Jak działa softstart i kiedy warto go stosować? Prąd rozruchowy silnika od podstaw cz. 1

W artykule wyjaśniam:

• jak działa silnik asynchroniczny i skąd bierze się jego moment obrotowy,
• czym są prędkość synchroniczna i poślizg,
• dlaczego podczas rozruchu pojawia się wysoki prąd rozruchowy,
• jak napięcie wpływa na moment silnika,
• czym różnią się poszczególne metody rozruchu napędów,
• jak działają nowoczesne softstarty,
• jakie charakterystyki rozruchowe warto stosować w różnych aplikacjach,
• w jaki sposób softstart reguluje napięcie za pomocą tyrystorów.

Dla kogo jest ten artykuł?

Artykuł jest przeznaczony dla:

• elektryków i elektromonterów wykonujących montaż oraz modernizację układów napędowych,
• automatyków odpowiedzialnych za dobór i uruchamianie napędów,
• utrzymania ruchu szukającego przyczyn problemów podczas rozruchu silników,
• projektantów instalacji i maszyn przemysłowych,
• studentów oraz osób rozpoczynających pracę z napędami elektrycznymi,
• osób, które chcą zrozumieć zasadę działania softstartów bez konieczności zagłębiania się w skomplikowaną teorię maszyn elektrycznych.

Słowem wstępu

Wielu elektryków, zarówno podczas modernizacji wysłużonych układów napędowych, jak i przy realizacji nowych inwestycji odczuwa pewnego rodzaju niepewność przed zastosowaniem falowników lub układów łagodnego rozruchu silnika (softstartów). Być może wynika to z dwóch mitów, które od lat funkcjonują w branży:

• softstarty są drogie,
• softstarty są skomplikowane.

Tymczasem nie taki softstart straszny, jak go malują 😉 Aby się o tym przekonać, warto najpierw zrozumieć kilka podstawowych zagadnień związanych z pracą samego silnika.

Zacznę od najważniejszego zagadnienia:

Do jakich silników nie stosuje się softstartów?

Softstarty omawiane w tym artykule są przeznaczone przede wszystkim do silników asynchronicznych prądu przemiennego, najczęściej trójfazowych silników klatkowych. Nie należy ich traktować jako uniwersalnych urządzeń do łagodnego rozruchu każdego rodzaju silnika elektrycznego.

Typowego softstartu przeznaczonego do silników asynchronicznych nie stosuje się do silników komutatorowych, silników prądu stałego, silników uniwersalnych stosowanych na przykład w elektronarzędziach oraz do nowoczesnych napędów elektronicznie komutowanych, takich jak silniki BLDC lub PMSM. Tego typu maszyny mają inną budowę, inną zasadę działania i wymagają innych układów sterowania.

W praktyce oznacza to, że układ łagodnego rozruchu stosowany do trójfazowego silnika klatkowego nie jest tym samym rozwiązaniem, co układ miękkiego startu spotykany w wiertarce, szlifierce, odkurzaczu, wentylatorze z silnikiem EC lub napędzie prądu stałego. W takich aplikacjach stosuje się dedykowane regulatory napięcia, sterowniki PWM, falowniki, sterowniki silników BLDC albo inne układy dopasowane do konkretnego typu silnika.

Dlatego przed zastosowaniem softstartu zawsze należy sprawdzić, z jakim typem silnika mamy do czynienia. Jeżeli jest to trójfazowy silnik asynchroniczny klatkowy zasilany z sieci prądu przemiennego, softstart może być właściwym rozwiązaniem. Jeżeli jednak silnik ma komutator, szczotki, magnesy trwałe albo wymaga elektronicznego sterownika, należy dobrać inny aparat sterujący.

Silniki asynchroniczne, konie pociągowe współczesnego przemysłu

Zapewne każdy elektryk spotkał się w swojej pracy z trójfazowym silnikiem asynchronicznym prądu przemiennego. Nic dziwnego, ponieważ konstrukcje te cechują się:

• bardzo dużą trwałością,
• prostą budową,
• niską awaryjnością,
• niewielkimi wymaganiami serwisowymi,
• dużą niezawodnością,
• zdolnością do uzyskiwania znacznego momentu obrotowego.

To właśnie dzięki tym zaletom silniki asynchroniczne stały się podstawowym napędem stosowanym w przemyśle, energetyce, gospodarce wodno-ściekowej oraz wielu innych branżach.

Sama nazwa silnika jest bezpośrednio związana z zasadą jego działania. Jak zatem działa taki silnik?

Budowa silnika, wiedza podstawowa

Na początek spójrzmy na uproszczony przekrój silnika indukcyjnego asynchronicznego:

Silnik składa się z nieruchomego stojana, wewnątrz którego umieszczone są uzwojenia silnika. Jego konstrukcja wykonana jest z pakietu blach ferromagnetycznych posiadających specjalne rowki zwane żłobkami. To właśnie w nich układane są uzwojenia odpowiedzialne za wytworzenie pola magnetycznego.

Poszczególne żłobki oddzielają fragmenty rdzenia stojana nazywane zębami. Kształt, liczba i rozmieszczenie żłobków mają istotny wpływ na właściwości elektromagnetyczne maszyny, sprawność silnika oraz równomierność wytwarzanego momentu obrotowego.

Spójrzmy na powiększenie tej konstrukcji:

Wyraźnie widoczne są zarówno uzwojenia stojana, jak i tworzące jego rdzeń zęby oraz żłobki. To właśnie w uzwojeniach przepływa prąd elektryczny odpowiedzialny za wytworzenie pola magnetycznego, które później wprawia silnik w ruch.

Drugim podstawowym elementem silnika asynchronicznego jest wirnik, czyli część obracająca się wewnątrz stojana. Między stojanem a wirnikiem znajduje się niewielka szczelina powietrzna umożliwiająca swobodny obrót wirnika, a jednocześnie zapewniająca sprzężenie magnetyczne obu elementów.

Ze względu na konstrukcję wirnika silniki indukcyjne dzieli się na dwa podstawowe typy:

• silniki klatkowe,
• silniki pierścieniowe.

Współcześnie zdecydowanie najczęściej spotykane są silniki klatkowe, jednak aby lepiej zrozumieć rozwój układów napędowych oraz rolę softstartów, warto najpierw przyjrzeć się konstrukcji silnika pierścieniowego.

Jak zbudowany jest wirnik silnika pierścieniowego?

Spójrzmy na przykładową konstrukcję wirnika silnika pierścieniowego:

Jak widzimy na powyższej ilustracji, w silniku pierścieniowym uzwojenie wirnika wykonane jest w sposób zbliżony do uzwojenia stojana. Jest ono trwale połączone z pierścieniami ślizgowymi. Najczęściej są to trzy pierścienie, ponieważ zazwyczaj stosowane jest uzwojenie trójfazowe. Do pierścieni przylegają szczotki umożliwiające wyprowadzenie obwodu wirnika na zewnątrz silnika, najczęściej do listwy zaciskowej.

Takie rozwiązanie pozwala dołączać do wirującego obwodu wirnika dodatkowe elementy zewnętrzne, na przykład rezystory rozruchowe o regulowanej wartości. Dzięki temu możliwe jest ograniczenie prądu rozruchowego oraz kształtowanie charakterystyki rozruchowej silnika.

Warto przypomnieć, że poprzez zmianę rezystancji w obwodzie wirnika można wpływać między innymi na moment rozruchowy oraz przebieg rozpędzania silnika.

Przez wiele lat było to jedno z najskuteczniejszych rozwiązań umożliwiających łagodny rozruch silników dużej mocy. Niestety taka konstrukcja ze względu na obecność szczotek oraz pierścieni ślizgowych, jest bardziej skomplikowana, droższa w produkcji i wymaga większych nakładów eksploatacyjnych.

Współcześnie podobne efekty można osiągnąć przy zastosowaniu elektroniki mocy, wykorzystując znacznie prostsze konstrukcyjnie silniki klatkowe współpracujące z softstartami lub falownikami. Dlatego obecnie silniki pierścieniowe spotyka się głównie w wybranych zastosowaniach przemysłowych, natomiast zdecydowana większość nowych napędów wykorzystuje silniki klatkowe.

Jak zbudowany jest wirnik silnika klatkowego?

