Zariadenie mäkký štart ABB PSR-25-600
Ahojte všetci! Dnes tu bude článok, ktorý ukazuje skutočný príklad používanie softštartéra v praxi. Nainštaloval som mäkký štart elektromotora na skutočné zariadenie, sú poskytnuté fotografie a schémy.
Čo je to za zariadenie, som predtým podrobne opísal. Pripomínam ti to mäkký štart ateliér A mäkký štartér sú v podstate rovnaké zariadenia. Tieto názvy sú prevzaté z anglického Soft Starter. V článku nazvem tento blok tak a tak, zvyknite si). Informácií o softštartéroch je na internete dosť, odporúčam aj prečítať.
Môj názor na spúšťanie asynchrónnych motorov, potvrdený dlhoročnými pozorovaniami a praxou. Pri výkone motora nad 4 kW stojí za zváženie zabezpečiť plynulé zrýchlenie motora. To je potrebné pri veľkom, zotrvačnom zaťažení, ktoré je presne to, čo je spojené s hriadeľom takéhoto motora. Ak sa motor používa s prevodovkou, situácia je jednoduchšia.
Najjednoduchšou a najlacnejšou možnosťou mäkkého štartu je možnosť s motorom zapnutým cez okruh „Star-Delta“. Viac „hladké“ a flexibilnejšie možnosti sú softštartér a frekvenčný menič (populárne známy ako „frekvenčný ovládač“). Existuje aj starodávna metóda, ktorá sa takmer nikdy nepoužíva -.
Mimochodom, neklamným znakom toho, že motor je poháňaný cez frekvenčný menič, je zreteľne počuteľné vŕzganie s frekvenciou okolo 8 kHz, najmä v nízkych otáčkach.
Už som použil softštartér od Schneider Electric, bola to taká pozitívna skúsenosť v mojej práci. Potom bolo potrebné plynulo zapnúť/vypnúť dlhý kruhový dopravník s obrobkami (2,2 kW motor s prevodovkou). Škoda, že som vtedy nemal po ruke fotoaparát. Tentokrát sa však na všetko pozrieme veľmi podrobne!
Prečo bol potrebný mäkký štart motora?
Problém je teda v tom, že kotolňa má čerpadlá na napájanie kotla vodou. Čerpadlá sú len dve a zapínajú sa príkazom zo systému na sledovanie hladiny vody v kotle. Naraz môže pracovať len jedno čerpadlo; čerpadlo je zvolené obsluhou kotolne prepnutím vodovodných kohútikov a elektrických spínačov.
Čerpadlá sú poháňané bežnými asynchrónnymi motormi. Asynchrónne motory 7,5 kW cez konvenčné stýkače (). A keďže je výkon vysoký, štartovanie je veľmi ťažké. Pri každom spustení je badateľný vodný ráz. Zhoršujú sa samotné motory, čerpadlá a hydraulický systém. Niekedy sa zdá, že sa potrubia a kohútiky chystajú rozbiť na kusy.
Prihláste sa na odber! Bude to zaujímavé.
Okrem toho, keď kotol vychladne a náhle sa do neho privedie horúca voda (viac ako 95 ° C), dochádza k nepríjemným javom, ktoré pripomínajú výbušné vrenie. Stáva sa to naopak, voda s teplotou 100 °C môže byť studená – keď je v bojleri suchá para s teplotou takmer 200 °C. V tomto prípade dochádza aj k škodlivému vodnému kladivu.
V kotolni sú dva rovnaké kotly, ale druhý má frekvenčné meniče pre čerpadlá. Kotly (presnejšie parogenerátory) vyrábajú paru s teplotou vyššou ako 115 ° C a tlakom do 14 kgf/cm2.
Škoda, že konštrukcia kotla v elektrickom obvode nepočítala s plynulou aktiváciou motorov čerpadiel. Hoci sú kotly talianske, rozhodlo sa ušetriť na tomto...
Opakujem, že na plynulé zapnutie asynchrónnych motorov máme na výber z nasledujúcich možností:
- systém hladkého štartu (mäkký štart)
- frekvenčný menič (invertor)
V tomto prípade bolo potrebné zvoliť variant, ktorý by vyžadoval minimálny zásah do riadiaceho okruhu prevádzky kotla.
Faktom je, že akékoľvek zmeny v prevádzke kotla je potrebné dohodnúť s výrobcom kotla (alebo certifikovanou organizáciou) a s dozornou organizáciou. Zmeny preto treba robiť potichu a bez zbytočného hluku. Aj keď nezasahujem do bezpečnostného systému, takže to tu nie je také prísne.
Moji pravidelní čitatelia vedia, že teraz, po , mám plné právo vykonávať prístrojové a automatizačné práce v kotolni.
Výber softštartéra
Najprv sa pozrime na štítok motora:
Výkon motora je 7,5 kW, vinutia sú zapojené do trojuholníkového obvodu, menovitý spotrebovaný prúd je 14,7A.
Takto vyzeral spúšťací systém („tvrdý“):
Pripomínam, že máme dva motory a spúšťajú sa stýkačmi 07KM1 a 07KM2. Stykače sú vybavené blokmi prídavných kontaktov pre indikáciu a kontrolu zapnutia.
Ako alternatíva bol vybraný softštartér ABB PSR-25-600. Jeho maximálny prúd je 25 Ampérov, takže máme dobrú rezervu. Najmä ak si uvedomíte, že budete musieť pracovať v náročných podmienkach – počet štartov/stop, vysoká teplota. Foto je na začiatku článku.
Tu je nálepka na softštartéri s parametrami:
Čo je nové v skupine VK? SamElectric.ru ?
Prihláste sa na odber a prečítajte si článok ďalej:
Softstartér ABB PSR-25-600 – parametre
- FLA - Full Load Amps - prúdová hodnota pri plnom zaťažení - takmer 25A,
- Uc – prevádzkové napätie,
- Us – napätie riadiaceho obvodu.
Inštalácia softštartéra
Skúsil som to na začiatok:
Výška je rovnaká, šírka je rovnaká, len dĺžka je trochu dlhšia, ale je tam miesto.
