech byly uvažovány tři různé hydraulické systémy: s převahou tlaku k překonání tření, tj. poměr (?) statického tlaku Hst [m] k maximální hydraulické výšce Hmax [ m] je 5 %; s převahou statického tlaku (a je 50 %); s kombinovaným tlakem (a je 25 %) (obr. 4).
Rýže. 4. Hydraulické systémy vybrané pro analýzu potenciálních úspor energie
Výkonové charakteristiky frekvenčního měniče, softstartéru a motoru
Frekvenční měniče mají vysokou účinnost (ηconv), která přirozeně klesá, když výstupní výkon klesá vůči jmenovité hodnotě. Když softstartér pracuje v ustáleném stavu, tedy když je aktivován bypass, je účinnost softstartérů téměř 100 %. Je třeba poznamenat, že účinnost softstartérů znatelně klesá se zvýšením počtu startů za hodinu a zkrácením intervalů provozních časů, což je způsobeno dodatečnými ztrátami Joule při spouštění a zastavování elektromotoru a také provozu. tyristorů (obr. 5).
Rýže. 5. Změna elektrické účinnosti (%) softstartéru a frekvenčního měniče s čerpacím zatížením
Nedávno přijaté přísnější normy (třídy IE) zaručují zvýšenou účinnost elektromotoru - při provozu pod zátěží (obr. 6 a 7). Účinnost elektromotoru (přísně v závislosti na třídě) je ovlivněna použitím buď frekvenčního měniče nebo softstartéru: účinnost klesá při napájení z vysokorychlostního výstupního měniče kvůli přítomnosti harmonických zkreslení proudu a napětí, ale nemění se při napájení softstartérem po ukončení přechodného zrychlení procesu v důsledku sinusového průběhu napětí na výstupu zařízení.
Rýže. 6. Vliv třídy energetické účinnosti elektromotoru na účinnost čerpadla
Rýže. 7. Změna účinnosti elektromotoru s hydraulickou zátěží
Vliv změny charakteristik součástí systému, třídy energetické účinnosti elektromotoru a harmonických ztrát v reálném systému je uveden v tabulce. 2.
Tabulka 2 Vliv větší velikosti systému, třídy motoru a harmonických ztrát
pro spotřebu elektrické energie (Pn =90 kW – spínací frekvence 4 kHz)
Úspora energie
Dosažené úspory energie pomocí frekvenčního a cyklického řízení u čerpacích systémů 90 kW a 350 kW jsou na Obr. 8 a 9. V systémech s převahou tlaku k překonání tření (? = 5 %) poskytuje frekvenční regulace vyšší úsporu energie téměř v celém provozním rozsahu (od 7 do 98 %) pro oba čerpací systémy. V případě čerpadla 90 kW a v systému s převahou statického tlaku (? = 50 %) je nejlepší cyklické řízení technické řešení ve srovnání s použitím frekvenčního měniče pro všechny provozní body. Frekvenční měnič poskytuje o něco vyšší úsporu energie pro čerpadlo o výkonu 350 kW, ale pouze v rozsahu 75 až 92 % výkonu čerpadla. Při zvažování kombinovaného hydraulického systému (? = 25 %) umožňuje regulace VFD vyšší úsporu energie pouze u čerpadel s výkonem nad 28 % (pro systém 90 kW) a 24 % (pro systém 350 kW). Ve skutečnosti jsou nejvyšší úspory energie při použití frekvenčního řízení pozorovány v rozsahu 15 až 20 % výkonu čerpadla.
Rýže. 8.
pro čerpadlo 90 kW
Rýže. 9.Úspora energie [%] s frekvenčním a cyklickým řízením
pro čerpadlo 350 kW
Na rozdíl od frekvenčních měničů, které mají při jmenovitém provozu ztráty na polovodičových součástkách, softstartéry v tomto případě pracují přes přemosťovací stykač, takže tyristory nejsou zapojeny (obr. 10). A proto nedochází k žádným dodatečným tepelným ztrátám. Provozní a systémové charakteristiky, pro které je vhodnější zvolit jeden nebo jiný způsob řízení pro regulaci výkonu čerpadla, jsou znázorněny na Obr. 11**.