Od wielu lat w nowych konstrukcjach częściej spotykanym rozwiązaniem jest silnik klatkowy, którego wirnik ma budowę zdecydowanie prostszą niż wirnik silnika pierścieniowego. Spójrzmy, jak wygląda jego konstrukcja:

W tym przypadku obwód elektryczny wirnika tworzą metalowe pręty połączone z obu stron pierścieniami zwierającymi. Taka konstrukcja przypomina cylindryczną klatkę, od której pochodzi nazwa tego rodzaju silnika.

Rdzeń wirnika wykonuje się z pakietu cienkich, wzajemnie izolowanych blach elektrotechnicznych. Takie rozwiązanie pozwala ograniczyć straty energii powodowane przez prądy wirowe i umożliwia poprawę sprawność całego silnika.

Obwód elektryczny wirnika pozostaje stale zwarty, dlatego silnik klatkowy nazywany jest również silnikiem indukcyjnym zwartym. W przeciwieństwie do silnika pierścieniowego nie ma tutaj możliwości dołączania dodatkowych elementów do obwodu wirnika. Pręty klatki wraz z pierścieniami zwierającymi tworzą zamknięty obwód elektryczny, w którym podczas pracy indukują się prądy.

Liczba, kształt oraz rozmieszczenie prętów mają istotny wpływ na właściwości rozruchowe, sprawność oraz charakterystykę pracy silnika. To właśnie prostota tej konstrukcji sprawia, że silniki klatkowe są obecnie zdecydowanie najczęściej stosowanymi silnikami elektrycznymi.

Ale dlaczego wirnik silnika się kręci?

Wiemy już, jak zbudowane są dwa najpopularniejsze rodzaje silników asynchronicznych. Pozostaje jednak najważniejsze pytanie: co właściwie powoduje obracanie się wirnika?

Aby to zrozumieć, musimy na chwilę odejść od rzeczywistych konstrukcji silnikowych i wrócić do podstaw elektromagnetyzmu. Bez zrozumienia kilku prostych zależności trudno będzie później wyjaśnić, skąd bierze się prąd rozruchowy, moment elektromagnetyczny oraz dlaczego softstart może wpływać na sposób uruchamiania silnika.

Na początek spójrzmy na uproszczony model silnika elektrycznego prądu stałego prezentowany przez Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej:

Wiemy już, że przepływ prądu elektrycznego przez przewodnik znajdujący się w polu magnetycznym powoduje powstanie siły elektrodynamicznej. To właśnie ta siła odpowiada za ruch wirnika w przedstawionym wcześniej uproszczonym modelu silnika prądu stałego.

Jak jednak wygląda ten proces w przypadku trójfazowego silnika asynchronicznego, w którym nie występuje komutator, a zasilanie realizowane jest napięciem przemiennym?

W silniku asynchronicznym sytuacja jest nieco bardziej skomplikowana. Nie mamy tutaj pojedynczej cewki obracającej się w stałym polu magnetycznym. Zamiast tego odpowiednio rozmieszczone uzwojenia stojana są zasilane prądem trójfazowym, co prowadzi do powstania wirującego pola magnetycznego.

To właśnie to wirujące pole magnetyczne stanowi klucz do zrozumienia działania silnika asynchronicznego. Pole to przecina pręty wirnika, indukując w nich prądy elektryczne. Powstałe prądy oddziałują następnie z polem magnetycznym stojana, w wyniku czego pojawia się moment elektromagnetyczny wprawiający wirnik w ruch.

Innymi słowy, wirnik nie jest napędzany bezpośrednio przez napięcie doprowadzone do jego zacisków. Ruch powstaje dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej zachodzącemu pomiędzy wirującym polem stojana a przewodnikami znajdującymi się w wirniku.

Rozwińmy tę myśl krok po kroku, ponieważ zrozumienie mechanizmu powstawania wirującego pola magnetycznego będzie później kluczowe przy wyjaśnieniu działania softstartów, falowników oraz wpływu napięcia na moment rozruchowy silnika.

Klatkowy silnik asynchroniczny obraca się dlatego, że w szczelinie powietrznej pomiędzy stojanem i wirnikiem powstaje wirujące pole magnetyczne. Jest ono wytwarzane przez trójfazowe uzwojenie stojana zasilane prądem przemiennym, którego poszczególne fazy są przesunięte względem siebie o 120°.

W każdej fazie płynie prąd o zmiennej wartości chwilowej, który wytwarza własne pole magnetyczne. Ponieważ uzwojenia są rozmieszczone na obwodzie stojana, a prądy w poszczególnych fazach osiągają swoje maksima w różnych momentach czasu, wypadkowe pole magnetyczne nieustannie zmienia swoje położenie. Dla obserwatora wygląda to tak, jakby bieguny magnetyczne przemieszczały się wokół wirnika, tworząc wirujące pole magnetyczne.

Pole to przecina pręty klatki wirnika, indukując w nich prądy elektryczne. W rezultacie powstaje moment obrotowy, który wprawia wirnik w ruch. 

To właśnie wirujące pole magnetyczne stanowi podstawę działania wszystkich trójfazowych silników asynchronicznych.

Tyle uproszczenia, a teraz rozwińmy tę myśl, aby lepiej zrozumieć cały proces.

Prądy zasilające uzwojenia stojana są przesunięte względem siebie o 120° i można je opisać następującymi zależnościami:

a_a(t) = I_m cos(ωt)

i_b(t) = I_m cos(ωt − 2π/3)

i_c(t) = I_m cos(ωt + 2π/3)

Poszczególne symbole oznaczają:

i_a(t), czasami zapisane jako „i_a” jest to chwilowa wartość prądu w fazie A (L1) [A]
i_b(t), chwilowa wartość prądu w fazie B (L2) [A]
ic(t), chwilowa wartość prądu w fazie C (L3) [A]
I_m​, amplituda (wartość maksymalna) prądu fazowego [A]
ω, pulsacja prądu [rad/s] dla polskiej sieci energetycznej ω=2π⋅50≈314,16 rad/s
t, czas [s]
ωt, kąt fazowy zmieniający się w czasie
_2π/3 = 120°, przesunięcie fazowe pomiędzy fazami

Ponieważ uzwojenia stojana zasilane są układem napięć trójfazowych przesuniętych względem siebie o 120°, odpowiadające im napięcia można opisać następującymi zależnościami:

u_a(t) = U_m cos(ωt)

u_b(t) = U_m cos(ωt − 2π/3)

u_c(t) = U_m cos(ωt + 2π/3)

gdzie:

u_a(t) – chwilowa wartość napięcia fazy A (L1) [V]
u_b(t) – chwilowa wartość napięcia fazy B (L2) [V]
uc(t) – chwilowa wartość napięcia fazy C (L3) [V]
U_{m –} amplituda (wartość maksymalna) napięcia fazowego [V]
ω – pulsacja napięcia [rad/s] dla polskiej sieci energetycznej ω=2π⋅50≈314,16 rad/s
t – czas [s]
ωt – kąt fazowy zależny od czasu
2π/3 – przesunięcie fazowe równe 120°

Przyjmijmy, że uzwojenia stojana są rozmieszczone równomiernie co 120° elektrycznych, czyli dokładnie o taki sam kąt, o jaki przesunięte są względem siebie napięcia i prądy układu trójfazowego. Dla uproszczenia dalszych rozważań założymy silnik dwubiegunowy, w którym 120° elektrycznych odpowiada również 120° geometrycznym. W silnikach o większej liczbie biegunów zależność pomiędzy kątem elektrycznym i mechanicznym jest bardziej złożona, jednak nie ma to wpływu na zrozumienie samej zasady działania.

Jeżeli połączymy przestrzenne rozmieszczenie uzwojeń z przesuniętymi w czasie prądami trójfazowymi, otrzymamy niezwykle interesujący efekt. Pole magnetyczne wytwarzane przez poszczególne uzwojenia nie tylko zmienia swoją wartość, ale również przemieszcza się w przestrzeni. W rezultacie powstaje wirujące pole magnetyczne, które obraca się ze stałą prędkością kątową.

To właśnie to wirujące pole magnetyczne jest odpowiedzialne za ruch wirnika silnika asynchronicznego.

Prześledźmy teraz krok po kroku, jak powstaje ono wewnątrz stojana i dlaczego zaczyna obracać wirnik?

Wyobraźmy sobie teraz, że wyjmujemy ze stojana trzy uzwojenia fazowe połączone we wspólnym punkcie, czyli w układzie gwiazdy.