Teraz otázka o riadiacich obvodoch. Stykače v pôvodnom obvode boli spínané napätím 24 VAC a naše ABB sú riadené napätím minimálne 100 VAC. Je potrebné medziľahlé relé alebo zmena napájacieho napätia riadiaceho obvodu.
Na oficiálnej stránke ABB som však našiel schému, ktorá ukazuje, že toto zariadenie môže fungovať aj pri 24 VAC. Skúsil som šťastie - nefungovalo to, nespustí sa ...
Inštalujeme medziľahlé relé, ktoré privedie napätie na požadovanú úroveň:
Tu je to z iného uhla:
To je všetko. Medziľahlé relé sa nazývali 07KM11 a 07KM21. Mimochodom, sú potrebné aj pre ďalšie obvody. Prostredníctvom nich sa zapínajú indikátory a suché kontakty pre externé zariadenie (zatiaľ sa nepoužívajú, v starom okruhu - oranžové vodiče).
Keď som chcel použiť ovládanie priamo, bez relé (24 VAC), plánoval som previesť indikátory napájania cez kontakty Com – Run, ktoré teraz zostali nevyužité.
Obvody mäkkého štartu
Tu je pôvodný diagram.
Tu je návod, ako som ľahko zmenil diagram:
Čo sa týka nastavení - stručne. Existujú tri úpravy - čas zrýchlenia, čas spomalenia a počiatočné napätie.
Bolo by možné použiť jeden softštartér a stýkače na výber motora (prepnutie jedného zariadenia na dva motory). To však skomplikuje a výrazne zmení obvod a zníži spoľahlivosť. Čo je pre také strategické zariadenie, akým je kotolňa, veľmi dôležité.
Priebehy napätia
Oriešok poznania je ťažký, ale predsa
Nie sme zvyknutí ustupovať!
Pomôže nám to rozdeliť
spravodaj "Chcem vedieť všetko!"
Každý môže zostaviť obvod pomocou skrutkovača. A pre tých, ktorí chcú vidieť napätie a pochopiť, aké skutočné procesy prebiehajú, sa bez osciloskopu nezaobídu. Zverejňujem oscilogramy na výstupe 2T1 softštartéra.
Nie je to logická nezrovnalosť – motor je vypnutý, ale je na ňom napätie?! Toto je vlastnosť niektorých softštartérov. Nepríjemné a nebezpečné. Áno, na motore je napätie 220V, aj keď je zastavený.
Faktom je, že riadenie prebieha iba v dvoch fázach a tretia (L3 - T3) je pripojená priamo k motoru. A keďže nie je prúd, všetky výstupy zariadenia sú ovplyvnené fázovým napätím L3, ktoré prechádza vinutiami motora. Rovnaký nezmysel sa deje v trojfázových polovodičových relé.
Buď opatrný! Pri údržbe motora pripojeného k softštartéru vypnite vstupné ističe a skontrolujte, či nie je žiadne napätie!
Keďže záťaž je indukčná, sínusová vlna je nielen rozrezaná na kúsky, ale aj značne skreslená.
Existuje rušenie, a to sa musí vziať do úvahy - sú možné poruchy v prevádzke regulátorov a iný slabý prúd. Na zníženie tohto vplyvu je potrebné rozmiestniť a tieniť obvody, nainštalovať tlmivky na vstupe atď.
Fotografia bola urobená pár sekúnd pred zapnutím interného stýkača (bypass), ktorý dodával plné napätie do motora.
Fotografia prípadu
Ďalší malý bonus - pár fotiek vzhľad Softštartéry ABB PSR-25-600.
ABB PSR-25-600 – pohľad zdola
Možnosť – konektor a upevňovacie prvky pre pripojenie chladiaceho ventilátora v prípade veľkého zaťaženia
ABB PSR-25-600 – napájacie vstupné svorky a napájacie a ovládacie svorky.
To je zatiaľ všetko, otázky a kritika v komentároch o mäkkom štarte elektromotorov sú vítané!
Pekné májové sviatky!
Ako dosiahnuť optimálne úspory energie v hydraulických systémoch s odstredivými čerpadlami? Táto otázka sa dnes čoraz častejšie objavuje medzi odborníkmi a obchodnými manažérmi. Ktoré zariadenia teda môžu skrátiť dobu návratnosti a zvýšiť energetickú účinnosť – softštartéry, pohony s premenlivou frekvenciou alebo využitie paralelného riadenia čerpadiel? Autori článku ponúkajú starostlivo vykonanú analýzu rôznych technických riešení, ilustrovanú príkladmi implementácie vo výrobe, schémami a tabuľkami.
ABB LLC, Moskva
Zabezpečenie energetickej účinnosti je jedným z najdôležitejších a zároveň komplexné úlohy v súčasnosti. Znižovanie nákladov na spotrebu energie je jednou z metód zvyšovania rentability výroby a efektívnej prevádzky výrobných liniek. Všeobecná analýza závodov v širokom spektre aplikácií ukazuje, že náklady spojené s nákupom zariadení a prestojmi vo výrobe v dôsledku údržby a uvádzania nových zariadení do prevádzky môžu byť čiastočne kompenzované úsporami spotreby energie.
Energeticky efektívne technológie sú jednou z priorít ABB. Najviac moderné metódy a vývoj na zabezpečenie čo najefektívnejšej prevádzky našiel svoje uplatnenie v moderných zariadeniach ABB – frekvenčných meničoch a softštartéroch*, ktoré sú široko používané na riadenie pohonných mechanizmov čerpacích jednotiek a dokážu výrazne znížiť spotrebu energie v zariadeniach na úpravu vody a čistenie odpadových vôd.
Často používaný mechanický spôsob regulácie prietoku čerpadla alebo spôsob škrtenia je z hľadiska úspory energie mimoriadne neefektívny. To vyvoláva otázku: ktoré z týchto dvoch technických riešení je najhospodárnejším spôsobom zníženia spotreby energie – pohony s premenlivou frekvenciou alebo cyklické riadenie (obr. 1)? Charakteristiky hydraulického systému, v ktorom sa odstredivé čerpadlo používa, sú v podstate určujúcim faktorom pri výbere jedného spôsobu riadenia pred druhým.
