I INTRODUCERE

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

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.

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.

2

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

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:

3

• 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

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.

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).

4

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

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.

5

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:

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:

6

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

Datele nominale electrice şi mecanice ale motorului sunt tipărite pe eticheta

fixată pe acesta.

Placuţă indicatoare aflată pe motoarele electrice

7

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

Conectarea înfăşurărilor în stea

Conexiune tip stea

Legatura la placa de borne pentru conexiunea stea

8

Conectarea înfăşurărilor în triunghi

Conexiune tip triunghi

Legatura la placa de borne pentru conexiunea triunghi

III STUDIUL SOFTSTARTERELOR

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.

9

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.

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.

10

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 √

3.3 Conectarea softstarterelor în reţele electrice

11

Conexiunea cablurilor

12

Legenda:

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.

13