Każde z nich po zasileniu prądem elektrycznym wytwarza własne pole magnetyczne, dokładnie tak samo, jak każdy przewodnik, przez który płynie prąd. Linie pola magnetycznego otaczają uzwojenie, tworząc biegun północny oraz południowy. Kierunek pola zależy od kierunku przepływu prądu, natomiast jego wartość zmienia się wraz ze zmianami wartości chwilowej prądu zasilającego.

W efekcie każde z uzwojeń wytwarza własne, zmienne w czasie pole magnetyczne. Gdy trzy takie uzwojenia zostaną rozmieszczone przestrzennie co 120° i zasilone prądem trójfazowym, ich pola zaczynają wzajemnie oddziaływać, tworząc jedno wspólne pole magnetyczne wirujące wewnątrz stojana. To właśnie ono stanowi źródło momentu elektromagnetycznego napędzającego wirnik silnika asynchronicznego.

Zwróćmy uwagę, że wraz ze zmianami wartości oraz kierunku przepływu prądów fazowych zmienia się również wypadkowe pole magnetyczne wytwarzane przez poszczególne uzwojenia. W każdej chwili jego wartość i położenie są nieco inne, ponieważ prądy w trzech fazach mają różne wartości chwilowe.

Jeżeli przeanalizujemy kolejne stany pracy układu i połączymy je w jedną ciągłą sekwencję, okaże się, że pole magnetyczne nie tylko zmienia swoją wartość, ale również obraca się wokół osi silnika. W ten sposób powstaje wirujące pole magnetyczne, będące podstawą działania każdego trójfazowego silnika asynchronicznego.

Naturalnie pojawia się kolejne pytanie: z jaką prędkością obraca się takie pole?

Prędkość obrotowa wirującego pola magnetycznego zależy wyłącznie od częstotliwości napięcia zasilającego oraz liczby biegunów silnika. Zależność tę można opisać wzorem na prędkość synchroniczną:

n_s =60f / p

 gdzie:

• n_s – prędkość synchroniczna [obr/min],
• f – częstotliwość zasilania [Hz],
• p – liczba par biegunów.

Wzór podaje prędkość synchroniczną w obrotach na minutę (obr/min), co jest wygodne, ponieważ w tej jednostce zwykle określa się prędkości obrotowe maszyn elektrycznych.

Jeżeli jednak chcemy wyrazić prędkość synchroniczną w podstawowej jednostce układu SI, czyli w radianach na sekundę, możemy skorzystać z zależności:

ω_s = (2πf) / p

gdzie:

ωₛ – prędkość kątowa synchroniczna wirującego pola magnetycznego [rad/s],
f – częstotliwość napięcia zasilającego [Hz],
π – stała matematyczna pi (≈ 3,14159),
p – liczba par biegunów silnika.

Wirujące pole magnetyczne stojana przecina pręty klatki wirnika, powodując zmianę strumienia magnetycznego obejmującego obwody wirnika. Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya zmienny strumień magnetyczny wywołuje siłę elektromotoryczną opisaną zależnością:

e = – N * dΦ/dt

gdzie:

N – oznacza liczbę zwojów
e – siła elektromotoryczna (SEM) indukowana w uzwojeniu [V],
Φ – strumień magnetyczny przenikający przez uzwojenie [Wb],
t – czas [s],
dΦ/dt – szybkość zmian strumienia magnetycznego w czasie [Wb/s].

Znak minus oznacza, że indukowana siła elektromotoryczna przeciwdziała zmianie strumienia magnetycznego, która ją wywołała. Jest to matematyczny zapis prawa Lenza, zgodnie z którym prądy indukowane w wirniku zawsze dążą do ograniczenia przyczyny swojego powstania.

W przewodnikach wirnika indukuje się siła elektromotoryczna, która powoduje przepływ prądów w zamkniętych obwodach klatki. Prądy te oddziałują z polem magnetycznym stojana, wytwarzając siły elektrodynamiczne, a w konsekwencji moment elektromagnetyczny obracający wirnik.

W miarę wzrostu prędkości obrotowej wirnika zmieniają się warunki indukcji elektromagnetycznej, a tym samym wartości prądów płynących w klatce wirnika. Powstaje więc samoczynnie regulujący się układ zależności pomiędzy wirującym polem magnetycznym stojana, prądami indukowanymi w wirniku oraz momentem elektromagnetycznym napędzającym silnik.

Czy zatem wirnik będzie obracał się z taką samą prędkością jak pole magnetyczne stojana?

Okazuje się, że nie. W normalnej pracy silnikowej wirnik nigdy nie osiąga prędkości synchronicznej, czyli prędkości wirowania pola magnetycznego stojana. Gdyby bowiem wirnik obracał się dokładnie z taką samą prędkością jak pole magnetyczne, nie dochodziłoby do przecinania przewodników wirnika przez linie pola magnetycznego. Nie powstawałaby siła elektromotoryczna, nie płynęłyby prądy wirnika, a moment elektromagnetyczny spadłby do zera.

Możemy więc wyciągnąć trzy bardzo ważne wnioski:

1. Silnik ten nazywamy asynchronicznym, ponieważ prędkość obrotowa wirnika jest zawsze nieco mniejsza od prędkości wirowania pola magnetycznego stojana, czyli prędkości synchronicznej.
2. Silnik ten nazywamy indukcyjnym, ponieważ prądy płynące w wirniku nie są doprowadzane z zewnętrznego źródła zasilania, lecz powstają na skutek indukcji elektromagnetycznej wywołanej przez wirujące pole magnetyczne stojana.
3. Skoro prędkość wirnika różni się od prędkości wirującego pola magnetycznego, pomiędzy tymi prędkościami występuje różnica.

Różnica ta nosi nazwę poślizgu i opisywana jest wzorem:

s =(n_s − n)/n_s

gdzie:

• s – poślizg silnika,
• n_s – prędkość synchroniczna pola magnetycznego,
• n – prędkość obrotowa wirnika.

Warto zwrócić uwagę, że gdyby prędkość wirnika była równa prędkości synchronicznej (n = n_s), poślizg byłby równy zeru. Oznaczałoby to brak indukcji prądów w wirniku, brak momentu elektromagnetycznego i w efekcie brak możliwości dalszej pracy silnika. To właśnie dlatego pewna wartość poślizgu jest niezbędna do prawidłowego działania każdego silnika asynchronicznego.

Wiemy już, dlaczego wirnik silnika asynchronicznego zaczyna się obracać. Musimy jednak poznać jeszcze kilka podstawowych zależności, które później pozwolą nam zrozumieć działanie softstartów, falowników oraz innych układów sterowania napędami.

W którą stronę kręci się wirnik silnika?

Z samej zasady działania silnika asynchronicznego wynika bardzo ważna reguła: zamiana kolejności dwóch faz zasilających powoduje zmianę kierunku obrotów silnika.

Dlaczego tak się dzieje?

Spójrzmy ponownie na jedną z chwil pracy układu trójfazowego, w której prąd w dwóch uzwojeniach płynie w przeciwnych kierunkach, natomiast wartość prądu trzeciej fazy jest równa zero. Sytuację tę przedstawia poniższy rysunek:

W takim momencie wypadkowe pole magnetyczne ma określony kierunek wirowania. Kolejne zmiany wartości prądów w uzwojeniach powodują przesuwanie się wypadkowego pola magnetycznego wokół stojana, dzięki czemu powstaje wirujące pole magnetyczne.

Jeżeli zamienimy miejscami dwie fazy zasilające, odwróceniu ulegnie kolejność zmian prądów w uzwojeniach stojana. W rezultacie wirujące pole magnetyczne zacznie przemieszczać się w przeciwnym kierunku. Ponieważ wirnik podąża za polem magnetycznym stojana, zmianie ulegnie również kierunek jego obrotów.

To właśnie dlatego w praktyce przemysłowej najprostszą metodą zmiany kierunku obrotów silnika asynchronicznego jest zamiana kolejności dowolnych dwóch faz zasilających. W układach nawrotnych realizuje się to za pomocą odpowiednio połączonych styczników, natomiast w przypadku falowników kierunek obrotów zmieniany jest programowo przez układ sterowania urządzenia.

Czy kierunek obrotów wirnika zmienia się po zamianie dowolnych dwóch faz?