Ryža. 1. Regulácia prietoku systému prostredníctvom škrtenia, cyklického a frekvenčného riadenia
V oblasti spracovania Odpadová voda zapnutie/vypnutie odstredivé čerpadlá sa spravidla vykonáva pod kontrolou kontrolného systému technologický postup. Zvyšková voda (teda voda pochádzajúca z obytných alebo komerčných budov) sa zvyčajne zhromažďuje v septikoch alebo nádržiach na odpadovú vodu, kým sa neprečerpá do komunálnych čistiarní vôd. Ak vezmeme do úvahy určitú frekvenciu, použitie softštartérov výrazne znižuje riziko upchatia čerpadla odpadom obsiahnutým vo vode.
Cyklické riadenie je zaujímavou alternatívou k pohonom s premenlivou frekvenciou, a to aj napriek strate flexibility v riadení prietoku. Inými slovami, softštartér sa považuje za vhodnú a konkurencieschopnú technológiu na ochranu indukčného motora pred elektrickým preťažením, mechanickými otrasmi a vibráciami počas spúšťania, ako aj pred vodným rázom v potrubnom systéme, ku ktorému dochádza pri zastavení čerpadla. Okrem toho je elektromotor prevádzkovaný v optimálnom prevádzkovom bode a po zvyšok času je vypnutý.
Nasledujúce časti poskytujú analýzu úspor energie a ROI riešení variabilnej frekvenčnej regulácie a cyklickej regulácie pre dve odstredivé čerpadlá (90 kW a 350 kW).
Typický čerpací systém
Pri návrhu čerpacej sústavy je hlavnou podmienkou zabezpečenie požadovaného prietoku Qop [m3/h]. IN ideálny systém vybrané čerpadlo má charakteristiku Qbep [m3/h], ktorá sa zhoduje s charakteristikou Qop [m3/h]. V praxi sa väčšinou volí väčšie čerpadlo (obr. 2). Výsledkom je, že čerpadlo pracuje so zníženou hydraulickou účinnosťou vo väčšine výkonového rozsahu. Vyššie uvedené je znázornené na obr. 3 pre dve odstredivé čerpadlá Aurora s menovitým výkonom 90 kW a 350 kW.
Stôl 1. Porovnávacie charakteristiky parametrov dvoch čerpadiel
Ryža. 2. Výber čerpadla pre priemyselnú inštaláciu
Ryža. 3. Zníženie hydraulickej účinnosti čerpadiel s výkonom 90 kW a 350 kW v dôsledku zmien parametrov komponentov systému o 15 %
Na analýzu možností úspory energie v týchto čerpadlách boli uvažované tri rôzne hydraulické systémy: s prevahou tlaku na prekonanie trenia, to znamená pomer (?) statického tlaku Hst [m] k maximálnej hydraulickej výške Hmax [ m] je 5 %; s prevahou statického tlaku (a je 50 %); s kombinovaným tlakom (a je 25 %) (obr. 4).
Ryža. 4. Hydraulické systémy vybrané na analýzu potenciálnych úspor energie
Výkonové charakteristiky frekvenčného meniča, softštartéra a motora
Frekvenčné meniče majú vysokú účinnosť (ηconv), ktorá prirodzene klesá, keď výstupný výkon klesá oproti menovitej hodnote. Keď softštartér pracuje v ustálenom stave, to znamená, keď je aktivovaný bypass, účinnosť softstartérov je takmer 100%. Je potrebné poznamenať, že účinnosť softštartérov výrazne klesá so zvýšením počtu štartov za hodinu a skrátením prevádzkových časových intervalov, čo je spôsobené dodatočnými stratami Joule pri štartovaní a vypínaní elektromotora, ako aj prevádzkou. tyristorov (obr. 5).
Ryža. 5. Zmena elektrickej účinnosti (%) softštartéra a frekvenčného meniča s čerpacou záťažou
Nedávno prijaté prísnejšie normy (triedy IE) zaručujú zvýšenú účinnosť elektromotora - pri prevádzke pod záťažou (obr. 6 a 7). Účinnosť elektromotora (prísne v závislosti od triedy) je ovplyvnená použitím buď frekvenčného meniča alebo softštartéra: účinnosť klesá pri napájaní z vysokorýchlostného výstupného meniča v dôsledku prítomnosti harmonických skreslení prúdu a napätie, ale nemení sa pri napájaní softštartérom po ukončení prechodného zrýchlenia procesu v dôsledku sínusového priebehu napätia na výstupe zariadenia.
Ryža. 6. Vplyv triedy energetickej účinnosti elektromotora na účinnosť čerpadla
Ryža. 7. Zmena účinnosti elektromotora s hydraulickou záťažou
Vplyv zmeny charakteristík komponentov systému, triedy energetickej účinnosti elektromotora a harmonických strát v reálnom systéme je uvedený v tabuľke. 2.
Tabuľka 2 Vplyv väčšej veľkosti systému, triedy motora a harmonických strát
na spotrebu elektrickej energie (Pn = 90 kW – spínacia frekvencia 4 kHz)
Úspora energie
Úspory energie dosiahnuté použitím frekvenčného a cyklického riadenia v 90 kW a 350 kW čerpacích systémoch sú znázornené na obr. 8 a 9. V systémoch s prevahou tlaku na prekonanie trenia (? = 5 %) poskytuje frekvenčná regulácia vyššiu úsporu energie takmer v celom prevádzkovom rozsahu (od 7 do 98 %) pre oba čerpacie systémy. V prípade 90 kW čerpadla a v systéme s prevahou statického tlaku (? = 50 %) je najlepšie cyklické riadenie technické riešenie v porovnaní s použitím frekvenčného meniča pre všetky pracovné body. Frekvenčný menič poskytuje o niečo vyššiu úsporu energie pre čerpadlo s výkonom 350 kW, ale len v rozsahu 75 až 92 % výkonu čerpadla. Pri zvažovaní kombinovaného hydraulického systému (? = 25 %) umožňuje VFD riadenie len vyššie úspory energie pre čerpadlá s výkonom nad 28 % (pre 90 kW systém) a 24 % (pre 350 kW systém). V skutočnosti sú najvyššie úspory energie pri použití frekvenčného riadenia pozorované v rozsahu 15 až 20 % výkonu čerpadla.