Rýže. 10. Optimální účinnost pro 90 kW čerpadlo při obtoku přes softstartér
při vysokém zatížení (90–100 % projektované kapacity)
Rýže. 11. Referenčním bodem, kdy se úspory při použití cyklického řízení zvyšují, je
než použití řešení pohonu s proměnnou frekvencí
Návratnost investic
Jedním z nejdůležitějších faktorů pro zákazníky je výpočet návratnosti investice, která zahrnuje dodatečné náklady v důsledku prostojů zařízení při instalaci a uvádění softstartéru do provozu.
Náklady na frekvenční měnič jsou třikrát vyšší než náklady na softstartér pro čerpadla s jmenovitým výkonem do 25 kW a pro čerpadla 350 kW - pětkrát. Celková počáteční investice do regulace frekvence nebo cyklického řízení se vypočítá jako součet nákladů na frekvenční měnič nebo softstartér plus procento nákladů na prostoje vzhledem k nákladům vynaloženým během celého životního cyklu procesní linky.
U frekvenčních měničů a softstartérů je tento podíl 7,5 %.
Cena jednotlivých komponent se může lišit z několika důvodů. Předně je třeba poznamenat, že nízkonapěťové frekvenční měniče se častěji používají v trvalém provozu elektromotoru než v režimu start/stop a poskytují přesnější řízení. Bipolární tranzistory s izolovaným hradlem (IGBT) používané ve frekvenčních měničích však vyžadují udržení určitého teplotního režimu a chlazení, což z nich činí poměrně drahé prvky a odpovídajícím způsobem zvyšuje náklady na frekvenční měniče ve srovnání se softstartéry stejného jmenovitého výkonu. V softstartérech pracují polovodičové výkonové prvky - tyristory - pouze v režimech start a stop s průměrnou dobou každého režimu asi 15 sekund. Stojí za zmínku, že levné a spolehlivé tyristory nevyžadují konstantní nucené chlazení.
Doba návratnosti pro frekvenční měniče a cyklické řízení toku je znázorněna na Obr. 12 a 13 pro elektromotory 90 kW a 350 kW pro tři hydraulické systémy: ? = 5 %, 25 % a 50 %.
Rýže. 12. Doba návratnosti pro řešení s frekvenčním a cyklickým řízením (softstartér)
pro čerpadlo 90 kW
Rýže. 13. Doba návratnosti pro řešení s frekvenčním a cyklickým řízením (softstartér)
pro čerpadlo 350 kW
Řešení pro řízení paralelních čerpadel
V mnoha hydraulických systémech lze optimální úspory energie s dobrou návratností investice dosáhnout použitím paralelního řídicího systému čerpadel***, který využívá jak pohony s proměnnými otáčkami, tak softstartéry.
Rýže. 14.Řešení pro systém se čtyřmi paralelními čerpadly
(hydraulický systém s převahou tlaku k překonání tření)
Tabulka 3. Schéma řízení pro systém se čtyřmi paralelními čerpadly
V hydraulických systémech s převahou tlaku k překonání tření (? = 5 %) a se čtyřmi paralelními čerpadly - každé čerpadlo o jmenovitém výkonu 350 kW (2500 m3/h) - je optimální použít dva frekvenční měniče a dva měkké startéry (obr. 14). Ve schématu, které poskytuje nejlepší řešení z hlediska návratnosti a flexibility řízení, jsou dvě čerpadla, 1 a 2, řízena softstartéry a čerpadla 3 a 4 jsou řízena frekvenčním měničem (viz tabulka 3). Čerpadla se softstartéry pracují na maximální výkon. Zvýšením rychlosti otáčení čerpadel řízených frekvenčními měniči na jmenovité otáčky lze zajistit maximální výkon systému. Ve smíšeném hydraulickém systému (hydraulický systém s dominantním statickým tlakem/třením) (? = 25 %) jsou konstrukce, která poskytuje optimální řešení z hlediska návratnosti investic a flexibility ovládání, tři čerpadla, z nichž první dvě jsou řízené softstartéry , a třetí čerpadlo - frekvenční měnič (viz obr. 15 a tabulka 5).