W praktyce (tak od lat uczono elektryków) można spotkać się z opinią, że aby zmienić kierunek obrotów silnika trójfazowego, należy zamienić miejscami dwie skrajne fazy. Przykładowo, jeśli kolejność faz wynosi: L1 → L2 → L3 to po zmianie kierunku powinna przyjąć postać: L3 → L2 → L1. W efekcie faza L2 pozostaje na swoim miejscu, a zamieniane są jedynie fazy skrajne.

Jest to jednak wyłącznie wygodny sposób postępowania, a nie wymaganie techniczne. Z punktu widzenia działania silnika wystarczy zamienić miejscami dowolne dwie fazy. Każda taka zamiana powoduje odwrócenie kolejności faz, a tym samym zmianę kierunku wirowania pola magnetycznego stojana.

Przykładowo, dla początkowej kolejności: L1 → L2 → L3 odwrócenie kierunku obrotów uzyskamy zarówno po zamianie faz L1 i L3: 

L3 → L2 → L1

jak również po zamianie faz L1 i L2:

L2 → L1 → L3

lub faz L2 i L3:

L1 → L3 → L2

We wszystkich przypadkach sekwencja faz zostaje odwrócona, dlatego wirnik silnia zacznie obracać się w przeciwnym kierunku.

Skąd więc wzięło się przekonanie o konieczności zamiany dwóch skrajnych faz? Najprawdopodobniej jest to efekt wieloletniej praktyki. W rozdzielnicach i układach sterowania łatwo zauważyć, że pozostawienie środkowej fazy na swoim miejscu oraz przełożenie jedynie dwóch skrajnych żył jest rozwiązaniem prostym, szybkim i łatwym do zweryfikowania podczas montażu. Z czasem praktyczna metoda została przez wielu elektryków uznana za jedyną poprawną, mimo że teoria obwodów trójfazowych pokazuje, iż każda zamiana dwóch faz prowadzi do odwrócenia kierunku wirowania pola magnetycznego.

Warto więc zapamiętać prostą zasadę: do zmiany kierunku obrotów silnika trójfazowego wystarczy zamienić miejscami dowolne dwie fazy. Pozostawienie jednej fazy bez zmian jest jedynie najczęściej stosowanym sposobem wykonania tej operacji.

Rozruch silnika, czyli co dzieje się w chwili uruchomienia?

Druga bardzo ważna kwestia związana z pracą silnika to moment jego uruchomienia. To właśnie wtedy pojawiają się zjawiska, które później będą miały kluczowe znaczenie dla zrozumienia działania softstartów, falowników oraz innych układów rozruchowych.

W chwili podania napięcia wirnik pozostaje nieruchomy, dlatego jego prędkość obrotowa wynosi: n = 0 obr/min

W takiej sytuacji poślizg osiąga wartość: s = 1 (100%)

Oznacza to, że między prędkością wirującego pola magnetycznego a prędkością wirnika występuje maksymalna różnica, ale w uzwojenia stojana powstaje wirujące pole magnetyczne. Ponieważ wirnik początkowo pozostaje nieruchomy, pole to przecina pręty klatki wirnika z maksymalną prędkością względną. W efekcie w prętach wirnika indukują się bardzo duże prądy.

Prądy te oddziałują z polem magnetycznym stojana, powodując powstanie momentu elektromagnetycznego, który rozpoczyna obracanie wirnika. Innymi słowy, silnik zaczyna zamieniać energię elektryczną na energię mechaniczną.

Ale od czego zależy siła powodująca obrót wirnika?

Odpowiedź daje nam prawo opisujące wartość siły elektrodynamicznej działającej na przewodnik, przez który płynie prąd, znajdujący się w polu magnetycznym. Możemy ją opisać wzorem:

F = I [ l × B ]

• F – siła elektrodynamiczna [N],
• I – prąd płynący w przewodniku [A],
• l – wektor długości przewodnika znajdującego się w polu magnetycznym,
• B – wektor indukcji magnetycznej [T].

Lub z oznaczeniem wektorów strzałką:

Oznacza to, że siła elektrodynamiczna zależy od długości przewodnika znajdującego się w polu magnetycznym oraz od wartości indukcji magnetycznej. W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że im większy jest obszar oddziaływania pola magnetycznego na przewodniki wirnika, tym większa może być wartość siły, a co za tym idzie również momentu obrotowego silnika.

Jest to oczywiście znaczne uproszczenie rzeczywistego zjawiska. W praktyce na uzyskiwany moment elektromagnetyczny wpływa cała konstrukcja maszyny, między innymi geometria wirnika, liczba i kształt prętów klatki, wartość strumienia magnetycznego oraz parametry elektryczne samego silnika.

Kluczową rolę odgrywają prądy indukowane w wirniku oraz pole magnetyczne stojana. To właśnie jego wartość wpływa bezpośrednio na wartość siły elektrodynamicznej oraz generowany moment elektromagnetyczny.

Pojawia się więc pytanie: dlaczego wartość prądu podczas rozruchu jest tak duża i dlaczego zmienia się wraz ze wzrostem prędkości silnika?

Odpowiedź na to pytanie daje obwód zastępczy silnika indukcyjnego, czyli model elektryczny pozwalający opisać zjawiska zachodzące podczas pracy i rozruchu silnika. W uproszczonej postaci można go przedstawić następująco:

W stanie ustalonej pracy silnika sytuacja wygląda już zupełnie inaczej. Wirnik obraca się z prędkością zbliżoną do prędkości synchronicznej, dlatego poślizg przyjmuje niewielkie wartości, najczęściej od kilku dziesiątych procenta do kilku procent. W takim przypadku możemy przyjąć, że w momencie pracy silnika możemy przyjąć:

U₁ = E₁ + I₁R₁ + jX₁I₁

Przy rozruchu poślizg wynosi s = 1, czyli 100%. Oznacza to, że w wirniku indukują się prądy o najwyższej częstotliwości, równej częstotliwości napięcia zasilającego. W tych warunkach parametry obwodu zastępczego silnika powodują pobór bardzo dużego prądu rozruchowego. Z tego powodu silnik klatkowy zasilony bezpośrednio z sieci może pobierać prąd wielokrotnie przekraczający wartość prądu znamionowego.

W miarę przyspieszania wirnika poślizg maleje, zmienia się impedancja zastępcza obwodu wirnika, a prąd pobierany z sieci spada do wartości wynikającej z obciążenia.

Z_rozr ≈ R₁ + jX₁

I_rozr = U₁ / Z_rozr

Prąd rozruchowy silnika może osiągać typowo typowo 5 do 8 I_n, często 6 do 8 I_n, w szczególnych konstrukcjach 10 do 12 I_n. Nietrudno zauważyć, że właśnie ograniczenie prądu rozruchowego jest jednym z najważniejszych zagadnień związanych ze sterowaniem i rozruchem silników asynchronicznych. To między innymi dlatego powstały układy takie jak softstarty, przełączniki gwiazda trójkąt czy falowniki.

Zależność pomiędzy rozruchem silnika a wartością pobieranego prądu przedstawiono na poniższym wykresie.

Ostatnim elementem, który warto przeanalizować przed przejściem do omówienia metod rozruchu, jest moment obrotowy silnika.

Dlaczego moment obrotowy silnika jest tak istotny?

Przecież głównym zadaniem silnika elektrycznego jest zamiana energii elektrycznej na energię mechaniczną. Efektem tej przemiany jest właśnie moment obrotowy działający na wał silnika, który następnie napędza pompę, wentylator, przenośnik, mieszadło lub inną dowolną maszynę.

Jak łatwo się domyślić, wartość momentu elektromagnetycznego nie jest stała. Zmienia się ona wraz ze zmianą prędkości obrotowej wirnika, a tym samym wraz ze zmianą poślizgu. Przypomnijmy, że poślizg określa różnicę pomiędzy prędkością wirowania pola magnetycznego stojana (prędkością synchroniczną) a rzeczywistą prędkością obrotową wirnika.

W chwili rozruchu poślizg wynosi 100%, natomiast podczas normalnej pracy jego wartość spada zazwyczaj do kilku procent. Wraz z tymi zmianami zmieniają się również prądy indukowane w wirniku oraz generowany moment elektromagnetyczny.