Ryža. 8.
pre čerpadlo 90 kW
Ryža. 9.Úspora energie [%] s frekvenčným a cyklickým riadením
pre čerpadlo 350 kW
Na rozdiel od frekvenčných meničov, v ktorých pri menovitej prevádzke dochádza k stratám na polovodičových súčiastkach, softštartéry v tomto prípade pracujú cez premosťovací stýkač, takže tyristory nie sú zapojené (obr. 10). A preto nedochádza k žiadnym dodatočným tepelným stratám. Prevádzkové a systémové charakteristiky, pre ktoré je vhodnejšie zvoliť jeden alebo iný spôsob ovládania na reguláciu výkonu čerpadla, sú znázornené na obr. jedenásť**.
Ryža. 10. Optimálna účinnosť pre 90 kW čerpadlo pri obtoku cez softštartér
pri vysokom zaťažení (90–100 % projektovanej kapacity)
Ryža. jedenásť. Referenčný bod, pri ktorom sú úspory pri použití cyklického riadenia vyššie, je
ako použitie riešenia pohonu s premenlivou frekvenciou
Návratnosť investícií
Jedným z najdôležitejších faktorov pre zákazníkov je výpočet návratnosti investície, ktorá zahŕňa dodatočné náklady v dôsledku prestojov zariadení počas inštalácie a uvedenia softštartéra do prevádzky.
Náklady na frekvenčný menič sú trikrát vyššie ako náklady na softštartér pre čerpadlá s menovitým výkonom do 25 kW a pre čerpadlá s výkonom 350 kW - päťkrát. Celková počiatočná investícia do frekvenčnej regulácie alebo cyklického riadenia sa vypočíta ako súčet nákladov na frekvenčný menič alebo softštartér plus percento nákladov na prestoje zariadenia vo vzťahu k nákladom vynaloženým počas celého obdobia. životný cyklus prevádzka výrobnej linky.
Pre frekvenčné meniče a softštartéry je tento podiel 7,5 %.
Cena jednotlivých komponentov sa môže líšiť z niekoľkých dôvodov. V prvom rade je potrebné poznamenať, že nízkonapäťové frekvenčné meniče sa častejšie používajú v nepretržitej prevádzke elektromotora, a nie v režime štart/stop, a poskytujú presnejšie riadenie. Bipolárne tranzistory s izolovaným hradlom (IGBT) používané vo frekvenčných meničoch si však vyžadujú určité udržiavanie teplotný režim a chladenie, čo z nich robí dosť drahé prvky a podľa toho zvyšuje náklady na frekvenčné meniče v porovnaní so softštartérmi s rovnakým menovitým výkonom. V softštartéroch pracujú polovodičové výkonové prvky - tyristory iba v režime štart a stop s priemerným časom každého režimu asi 15 sekúnd. Stojí za zmienku, že lacné a spoľahlivé tyristory nevyžadujú neustále nútené chladenie.
Doba návratnosti pre frekvenčné meniče a cyklické riadenie toku je znázornená na obr. 12 a 13 pre elektromotory 90 kW a 350 kW pre tri hydraulické systémy: ? = 5 %, 25 % a 50 %.
Ryža. 12. Doba návratnosti pre riešenia s frekvenčným a cyklickým riadením (softštartér)
pre čerpadlo 90 kW
Ryža. 13. Doba návratnosti pre riešenia s frekvenčným a cyklickým riadením (softštartér)
pre čerpadlo 350 kW
Riešenia riadenia paralelných čerpadiel
V mnohých hydraulických systémoch možno dosiahnuť optimálnu úsporu energie s dobrou návratnosťou investície použitím paralelného systému riadenia čerpadla***, ktorý využíva pohony s premenlivými otáčkami aj softštartéry.
Ryža. 14. Riešenie pre systém so štyrmi paralelnými čerpadlami
(hydraulický systém s prevahou tlaku na prekonanie trenia)
Tabuľka 3. Schéma riadenia pre systém so štyrmi paralelnými čerpadlami
V hydraulických systémoch s prevahou tlaku na prekonanie trenia (? = 5 %) a so štyrmi paralelnými čerpadlami - každé čerpadlo s menovitým výkonom 350 kW (2500 m3/h) - je optimálne použiť dva frekvenčné meniče a dva mäkké štartéry (obr. 14). V konštrukcii, ktorá poskytuje najlepšie riešenie z hľadiska nákladovej efektívnosti a flexibility riadenia, sú dve čerpadlá, 1 a 2, riadené softštartérmi a čerpadlá 3 a 4 sú riadené frekvenčnými meničmi (pozri tabuľku 3). Čerpadlá so softštartérmi pracujú pri maximálnom výkone. Zvýšením otáčok čerpadiel riadených frekvenčnými meničmi na nominálne otáčky možno zabezpečiť maximálny výkon systému. V zmiešanom hydraulickom systéme (statický tlak/trenie s dominantným hydraulickým systémom) (? = 25 %) je konštrukcia, ktorá poskytuje optimálne riešenie z hľadiska návratnosti investícií a flexibility ovládania, tri čerpadlá, z ktorých prvé dve sú riadené softštartéry , a tretie čerpadlo - frekvenčný menič (pozri obr. 15 a tabuľku 5).
Ryža. 15. Riešenie pre systém s tromi paralelnými čerpadlami
(hydraulický systém so statickým tlakom/prevažujúcim tlakom na prekonanie trenia)
Tabuľka 4. Schéma riadenia prietoku pre systém s tromi paralelnými čerpadlami
(kombinovaný hydraulický systém)
Pri oboch systémoch sa počiatočná investícia do nákupu softštartérov a frekvenčných meničov transformuje na ekonomický zisk za menej ako 1,5 roka za predpokladu, že regulovaný prietok je menší ako 80 % z celkového výkonu (obr. 16).
Tabuľka 5. možnosti
Ryža. 16. Odhadovaná doba návratnosti pre dve inštalácie,
s paralelným riadením čerpadiel z frekvenčných meničov a softštartérov
Najlepšie rozhodnutie?