Rýže. 15.Řešení pro systém se třemi paralelními čerpadly
(hydraulický systém se statickým tlakem/převládajícím tlakem k překonání tření)
Tabulka 4. Schéma řízení průtoku pro systém se třemi paralelními čerpadly
(kombinovaný hydraulický systém)
U obou systémů se počáteční investice do nákupu softstartérů a frekvenčních měničů transformuje v ekonomický zisk za méně než 1,5 roku za předpokladu, že regulovaný průtok je menší než 80 % celkového výkonu (obr. 16).
Tabulka 5. Možnosti
Rýže. 16. Zúčtovací období návratnost za dvě instalace,
s paralelním řízením čerpadel z frekvenčních měničů a softstartérů
Nejlepší řešení?
Analýza účinnosti systémů frekvenčního a cyklického řízení průtoku byla provedena pro dvě odstředivá čerpadla (90 kW a 350 kW) s motory do 1000 V. Získané výsledky ukazují, že řízení pomocí frekvenčního řízení je nejlepším řešením v hydraulických systémech s převaha tlaku k překonání ztrát třením (doprava kapaliny bez výškového rozdílu v případě použití oběhových čerpadel). V systémech, kde převládá statický tlak, se doporučuje použít cyklické řízení. Frekvenční měniče by se neměly používat v systémech s plochými charakteristikami čerpadla a zátěže kvůli riziku nestability a poruchy.
Zařízení s měkkým startem jsou nejslibnějším technickým řešením pro čistírny vody a likvidace odpadních vod, u kterých je nutné zapnout/vypnout čerpadlo k odčerpání kapaliny z kolektorů a následně přesunout odpadní vodu do čistíren. Softstartéry jsou vysoce spolehlivé a mají vestavěné funkce pro eliminaci vodních rázů při spouštění i zastavování systému. Maximální úspory energie a minimální doby návratnosti pro širokou škálu hydraulických systémů však lze dosáhnout použitím paralelních řídicích obvodů čerpadel, které využívají kombinaci frekvenčních měničů a softstartérů. Na základě know-how v oblasti automatizace a široké škály nízkonapěťových automatizačních zařízení nabízí ABB další řešení pro efektivní využití energie v široké škále aplikací.
______________________________________
* Softstartéry regulují úroveň napětí dodávaného do elektromotoru, čímž zajišťují plynulé spouštění a zastavování pohonu.
** Při přepočtu procentuálních úspor energie (pro pevné otáčky a škrcení) na nákladovou efektivitu se předpokládá, že čerpadlo bude běžet 8 760 hodin ročně (330 x 24) při 0,065 USD za kWh elektřiny.
*** Pro optimální řízení průtoku v paralelních okruzích pracuje jedno čerpadlo, dokud nebude maximální výkon, načež se hydraulická zátěž rozdělí na dvě současně pracující čerpadla. Po dosažení druhé nastavené hodnoty se aktivují tři čerpadla a tak dále.
Literatura
1. ITT Industries (2007). Místo ITT v koloběhu vody: Všechno kromě potrubí.
2. Aurora Pump (Pentair Pump Group) červen 1994, Spojené státy americké.
3. IEC 60034-31:2009. Točivé elektrické stroje. Část 31: Průvodce pro výběr a použití energeticky účinných motorů včetně aplikací s proměnnou rychlostí.
4. Brunner, C. U. (4.–5. února 2009). Třídy účinnosti: Elektromotory a systémy. Akce týkající se norem energetické náročnosti motoru, Sydney (Austrálie). www.motorsystems.org.
5. Ministerstvo energetiky (DOE). Mezinárodní agentura pro energii (EIA) (červen 2009). Průměrná maloobchodní cena elektřiny pro konečné zákazníky.
6. Sagarduy, J. (leden 2010). Ekonomické zhodnocení metod spouštění se sníženým napětím. SECRC/PT-RM10/017.
7. Hydraulický ústav (srpen 2008). Pumps & Systems, Pochopení základů čerpacích systémů pro energetickou účinnost. Výpočet nákladů na vlastnictví.
8. ITT Flygt (2006). Circulationspumpar med vet motor för värmesystem a kommersiella byggnader.
9. Vogelesang, H. (duben 2009). Energetická účinnost. Dva přístupy ke kontrole kapacity. Světový časopis Pumps.