Zależność momentu od prędkości obrotowej przedstawia charakterystyka mechaniczna silnika asynchronicznego:

Przypominam, w momencie rozruchu prędkość obrotowa wału jest równa zeru, a więc poślizg osiąga wartość 100%. Wirujące pole magnetyczne stojana przecina wówczas pręty klatki wirnika z maksymalną prędkością względną, co prowadzi do indukowania w wirniku dużych prądów. Pod wpływem oddziaływania tych prądów z polem magnetycznym stojana powstaje moment elektromagnetyczny rozpoczynający ruch obrotowy wirnika.

Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wirnika poślizg stopniowo maleje, zmieniają się warunki indukcji elektromagnetycznej oraz wartości prądów płynących w wirniku. W efekcie zgodnie z charakterystyką mechaniczną silnika zmienia się również wartość momentu elektromagnetycznego.

Dla typowych silników klatkowych moment elektromagnetyczny początkowo rośnie wraz ze wzrostem prędkości obrotowej, osiągając wartość maksymalną nazywaną momentem krytycznym. Po jego przekroczeniu moment maleje, a silnik przechodzi do normalnego zakresu pracy przy niewielkim poślizgu. Punkt pracy ustala się w miejscu, w którym moment silnika jest równy momentowi obciążenia napędzanej maszyny.

Jak wygląda zależność opisująca wartość momentu elektromagnetycznego silnika asynchronicznego? W przybliżeniu można ją przedstawić następującym wzorem:

gdzie:

M(s) – moment elektromagnetyczny silnika asynchronicznego [N·m],
s – poślizg silnika [−],
U₁ – napięcie zasilające stojan (wartość skuteczna) [V],
ωₛ – synchroniczna prędkość kątowa wirującego pola magnetycznego [rad/s],
R′₂ – rezystancja wirnika przeliczona na stronę stojana [Ω],
X′₂ – reaktancja rozproszenia wirnika przeliczona na stronę stojana [Ω].

Zauważmy, że kluczowym elementem tego równania jest jego pierwszy człon zawierający dwa bardzo istotne parametry:

• napięcie zasilające, przy czym moment elektromagnetyczny jest proporcjonalny do kwadratu napięcia,
• prędkość synchroniczną, czyli prędkość wirowania pola magnetycznego wytwarzanego przez uzwojenia stojana.

Już na pierwszy rzut oka widać więc, dlaczego właśnie te dwie wielkości odgrywają tak ważną rolę podczas sterowania silnikami asynchronicznymi. Zmieniając wartość napięcia lub prędkość synchroniczną pola magnetycznego, możemy wpływać na uzyskiwany moment elektromagnetyczny, a tym samym na zachowanie całego układu napędowego.

Oczywiście jest to pewne uproszczenie rzeczywistych zjawisk zachodzących w silniku. W praktyce na wartość momentu wpływają również parametry wirnika, poślizg oraz wiele innych czynników. Jednak z punktu widzenia sterowania napędami właśnie napięcie oraz prędkość synchroniczna są parametrami, którymi najczęściej oddziałujemy na pracę silnika.

Zależność momentu elektromagnetycznego od wartości napięcia zasilającego przedstawia poniższy wykres:

W jaki sposób softstart steruje pracą silnika?

Tu doszliśmy do sedna zagadnienia. W softstartach wykorzystuje się zależność momentu elektromagnetycznego od kwadratu napięcia zasilającego. Obniżając napięcie doprowadzane do silnika, ograniczamy zarówno prąd rozruchowy, jak i dostępny moment rozruchowy. Innymi słowy, im niższe napięcie podczas rozruchu, tym mniejszy moment będzie w stanie wygenerować silnik.

To właśnie dlatego softstart skutecznie ogranicza udary prądowe oraz obciążenia mechaniczne pojawiające się podczas rozruchu. Trzeba jednak pamiętać, że odbywa się to kosztem zmniejszenia dostępnego momentu elektromagnetycznego. Zbyt duże ograniczenie napięcia może więc spowodować, że silnik nie będzie w stanie pokonać momentu obciążenia i nie osiągnie wymaganej prędkości obrotowej.

W przypadku falowników które omówię w innym artykule sytuacja wygląda nieco inaczej. Podstawowym parametrem wykorzystywanym do sterowania pracą silnika jest częstotliwość napięcia zasilającego. Zmieniając częstotliwość, zmieniamy prędkość synchroniczną wirującego pola magnetycznego, a tym samym prędkość obrotową silnika. Jednocześnie falownik odpowiednio koryguje wartość napięcia, utrzymując właściwy strumień magnetyczny oraz zdolność silnika do wytwarzania momentu elektromagnetycznego.

Sterowanie silnikiem indukcyjnym – wnioski

Możemy teraz podsumować najważniejsze informacje dotyczące silnika asynchronicznego, które będą miały kluczowe znaczenie podczas analizy metod rozruchu i sterowania układami napędowymi.

1. Kierunek obrotów silnika zależy od kolejności faz – zmiana kolejności dwóch faz zasilających powoduje zmianę kierunku wirowania pola magnetycznego stojana, a tym samym zmianę kierunku obrotów wirnika. W klasycznych układach nawrotnych realizuje się to za pomocą odpowiednio połączonych styczników, natomiast w falownikach zmiana kierunku obrotów odbywa się programowo.
2. Wartość napięcia wpływa przede wszystkim na moment obrotowy silnika – zmiana wartości napięcia zasilającego wpływa głównie na wartość momentu elektromagnetycznego. W przybliżeniu, przy stałej częstotliwości zasilania i w typowym zakresie pracy silnika, moment obrotowy jest proporcjonalny do kwadratu napięcia. Zmiana napięcia powoduje również niewielkie zmiany prędkości wynikające ze zmiany poślizgu, jednak metoda ta nie pozwala na skuteczną regulację prędkości obrotowej i dlatego nie jest stosowana jako podstawowy sposób sterowania napędem.
3. Częstotliwość wpływa na prędkość obrotową silnika – zmiana częstotliwości napięcia zasilającego powoduje zmianę prędkości synchronicznej wirującego pola magnetycznego stojana. Dzięki temu możliwa jest płynna regulacja prędkości obrotowej silnika. W nowoczesnych układach falownikowych wraz ze zmianą częstotliwości odpowiednio korygowane jest również napięcie zasilające, co pozwala zachować właściwy strumień magnetyczny i moment elektromagnetyczny w szerokim zakresie prędkości.
4. Prąd rozruchowy może być wielokrotnie większy od prądu znamionowego – silnik asynchroniczny klatkowy zasilony bezpośrednio z sieci podczas rozruchu pobiera zazwyczaj prąd od pięciu do ośmiu razy większy od prądu znamionowego. W przypadku ciężkich rozruchów, silników o specjalnej konstrukcji lub napędów dużej mocy wartość ta może osiągać nawet przekroczyć dwunastokrotność prądu znamionowego.

Tak duże prądy rozruchowe powodują obciążenie sieci zasilającej, spadki napięcia oraz zwiększone obciążenie elementów instalacji elektrycznej. Właśnie dlatego w praktyce stosuje się układy ograniczające prąd rozruchowy, takie jak przełączniki gwiazda trójkąt, softstarty oraz falowniki.

To właśnie od zrozumienia tych czterech podstawowych zależności warto rozpocząć analizę działania silnika asynchronicznego. Dzięki nim łatwiej zrozumieć zasadę działania poszczególnych metod rozruchu, a także ich zalety i ograniczenia.