Analýza účinnosti systémov frekvenčného a cyklického riadenia prietoku bola vykonaná pre dve odstredivé čerpadlá (90 kW a 350 kW) s motormi do 1000 V. Získané výsledky naznačujú, že riadenie pomocou frekvenčného riadenia je najlepším riešením v hydraulických systémoch s prevaha tlaku na prekonanie strát trením (preprava kvapaliny bez výškového rozdielu v prípade použitia obehové čerpadlá). V systémoch, kde prevláda statický tlak, sa odporúča použiť cyklickú reguláciu. V systémoch s plochými charakteristikami čerpadla a zaťaženia by ste sa mali vyhnúť frekvenčným meničom kvôli riziku nestability a poruchy.
Zariadenia s mäkkým štartom sú najperspektívnejším technickým riešením pre úpravu vody a čistiarne odpadových vôd, v ktorých je potrebné zapnúť/vypnúť čerpadlo na odčerpanie kvapaliny z kolektorov a následne presun odpadovej vody do čistiarní. Softštartéry sú vysoko spoľahlivé a majú zabudované funkcie na elimináciu vodných rázov pri spúšťaní aj vypínaní systému. Maximálne úspory energie a minimálne doby návratnosti pre širokú škálu hydraulických systémov však možno dosiahnuť použitím paralelných riadiacich obvodov čerpadiel, ktoré využívajú kombináciu frekvenčných meničov a softštartérov. Na základe know-how v oblasti automatizácie a širokej škály nízkonapäťových automatizačných zariadení ponúka ABB ďalšie riešenia pre efektívne využitie energie v širokej škále aplikácií.
______________________________________
* Softštartéry regulujú úroveň napätia dodávaného do elektromotora, čím zaisťujú hladký štart a zastavenie pohonu.
** Pri prepočte percentuálnych úspor energie (pre pevnú rýchlosť a škrtenie) na nákladovú efektívnosť sa predpokladá, že čerpadlo bude bežať 8 760 hodín ročne (330 x 24) pri 0,065 USD za kWh elektriny.
*** Pre optimálnu reguláciu prietoku pracujú paralelné okruhy s jedným čerpadlom, kým sa nedosiahne maximálny prietok, potom sa hydraulické zaťaženie rozdelí medzi dve čerpadlá pracujúce súčasne. Keď sa dosiahne druhá nastavená hodnota, aktivujú sa tri čerpadlá atď.
Literatúra
1. ITT Industries (2007). Miesto ITT v kolobehu vody: Všetko okrem potrubí.
2. Aurora Pump (Pentair Pump Group) jún 1994, Spojené štáty americké.
3. IEC 60034-31:2009. Točivé elektrické stroje. Časť 31: Sprievodca pre výber a použitie energeticky účinných motorov vrátane aplikácií s premenlivou rýchlosťou.
4. Brunner, C. U. (4. – 5. február 2009). Triedy účinnosti: Elektromotory a systémy. Udalosť noriem energetickej účinnosti motora, Sydney (Austrália). www.motorsystems.org.
5. Ministerstvo energetiky (DOE). Medzinárodná agentúra pre energiu (EIA) (jún 2009). Priemerná maloobchodná cena elektriny pre konečných zákazníkov.
6. Sagarduy, J. (január 2010). Ekonomické vyhodnotenie metód spúšťania so zníženým napätím. SECRC/PT-RM10/017.
7. Hydraulický ústav (august 2008). Pumps & Systems, Pochopenie základov čerpacieho systému pre energetickú účinnosť. Výpočet nákladov na vlastníctvo.
8. ITT Flygt (2006). Circulationspumpar med vet motor för värmesystem and kommersiella byggnader.
9. Vogelesang, H. (apríl 2009). Energetická účinnosť. Dva prístupy k riadeniu kapacity. World Pumps Magazine.
Kto sa chce namáhať, míňať peniaze a čas na dovybavovanie zariadení a mechanizmov, ktoré už perfektne fungujú? Ako ukazuje prax, mnohí to robia. Hoci nie každý sa v živote stretáva s priemyselnými zariadeniami vybavenými výkonnými elektromotormi, neustále sa stretávajú s, aj keď nie tak žravými a výkonnými, elektromotormi v každodennom živote. No výťah asi využil každý.
Elektromotory a záťaže - problém?
Asi najvýznamnejšou záťažou motora v čase štartovania je niekoľkonásobné, aj keď krátkodobé prekročenie menovitého pracovného prúdu agregátu. Už po niekoľkých sekundách prevádzky, keď elektromotor dosiahne svoju normálnu rýchlosť, sa aj ním spotrebovaný prúd vráti na normálnu úroveň. Na zabezpečenie potrebného napájania musia zvýšiť výkon elektrických zariadení a vodivých vedení, čo vedie k ich zdražovaniu.
Pri štartovaní výkonného elektromotora v dôsledku jeho vysokej spotreby „klesá“ napájacie napätie, čo môže viesť k poruchám alebo poruche zariadení napájaných z tej istej linky. Okrem toho sa znižuje životnosť napájacích zariadení.
Ak nastanú núdzové situácie, ktoré majú za následok vyhorenie motora alebo vážne prehriatie, vlastnosti transformátorovej ocele sa môžu zmeniť natoľko, že po oprave motor stratí až tridsať percent výkonu. Za takýchto okolností k ďalšie vykorisťovanie už nie je vhodný a vyžaduje výmenu, ktorá tiež nie je lacná.
Prečo potrebujete mäkký štart?