Rozruch silnika asynchronicznego

W przypadku indukcyjnych silników asynchronicznych stosuje się najczęściej cztery podstawowe metody rozruchu:

1. Rozruch bezpośredni – polega na bezpośrednim podłączeniu silnika do sieci zasilającej. Jest to najprostsza i najtańsza metoda uruchamiania silnika, jednak wiąże się z występowaniem bardzo dużych prądów rozruchowych oraz gwałtownym narastaniem momentu elektromagnetycznego.W przypadku niewielkich silników takie rozwiązanie często okazuje się wystarczające. Jednak wraz ze wzrostem mocy silnika pojawiają się problemy związane ze spadkami napięcia, obciążeniem aparatury oraz udarami mechanicznymi oddziałującymi na napędzaną maszynę.
2. Rozruch z wykorzystaniem przełącznika gwiazda-trójkąt – jednym z najczęściej spotykanych sposobów ograniczenia prądu rozruchowego jest zastosowanie przełącznika gwiazda-trójkąt. Rozwiązanie to pozwala znacząco zmniejszyć prąd pobierany przez silnik podczas uruchamiania, jednak odbywa się to kosztem ograniczenia momentu rozruchowego.
   Metoda ta ma wiele zalet, ale również szereg ograniczeń wynikających z samej zasady działania. Szczegółowo opisałem ją w osobnym artykule: Połączenie silnika klatkowego gwiazda-trójkąt.
3. Rozruch z wykorzystaniem softstartu – czyli rozruch z wykorzystaniem układu łagodnego rozruchu, polega na kontrolowanym zwiększaniu napięcia doprowadzanego do silnika lub ograniczaniu prądu rozruchowego zgodnie z wybraną charakterystyką pracy urządzenia.Pozwala to ograniczyć udar prądowy występujący podczas bezpośredniego załączenia silnika do sieci, a także zmniejszyć gwałtowność narastania momentu elektromagnetycznego. Dzięki temu ograniczone zostają obciążenia mechaniczne oddziałujące na sprzęgła, przekładnie, pasy napędowe oraz inne elementy układu napędowego.W zależności od charakteru obciążenia, wymagań aplikacji oraz możliwości samego softstartu stosowane są różne metody kształtowania przebiegu rozruchu. W bardziej zaawansowanych rozwiązaniach użytkownik może wybierać spośród kilku charakterystyk rozruchowych dostosowanych do konkretnego silnika.
4. Rozruch z wykorzystaniem falownika – największe możliwości sterowania zapewniają obecnie przemienniki częstotliwości (falowniki). Umożliwiają one nie tylko kontrolę procesu rozruchu, ale również płynną regulację prędkości obrotowej, zmianę kierunku wirowania, kontrolę momentu obrotowego oraz realizację zaawansowanych funkcji automatyki.W wielu aplikacjach jest to najbardziej uniwersalne rozwiązanie, jednak zwykle wiąże się z wyższymi kosztami inwestycyjnymi niż klasyczne układy rozruchowe (temat falowników omówię szerzej w osobnym artykule).

Możemy więc powiedzieć, że wszystkie opisane rozwiązania mają ten sam cel, czyli ograniczenie negatywnych skutków rozruchu silnika. Różnią się jednak sposobem działania, możliwościami regulacji oraz kosztami wdrożenia.

Charakterystyki rozruchu silników w nowoczesnych softstartach

Przyjrzyjmy się teraz najpopularniejszym charakterystykom pracy stosowanym w nowoczesnych softstartach.

Ograniczenie prądu maksymalnego

Rozruch silnika z ograniczeniem prądu maksymalnego jest jednym z podstawowych trybów pracy softstartu. Jego głównym zadaniem jest niedopuszczenie do przekroczenia zadanej wartości prądu rozruchowego.

Podczas uruchamiania silnika softstart stopniowo zwiększa napięcie doprowadzane do uzwojeń stojana. Gdy prąd osiągnie ustaloną wartość graniczną, softstart zaczyna tak regulować napięcie, aby utrzymać prąd na zadanym poziomie. W efekcie silnik rozpędza się bez gwałtownych skoków prądu charakterystycznych dla rozruchu bezpośredniego.

Po osiągnięciu przez silnik prędkości roboczej prąd spada do wartości wynikającej z obciążenia, a procedura rozruchu zostaje zakończona.

Ten sposób rozruchu jest szczególnie przydatny wtedy, gdy najważniejsze jest ograniczenie obciążenia sieci zasilającej. Bezpośrednie załączenie silnika klatkowego może powodować pobór prądu wielokrotnie przekraczającego wartość znamionową, co prowadzi do spadków napięcia, zwiększonego obciążenia aparatury oraz pogorszenia warunków pracy pozostałych odbiorników podłączonych do tej samej sieci.

Należy podkreślić, że softstart nie eliminuje prądu rozruchowego całkowicie, ale pozwala ograniczyć go do poziomu dopasowanego zarówno do możliwości instalacji, jak i wymagań napędzanej maszyny.

W praktyce tryb ten odpowiada rozwiązaniom określanym przez producentów jako Current Limit lub Constant Current. W takich układach softstart kontroluje przede wszystkim wartość prądu pobieranego przez silnik, natomiast moment rozruchowy i czas rozpędzania stają się parametrami wynikowymi.

Innymi słowy, softstart kontroluje prąd, ale nie gwarantuje z góry określonego momentu rozruchowego. Moment będzie zależał od ograniczonego napięcia, ustawionego limitu prądu, parametrów silnika oraz charakterystyki obciążenia.

Co dzieje się z momentem obrotowym?

To właśnie tutaj pojawia się najważniejsze ograniczenie tego sposobu sterowania.

Wiemy już, że przy stałej częstotliwości zasilania moment elektromagnetyczny silnika asynchronicznego zależy w przybliżeniu od kwadratu napięcia zasilającego. Jeżeli więc softstart ogranicza prąd poprzez obniżanie napięcia, automatycznie zmniejsza również dostępny moment rozruchowy.

Z punktu widzenia mechaniki jest to bardzo korzystne. Ograniczeniu ulegają szarpnięcia, udary przenoszone na sprzęgła, przekładnie, pasy oraz łańcuchy. Silnik z pomocą softstartu rozpędza maszynę znacznie łagodniej niż podczas rozruchu bezpośredniego.

Jednocześnie należy pamiętać, że zbyt niska wartość graniczna prądu może uniemożliwić prawidłowe rozpędzenie napędu.

Jeżeli moment elektromagnetyczny silnika będzie mniejszy od momentu obciążenia, silnik nie będzie w stanie pokonać momentu oporowego napędzanej maszyny. W takiej sytuacji może w ogóle nie rozpocząć ruchu lub rozpędzać się bardzo wolno. W konsekwencji może nie osiągnąć prędkości znamionowej, przegrzewać się lub zakończyć próbę rozruchu zadziałaniem zabezpieczeń albo błędem softstartu.

Zasada jest prosta: w całym procesie przyspieszania moment silnika musi być większy od momentu obciążenia.

Dlatego przy ciężkich rozruchach, takich jak:

• kruszarki,
• młyny,
• sprężarki,
• przenośniki uruchamiane pod obciążeniem,
• napędy o dużej bezwładności,

zbyt niska nastawa limitu prądu może okazać się niewystarczająca.

A co się stanie, jeśli limit prądu ustawimy zbyt wysoko?

Takie ustawienie również nie jest korzystne. Jeżeli wartość graniczna prądu zostanie ustawiona zbyt wysoko, softstart w praktyce będzie działał podobnie jak stycznik załączający silnik bezpośrednio do sieci. Wraz ze wzrostem limitu prądu maleją korzyści wynikające z zastosowania softstartu, a parametry rozruchu coraz bardziej przypominają rozruch bezpośredni. W takiej sytuacji warto zadać sobie pytanie, czy dodatkowy koszt zakupu i montażu softstartu jest w ogóle uzasadniony?

Kiedy warto stosować rozruch z ograniczeniem prądu w softstarcie?

Jest to bardzo dobry wybór wtedy, gdy najważniejszym wymaganiem jest ograniczenie obciążenia sieci zasilającej oraz kontrola wartości prądu rozruchowego.

Sprawdza się szczególnie dobrze w instalacjach, w których:

• moc przyłączeniowa jest ograniczona,
• występują długie linie zasilające,
• pracuje wiele dużych odbiorników,
• istotne jest ograniczenie spadków napięcia.

Trzeba jednak pamiętać, że skuteczność tego trybu zawsze należy oceniać równocześnie z dostępnością wymaganego momentu rozruchowego. Sam niski prąd nie oznacza jeszcze poprawnie przeprowadzonego rozruchu. Silnik musi przecież nie tylko pobierać odpowiedni prąd, ale przede wszystkim skutecznie rozpędzić napędzaną maszynę.

Rozruch z liniowym narastaniem napięcia w softstarcie

Rozruch z liniowym wzrostem napięcia jest jedną z najprostszych i najbardziej intuicyjnych metod łagodnego uruchamiania silnika. W tym trybie po wydaniu polecenia START softstart nie podaje od razu pełnego napięcia sieciowego na zaciski silnika. Zamiast tego napięcie szybko narasta do wartości początkowej U₁, określonej w parametrach softstartu, a następnie stopniowo zwiększa się aż do osiągnięcia wartości znamionowej. Po zakończeniu rozruchu załączany jest stycznik obejściowy (bypass), a silnik zostaje podłączony bezpośrednio do sieci zasilającej.