Zdá sa, že všetko je v poriadku a vybavenie je na to určené. Ale vždy existuje „ale“. V našom prípade je ich niekoľko:
- v okamihu spustenia elektromotora môže napájací prúd prekročiť menovitý jeden až štyri a pol až päťkrát, čo vedie k výraznému zahrievaniu vinutia, čo nie je príliš dobré;
- spustenie motora priamym spínaním vedie k trhaniu, ktoré primárne ovplyvňuje hustotu tých istých vinutí, zvyšuje trenie vodičov počas prevádzky, urýchľuje zničenie ich izolácie a časom môže viesť k skratu;
- spomínané trhanie a vibrácie sa prenášajú na celú poháňanú jednotku. To je už úplne nezdravé, lebo môže spôsobiť poškodenie jeho pohyblivých častí: prevodové systémy, hnacie remene, dopravníkové pásy, alebo si len predstavte, ako jazdíte v trhajúcom sa výťahu. V prípade čerpadiel a ventilátorov ide o riziko deformácie a zničenia turbín a lopatiek;
- Netreba zabúdať ani na produkty, ktoré môžu byť na výrobnej linke. V dôsledku takéhoto trhnutia môžu spadnúť, rozpadnúť sa alebo zlomiť;
- No a pravdepodobne posledným bodom, ktorý si zaslúži pozornosť, sú náklady na prevádzku takéhoto zariadenia. Hovoríme nielen o drahých opravách spojených s častými kritickými záťažami, ale aj o značnom množstve neefektívne vynaloženej elektrickej energie.
Zdá sa, že všetky vyššie uvedené prevádzkové ťažkosti sú vlastné iba výkonným a objemným priemyselným zariadeniam, nie je to však tak. To všetko sa môže stať bolesťou hlavy pre každého priemerného človeka. Týka sa to predovšetkým elektrického náradia.
Špecifické použitie takých jednotiek, ako sú priamočiare píly, vŕtačky, brúsky a podobne, vyžaduje viacero cyklov štartu a zastavenia počas relatívne krátkeho časového obdobia. Tento prevádzkový režim ovplyvňuje ich životnosť a spotrebu energie v rovnakej miere ako ich priemyselné náprotivky. Pri tom všetkom nezabudnite, že systémy mäkkého štartu nie je možné regulovať otáčky motora alebo obrátiť ich smer. Taktiež nie je možné zvýšiť rozbehový moment alebo znížiť prúd pod hodnotu potrebnú na spustenie otáčania rotora motora.
Video: Mäkký štart, nastavenie a ochrana komutátora. motora
Možnosti pre systémy mäkkého štartu pre elektromotory
Systém hviezda-trojuholník
Jeden z najpoužívanejších štartovacích systémov pre priemyselné asynchrónne motory. Jeho hlavnou výhodou je jednoduchosť. Motor sa spustí pri prepnutí vinutia hviezdicového systému, po dosiahnutí normálnej rýchlosti sa automaticky prepne na spínanie trojuholníka. Toto je počiatočná možnosť umožňuje dosiahnuť prúd takmer o tretinu nižší než pri priamom štartovaní elektromotora.
Táto metóda však nie je vhodná pre mechanizmy s nízkou rotačnou zotrvačnosťou. Patria sem napríklad ventilátory a malé čerpadlá kvôli malým rozmerom a hmotnosti ich turbín. V momente prechodu z konfigurácie „hviezda“ do „trojuholníka“ prudko znížia rýchlosť alebo sa úplne zastavia. Výsledkom je, že po prepnutí sa elektromotor v podstate znova spustí. To znamená, že v konečnom dôsledku nielenže nedosiahnete úsporu životnosti motora, ale s najväčšou pravdepodobnosťou skončíte aj s nadmernou spotrebou energie.
Video: Pripojenie trojfázového asynchrónneho elektromotora s hviezdou alebo trojuholníkom
Elektronický systém mäkkého štartu motora
Plynulý štart motora je možné vykonať pomocou triakov zapojených do riadiaceho obvodu. Pre takéto pripojenie existujú tri schémy: jednofázové, dvojfázové a trojfázové. Každý z nich sa líši svojou funkčnosťou a konečnou cenou, resp.
S takýmito schémami zvyčajne je možné znížiť rozbehový prúd do dvoch alebo troch nominálnych. Okrem toho je možné znížiť značné zahrievanie spojené s vyššie uvedeným systémom hviezda-trojuholník, čo pomáha zvyšovať životnosť elektromotorov. Vďaka tomu, že štartovanie motora je riadené znižovaním napätia, rotor zrýchľuje plynulo a nie prudko, ako pri iných okruhoch.
Vo všeobecnosti je systémom mäkkého štartu motora priradených niekoľko kľúčových úloh:
- hlavným je zníženie štartovacieho prúdu na tri až štyri menovité;
- zníženie napájacieho napätia motora, ak je k dispozícii vhodné napájanie a zapojenie;
- zlepšenie parametrov rozjazdu a brzdenia;
- núdzová ochrana siete pred prúdovým preťažením.
Jednofázový štartovací obvod
Tento obvod je určený na spustenie elektromotorov s výkonom nie väčším ako jedenásť kilowattov. Táto možnosť sa používa, ak je potrebné zmierniť ráz pri rozbehu, ale brzdenie, mäkký rozbeh a zníženie rozbehového prúdu nevadí. Predovšetkým kvôli nemožnosti zorganizovať ich v takejto schéme. Ale kvôli lacnejšej výrobe polovodičov vrátane triakov sa ich výroba prerušila a vidno ich len zriedka;
Dvojfázový štartovací obvod
Tento obvod je určený na reguláciu a spúšťanie motorov s výkonom do dvestopäťdesiat wattov. Takéto systémy mäkkého štartu niekedy vybavené premosťovacím stykačom na zníženie nákladov na zariadenie to však nerieši problém asymetrie fázového napájania, ktorá môže viesť k prehriatiu;
Trojfázový štartovací obvod
Tento obvod je najspoľahlivejší a univerzálny systém mäkkého štartu pre elektromotory. Maximálny výkon motorov riadených takýmto zariadením je limitovaný výlučne maximálnou teplotou a elektrickou výdržou použitých triakov. Jeho všestrannosť umožňuje implementovať množstvo funkcií, ako napríklad: dynamická brzda, spätný zber alebo vyrovnávanie magnetického poľa a obmedzenie prúdu.
Dôležitý prvok Posledným zo spomínaných obvodov je premosťovací stykač, o ktorom sa hovorilo skôr. On umožňuje zabezpečiť správne tepelné podmienky systému mäkkého štartu elektromotora, keď motor dosiahne normálne prevádzkové otáčky, čím sa zabráni jeho prehriatiu.