Taki sposób działania można traktować jako klasyczną rampę napięciową. Jego głównym zadaniem jest ograniczenie udaru prądowego oraz zmniejszenie gwałtowności rozruchu w porównaniu z bezpośrednim załączeniem silnika do sieci zasilającej. Warto podkreślić, że dzięki stopniowemu wzrostowi napięcia ograniczane są również obciążenia mechaniczne przenoszone na sprzęgła, przekładnie, pasy, łańcuchy i inne elementy napędzanej maszyny.

Trzeba jednak pamiętać, że wraz ze wzrostem napięcia zmienia się również moment elektromagnetyczny silnika. Wiemy już, że moment jest w przybliżeniu proporcjonalny do kwadratu napięcia zasilającego. Oznacza to, że przy niskich wartościach napięcia moment rozruchowy również jest niewielki, natomiast wraz z dalszym wzrostem napięcia zaczyna rosnąć coraz szybciej.

Spójrzmy ponownie na rodzinę charakterystyk momentu elektromagnetycznego dla różnych wartości napięcia.

Jeżeli naniesiemy na nią liniowo narastający przebieg napięcia, zauważymy, że moment nie będzie narastał liniowo. Początkowo jego wzrost będzie niewielki, natomiast w końcowej fazie rozruchu zacznie przyrastać znacznie szybciej. To właśnie dlatego niektóre maszyny podczas rozruchu zachowują się bardzo spokojnie przez większość czasu, a dopiero pod koniec rampy napięciowej gwałtowniej przyspieszają.

W praktyce oznacza to, że rozruch z liniowym narastaniem napięcia najlepiej sprawdza się w aplikacjach charakteryzujących się niewielkim momentem obciążenia podczas uruchamiania, takich jak wentylatory, pompy odśrodkowe czy lekkie napędy mechaniczne. W przypadku maszyn wymagających wysokiego momentu już od chwili rozruchu taka charakterystyka może okazać się niewystarczająca. Przy obniżonym napięciu silnik wytwarza bowiem mniejszy moment elektromagnetyczny, co może uniemożliwić prawidłowe rozpędzenie napędzanej maszyny. W takich zastosowaniach lepszym rozwiązaniem są zwykle tryby ograniczenia prądu, kontroli momentu lub bardziej zaawansowane algorytmy rozruchowe.

Ograniczeniem klasycznej rampy napięciowej jest stosunkowo niewielki moment rozruchowy dostępny przy niskich wartościach napięcia. Z tego powodu w bardziej wymagających aplikacjach producenci softstartów oferują dodatkowe charakterystyki rozruchowe przeznaczone do napędów wymagających większej siły napędowej już od chwili uruchomienia.

Gwałtowny start i dalsze ograniczanie prądu maksymalnego

Tryb gwałtownego startu z dalszym ograniczaniem prądu maksymalnego został opracowany z myślą o napędach, które wymagają dużego momentu w chwili ruszania, ale po pokonaniu początkowych oporów mogą być już rozpędzane w sposób kontrolowany.

Po wydaniu polecenia START softstart na bardzo krótki czas podaje na silnik pełne napięcie znamionowe. Jego zadaniem jest przełamanie tarcia statycznego, pokonanie oporów początkowych oraz wprawienie układu mechanicznego w ruch.

Po zakończeniu impulsu urządzenie przechodzi do trybu ograniczania prądu maksymalnego. Od tego momentu napięcie jest regulowane w taki sposób, aby prąd silnika nie przekraczał zadanej wartości granicznej. Dzięki temu silnik otrzymuje wysoki moment niezbędny do rozpoczęcia ruchu, ale dalszy przebieg rozruchu odbywa się już w sposób kontrolowany i bez nadmiernego obciążania sieci zasilającej.

Jak ograniczenie prądu wpływa na moment rozruchowy silnika?

W początkowej fazie rozruchu, która w zależności od konstrukcji softstartu może trwać od kilkudziesięciu do kilkuset milisekund, moment elektromagnetyczny osiąga bardzo wysoką wartość, ponieważ silnik jest zasilany pełnym napięciem sieciowym. Pozwala to skutecznie pokonać tarcie statyczne oraz inne opory uniemożliwiające ruszenie napędu.

Po zakończeniu impulsu startowego moment maleje i od tej chwili zależy od ustawionego limitu prądu oraz napięcia dobieranego przez softstart. Można więc powiedzieć, że układ zapewnia krótki „zastrzyk” momentu niezbędny do rozpoczęcia ruchu, a następnie przechodzi do łagodniejszego i bardziej kontrolowanego rozruchu.

Jest to rozwiązanie szczególnie przydatne w przypadku:

• przenośników o zwiększonych oporach początkowych,
• mieszadeł uruchamianych pod obciążeniem,
• napędów z przekładniami,
• maszyn długo pozostających w bezruchu,
• mechanizmów narażonych na zjawisko przyklejenia lub zakleszczenia elementów roboczych.

Należy jednak pamiętać, że impuls pełnego napięcia powoduje większy udar elektryczny i mechaniczny niż klasyczny rozruch z ograniczeniem prądu. Z tego względu tryb ten warto stosować wyłącznie wtedy, gdy łagodniejsze charakterystyki nie zapewniają skutecznego uruchomienia napędu.

Jak gwałtowny start zwiększa moment rozruchowy?

Ten tryb jest bardzo podobny do poprzedniego, jednak po początkowym impulsie pełnego napięcia dalsza część rozruchu realizowana jest za pomocą klasycznej rampy napięciowej, a nie poprzez ograniczanie prądu.

Po wydaniu polecenia START softstart na krótki czas podaje na silnik pełne napięcie znamionowe. Jego zadaniem jest pokonanie tarcia statycznego, przełamanie oporów ruchu oraz wprawienie mechanizmu w ruch.

Po zakończeniu impulsu napięcie zostaje obniżone do wartości początkowej U₁, a następnie zaczyna liniowo narastać aż do osiągnięcia napięcia znamionowego. Po zakończeniu rozruchu załączany jest stycznik obejściowy (bypass), a silnik zostaje podłączony bezpośrednio do sieci.

Jest to rozwiązanie przydatne wtedy, gdy problemem jest samo rozpoczęcie ruchu, natomiast po jego rozpoczęciu napęd może być już rozpędzany za pomocą klasycznej rampy napięciowej.

W porównaniu z wcześniej omawianym trybem „Gwałtowny start i dalsze ograniczanie prądu maksymalnego” rozwiązanie to jest prostsze, ponieważ dalszy przebieg rozruchu zależy wyłącznie od ustawionej rampy napięciowej. Jednocześnie należy pamiętać, że softstart nie kontroluje już prądu w taki sposób jak w trybie ograniczenia prądu maksymalnego. Rzeczywista wartość prądu rozruchowego będzie zależała od charakterystyki silnika, obciążenia oraz czasu narastania napięcia.

Jak zmienia się moment podczas gwałtownego startu i wzrostu napięcia?

W chwili impulsu startowego moment elektromagnetyczny gwałtownie wzrasta, ponieważ silnik przez krótki czas otrzymuje pełne napięcie znamionowe. Dzięki temu możliwe jest pokonanie tarcia statycznego oraz innych oporów utrudniających rozpoczęcie ruchu.

Po zakończeniu impulsu napięcie zostaje obniżone do wartości U₁, dlatego moment również gwałtownie maleje. Następnie, wraz z liniowym wzrostem napięcia, moment zaczyna ponownie rosnąć.

Należy jednak pamiętać, że choć napięcie narasta liniowo, moment elektromagnetyczny nie rośnie liniowo. Jak wcześniej pokazano, moment silnika asynchronicznego jest w dużym uproszczeniu proporcjonalny do kwadratu napięcia. Oznacza to, że przy niskich wartościach napięcia moment zwiększa się stosunkowo wolno, natomiast w końcowej części rampy jego wzrost staje się znacznie bardziej dynamiczny.

Tryb ten dobrze sprawdza się w napędach, które wymagają krótkiego „kopnięcia” na początku rozruchu, ale po ruszeniu nie potrzebują już dużego momentu. Typowe przykłady zastosowań to:

• przenośniki o umiarkowanym obciążeniu,
• lekkie mieszadła,
• wentylatory z podwyższonym momentem rozruchowym,
• mechanizmy z dużym tarciem spoczynkowym,
• urządzenia długo pozostające w bezruchu.