Zariadenia na mäkký štart pre elektromotory, ktoré dnes existujú, sú okrem vyššie uvedených vlastností navrhnuté tak, aby spolupracovali s rôznymi regulátormi a automatizačnými systémami. Môžu byť aktivované príkazom operátora alebo globálnym riadiacim systémom. Za takýchto okolností, keď sú záťaže zapnuté, sa môže objaviť rušenie, ktoré môže viesť k poruchám v automatizácii, a preto stojí za to postarať sa o ochranné systémy. Použitie obvodov mäkkého štartu môže výrazne znížiť ich vplyv.
Urob si sám mäkký štart
Väčšina z vyššie uvedených systémov nie je v skutočnosti použiteľná v domácich podmienkach. Predovšetkým z dôvodu, že doma veľmi zriedka používame trojfázové asynchrónne motory. Komutátorových jednofázových motorov je ale viac než dosť.
Existuje veľa schém na hladké štartovanie motorov. Výber konkrétneho závisí výlučne od vás, ale v zásade s určitými znalosťami rádiového inžinierstva, šikovnými rukami a túžbou je celkom môžete zostaviť slušný domáci štartér, ktorý predĺži životnosť vášho elektrického náradia a domácich spotrebičov na mnoho rokov.
Existuje veľa dôvodov na zapnutie domácich čerpadiel pomocou softštartéra.
Typicky je ponorné alebo povrchové čerpadlo pripojené cez elektromechanické alebo elektronické relé, automatizačnú jednotku alebo magnetický štartér. Vo všetkých vyššie uvedených prípadoch sa sieťové napätie dodáva do čerpadla uzavretím kontaktov, to znamená priamym pripojením. To znamená, že do statorových vinutí elektromotora dodávame plné sieťové napätie a rotor sa v tomto čase ešte neotáča. To vedie k objaveniu sa okamžitého silného krútiaceho momentu na rotore motora čerpadla.
Táto schéma zapojenia sa vyznačuje nasledujúcimi javmi pri spustení čerpadla:
Prúdové rázy cez stator (a teda aj cez napájacie vodiče), pretože rotor je skratovaný.
V zjednodušenom zmysle máme skrat na sekundárnom vinutí transformátora. Podľa našich skúseností, v závislosti od čerpadla, výrobcu a zaťaženia hriadeľa, impulzný štartovací prúd môže prekročiť prevádzkový prúd 4 až 8-krát a v niektorých prípadoch až 12-krát.
Náhly výskyt krútiaceho momentu na hriadeli.
To má negatívny vplyv na štartovacie a prevádzkové vinutia statora, ložiská, keramické a gumové tesnenia, výrazne zvyšuje ich opotrebovanie a znižuje ich životnosť.
Vzhľad ostrého krútiaceho momentu na hriadeli vedie k ostrému otáčaniu krytu studňového čerpadla vzhľadom na potrubný systém.
Opakovane sme boli svedkami toho, ako sa z tohto dôvodu odpojilo studňové čerpadlo od potrubia a spadlo do studne. Kedy čerpacia stanica na základe povrchového čerpadla inštalovaného na platforme akumulátora to vedie k uvoľneniu upevňovacích matíc a zničeniu zvarových bodov a švov akumulátora. Pri priamom zapnutí čerpadla sa tiež znižuje životnosť vodovodných a uzatváracích ventilov, najmä v miestach ich pripojenia.
Všeobecne sa uznáva, že hydraulický akumulátor eliminuje vodné rázy vo vodovodnom systéme.
To je pravda, ale vodný ráz mizne v potrubiach až od miesta, kde je pripojený hydraulický akumulátor. V medzere medzi čerpadlom a hydraulickým akumulátorom, keď je čerpadlo priamo pripojené, zostáva hydraulický ráz. Výsledkom je, že v intervale od čerpadla k akumulátoru máme všetky dôsledky vodného rázu na všetky časti čerpadla a na potrubný systém.
V systémoch na filtráciu vody vodné rázy, ku ktorým dochádza pri priamom pripojení čerpadla, výrazne znižujú životnosť filtračných prvkov.
Ak je miestna elektrická sieť slabý, potom aj vaši susedia budú vedieť, že čerpadlo s výkonom nad 1 kW beží pri priamom pripojení prudkým poklesom napätia v sieti v momente zapnutia čerpadla.
Ak je lokálna sieť EXTRÉMNE SLABÝ, a váš sused si užíva život aj pripojením všetkých dostupných elektrospotrebičov do siete, potom sa nemusí spustiť studničné čerpadlo ponorené do veľkých hĺbok. Takéto prepätie môže poškodiť elektronické zariadenia pripojené k sieti. Sú známe prípady, keď pri spustení čerpadla zlyhala drahá chladnička napchatá elektronikou.
Čím častejšie sa čerpadlo zapína, tým je jeho životnosť kratšia.
Časté štarty cez priame pripojenie vedú k poruche plastových spojok studňových čerpadiel spájajúcich elektromotor s čerpacou časťou.
Prešli sme problémy, ktoré vznikajú pri spustení čerpadla bez zariadenia s mäkkým štartom (SPD) .
Treba poznamenať, že aj pri vypnutí čerpadla bez SCP Schéma priameho pripojenia má niekoľko negatívnych aspektov:
Keď je čerpadlo vypnuté, v systéme sa tiež objaví vodné rázy, ale teraz v dôsledku prudkého poklesu krútiaceho momentu na hriadeli čerpadla, čo sa rovná vytvoreniu okamžitého vákua.
Prudký pokles krútiaceho momentu na hriadeli čerpadla tiež vedie k otáčaniu krytu čerpadla, ale v opačnom smere.
Zamyslime sa nad potrubím a závitové spojeniačerpadlo
V bežných domácich čerpadlách sú elektromotory asynchrónne a majú výraznú indukčnú povahu.
Ak náhle prerušíme tok prúdu cez indukčnú záťaž, potom dôjde k prudkému skoku napätia na tejto záťaži v dôsledku kontinuity prúdu. Áno, otvoríme kontakt a všetko vysoké napätie by malo zostať na strane čerpadla. Ale pri akomkoľvek mechanickom otvorení kontaktu dochádza k takzvanému „odskoku kontaktu“ a impulzom vysoké napätie dostať sa do siete, čo znamená, že sa dostanú aj do zariadení pripojených k sieti v tom čase.
Pri priamom pripojení čerpadla teda dochádza k zvýšenému opotrebovaniu mechanických a elektrických častí čerpadla (ako počas spúšťania, tak aj odstavovania). Trpia aj zariadenia zaradené do rovnakej siete a znižuje sa životnosť filtračných systémov a vodovodných armatúr.
Použitie zariadenia na mäkký štart („Aquacontrol UPP-2.2S“) umožňuje vyhladiť väčšinu vyššie opísaných nedostatkov. V zariadení UPP-2,2S Na čerpadle bola implementovaná špeciálne vypočítaná krivka nárastu napätia, ktorá umožňuje na jednej strane spoľahlivo spustiť čerpadlo v najnepriaznivejších prevádzkových podmienkach a na druhej strane plynulo zvyšovať otáčky hriadeľa. Toto zariadenie má tiež zabudovanú ochranu proti nízkonapäťovej a vysokonapäťovej sieti na ochranu čerpadla pred extrémnymi prevádzkovými podmienkami a zapnutím.
IN UPP-2,2S používa sa riadenie fázového triaku. V momente spustenia sa do čerpadla privádza časť sieťového napätia, ktoré vytvára krútiaci moment dostatočný na zabezpečenie spustenia čerpadla. Ako sa rotor otáča, napätie na čerpadle sa postupne zvyšuje, až kým sa napätie úplne nezapne. Potom sa relé zapne a triak sa vypne. V dôsledku toho pri použití UPP-2,2Sčerpadlo je pripojené k sieti cez reléové kontakty, to znamená ako pri priamom pripojení. Ale po dobu 3,2 sekundy (to je čas mäkkého štartu) sa do čerpadla privádza napätie cez triak, čo zaisťuje „mäkký štart“ bez iskier na kontaktoch relé.
Pri takomto štarte maximálny štartovací prúd prekročí prevádzkový prúd nie viac ako 2,0-2,5 krát namiesto 5-8 krát. Použitím UPP-2,2S, znížime štartovacie zaťaženie čerpadla 2,5-3 krát a predĺžime životnosť čerpadla o rovnakú hodnotu, čím zabezpečíme pohodlnejšiu prevádzku zariadení pripojených k elektrickej sieti. UPP-2,2S možno nazvať zariadením s technológiou šetriacou zdroje.
Séria ES024 spoločnosti " Efektívne systémy» vyrába kontrolné stanice, schopného spojiť až 7 čerpadiel s menovitým výkonom od 1,5 do 315 kW, menovitým napätím 380 V do jedného systému Podľa technických špecifikácií zákazníka je možné vyrobiť kontrolné stanice iné menovité výkony a napätia.
V závislosti od potrieb zákazníka na riadiace stanice čerpadiel vyrobené spoločnosťou "Effective Systems" je možné implementovať nasledujúce funkcie:
- Nastavenie až 8 rôznych prednastavených úrovní tlaku, ktoré je potrebné udržiavať, rozdelených podľa času dňa;
- Schopnosť prepnúť systém do „režimu spánku“ pri absencii príjmu vody alebo pri malom príjme vody, čo môže výrazne znížiť spotrebu energie;
- Pravidelná výmena čerpadiel, aby sa zabezpečilo ich rovnomerné opotrebovanie a zabránilo sa hrdzaveniu záložných čerpadiel;
- Ovládanie drenážnych čerpadiel, ktoré vám umožňuje kontrolovať hladinu odpadovej vody;
- Určenie hladiny kvapaliny a kontrola plnenia nádrže, čo vám umožní spustiť čerpadlo v závislosti od množstva kvapaliny v nádrži a doplniť jej prietok pri danej úrovni dodávky;
- Alarm vysokého a nízkeho tlaku v potrubí;
- Ukladanie aktuálnych parametrov až 7 motorov čerpadiel, aby sa zabezpečila prúdová ochrana a ochrana proti preťaženiu pre akékoľvek čerpadlo pracujúce v danom čase;
- Diagnostika porúch, ktorá vám umožňuje automaticky identifikovať a vylúčiť chybné čerpadlá z algoritmu prevádzky systému.
Ak chcete získať technický a obchodný návrh, kontaktujte nás jedným zo spôsobov uvedených v hornej a dolnej časti tejto stránky.
STRUČNÁ ODKAZ: Mäkký štart čerpadiel
V praxi je štartovací prúd elektromotorov čerpadiel 3-5 alebo viackrát vyšší ako menovitý prúd. To v konečnom dôsledku vedie k zvýšenému tepelnému opotrebovaniu izolácie vinutia statora (kvôli tomu sa výrazne znižuje životnosť a spoľahlivosť motora čerpadla). Okrem toho, ak je výkon napájacej siete nedostatočný, je možný krátkodobý pokles napätia, čo môže negatívne ovplyvniť prevádzku iných elektrických zariadení napájaných z tej istej siete.
Priamy štart čerpadla je škodlivý pre jednotku aj pre studňu ako celok, pretože je sprevádzaný vodným rázom, ktorý ničí uzatváracie ventily, potrubie a samotné čerpadlo. Pri priamom spustení studňového čerpadla je možné pozorovať silný prítok vody z vodnej vrstvy, čo vedie k zničeniu filtračnej zóny a následne k vstupu piesku do studne.
Jediný efektívne riešenie z týchto problémov je implementácia mäkký štart čerpadla, pre ktoré celý rad technické prostriedky vrátane softštartérov a frekvenčných meničov.
Úlohou softštartérov je zabezpečiť ochranu čerpacích jednotiek pred vysokým štartovacím prúdom, mechanickým preťažením, vodným rázom, t.j. zabezpečiť trvanlivosť a spoľahlivú prevádzku zariadenia. Spolu s riešením problému mäkkého rozbehu umožňuje použitie frekvenčných meničov pri prevádzke čerpadiel v každom okamihu prispôsobiť výkon čerpadla prietoku čerpanej kvapaliny, čo môže výrazne znížiť spotrebu energie systému.