Rozwiązanie to pozwala połączyć zalety gwałtownego startu oraz klasycznej rampy napięciowej. Z jednej strony umożliwia skuteczne rozpoczęcie ruchu, z drugiej ogranicza udary mechaniczne podczas dalszego rozpędzania napędu.

Jak liniowy wzrost prądu wpływa na moment rozruchowy?

Rozruch z liniowym wzrostem prądu jest bardziej zaawansowany niż prosta rampa napięciowa. W tym trybie softstart nie dąży do liniowego zwiększania napięcia, lecz steruje nim w taki sposób, aby uzyskać liniowy wzrost prądu silnika.

Po uruchomieniu napędu softstart podaje na silnik napięcie początkowe, dzięki czemu prąd nie osiąga od razu wartości maksymalnej. Następnie napięcie jest regulowane w taki sposób, aby prąd narastał liniowo aż do osiągnięcia zadanej wartości granicznej I₁. Po osiągnięciu tego poziomu silnik jest dalej rozpędzany przy utrzymaniu prądu na zbliżonym poziomie. W miarę zbliżania się do prędkości roboczej zapotrzebowanie na prąd maleje, a po zakończeniu rozruchu jego wartość spada do prądu roboczego I_e.

Jak liniowy wzrost prądu wpływa na moment rozruchowy silnika?

Ponieważ moment silnika jest związany z prądem oraz strumieniem magnetycznym, przy liniowym wzroście prądu moment również narasta łagodniej niż podczas bezpośredniego rozruchu. Nie oznacza to jednak, że jego przebieg będzie idealnie liniowy. Softstart nadal zasila silnik napięciem o stałej częstotliwości sieciowej, a rzeczywista wartość momentu zależy również od poślizgu, aktualnej wartości strumienia magnetycznego, parametrów wirnika oraz charakterystyki obciążenia.

Z praktycznego punktu widzenia można powiedzieć, że tryb liniowego wzrostu prądu zapewnia bardziej uporządkowany i przewidywalny przebieg rozruchu niż klasyczna rampa napięciowa. Jeżeli jednak wartość graniczna I₁ zostanie ustawiona zbyt nisko, silnik może nie wytworzyć wystarczającego momentu przyspieszającego. Jeżeli natomiast limit zostanie ustawiony zbyt wysoko, efekt ograniczenia prądu i związanych z nim korzyści będzie znacznie mniejszy.

Tryb ten dobrze sprawdza się w aplikacjach, w których zależy nam na łagodnym obciążaniu zarówno sieci zasilającej, jak i elementów mechanicznych, a jednocześnie chcemy mieć większą kontrolę nad przebiegiem prądu niż w przypadku zwykłej rampy napięciowej. Może być stosowany między innymi w pompach, wentylatorach, przenośnikach o umiarkowanym obciążeniu, mieszadłach oraz innych układach, w których rozruch bezpośredni powodowałby zbyt duży udar prądowy.

Jak podwójna kontrola napięcia i prądu wpływa na moment rozruchowy?

Podwójna kontrola napięcia i prądu jest jednym z najbardziej zaawansowanych trybów pracy dostępnych w nowoczesnych softstartach. Łączy zalety rozruchu z liniowym narastaniem napięcia oraz rozruchu z liniowym narastaniem prądu. W praktyce wykorzystuje algorytmy sterowania analizujące przebieg rozruchu i dostosowujące sposób podawania napięcia do zachowania silnika oraz charakterystyki obciążenia.

Można go traktować jako tryb automatyzujący dobór parametrów rozruchu. Zamiast realizować wyłącznie rampę napięciową lub wyłącznie rampę prądową, softstart bierze pod uwagę oba parametry jednocześnie. Celem jest uzyskanie płynnego przyspieszania silnika przy jednoczesnym ograniczeniu prądu rozruchowego oraz uniknięciu zbyt gwałtownych zmian momentu elektromagnetycznego.

W bardziej zaawansowanych softstartach sterowanie nie ogranicza się wyłącznie do prostego zwiększania napięcia. Wykorzystywane są również algorytmy kontroli momentu, prądu lub modelowania zachowania silnika podczas rozruchu.

Dzięki temu moment elektromagnetyczny może narastać bardziej płynnie niż w przypadku klasycznej rampy napięciowej lub prostego ograniczania prądu. Nie oznacza to jednak pełnej kontroli momentu porównywalnej z możliwościami falownika. Softstart nadal pracuje przy częstotliwości sieciowej i steruje przede wszystkim sposobem podawania napięcia na silnik. Może jednak dobierać przebieg napięcia i prądu w taki sposób, aby ograniczyć szarpnięcia, zmniejszyć udar prądowy oraz uniknąć zbyt gwałtownego narastania momentu.

Jak podwójna kontrola napięcia i prądu wpływa na moment rozruchowy?

W tym trybie moment powinien narastać bardziej płynnie niż w przypadku prostego sterowania napięciowego, ponieważ softstart dysponuje większą liczbą informacji pozwalających kształtować przebieg rozruchu.

Nie oznacza to jednak pełnej kontroli momentu porównywalnej z możliwościami falownika. Softstart nadal pracuje przy częstotliwości sieciowej i steruje przede wszystkim sposobem podawania napięcia na silnik. Może jednak dobierać przebieg napięcia i prądu w taki sposób, aby ograniczyć szarpnięcia, zmniejszyć udar prądowy oraz uniknąć zbyt gwałtownego narastania momentu.

Tryb ten można uznać za szczególnie korzystny dla użytkowników, którzy nie chcą ręcznie dobierać konkretnej charakterystyki rozruchowej lub mają do czynienia z napędem, którego zachowanie podczas rozruchu nie jest łatwe do przewidzenia. Dobrze sprawdza się przy napędach o zmiennym obciążeniu, podczas modernizacji starszych układów oraz w pompach, wentylatorach, przenośnikach i innych maszynach, w których kluczowe jest znalezienie kompromisu pomiędzy ograniczeniem prądu rozruchowego a zachowaniem wystarczającego momentu rozruchowego.

Niezależnie od wybranego trybu należy pamiętać, że softstart ogranicza prąd rozruchowy przede wszystkim poprzez ograniczanie napięcia doprowadzanego do silnika. Ponieważ moment silnika indukcyjnego zależy w przybliżeniu od kwadratu napięcia, każda redukcja napięcia powoduje również zmniejszenie dostępnego momentu rozruchowego. Przypominam, że jest to korzystne z punktu widzenia mechaniki napędu, ponieważ ogranicza szarpnięcia i udary, jednocześnie wymaga prawidłowego doboru nastaw.

• Jeżeli moment będzie zbyt mały, silnik może nie ruszyć lub rozruch będzie trwał zbyt długo.
• Jeżeli natomiast nastawy będą zbyt agresywne, ograniczenie prądu i momentu okaże się niewielkie, a rozruch zacznie przypominać bezpośrednie załączenie silnika do sieci.

Dlatego dobór trybu rozruchu powinien zawsze wynikać z charakteru obciążenia. Dla lekkich pomp i wentylatorów wystarczający może okazać się liniowy wzrost napięcia. W aplikacjach wymagających kontroli obciążenia sieci lepszym rozwiązaniem będzie liniowy wzrost prądu lub ograniczenie prądu maksymalnego. W przypadku mechanizmów charakteryzujących się dużym tarciem statycznym można rozważyć zastosowanie gwałtownego startu, jednak dopiero wtedy, gdy łagodniejsze metody nie zapewniają skutecznego uruchomienia napędu. Najbardziej uniwersalnym rozwiązaniem okaże się podwójna kontrola napięcia i prądu, która pozwala softstartowi automatycznie dopasować przebieg rozruchu do zachowania konkretnego napędu.

A jak właściwie dochodzi do zmiany wartości napięcia podczas pracy softstartu?

Jak zbudowany jest układ softstartu?

Sercem każdego softstartu jest układ energoelektroniczny zbudowany najczęściej z tyrystorów połączonych przeciwrównolegle. Jego zadaniem jest sterowanie wartością skuteczną napięcia doprowadzanego do uzwojeń silnika. Dzięki temu możliwe jest ograniczenie prądu rozruchowego oraz zmniejszenie gwałtowności narastania momentu elektromagnetycznego podczas rozruchu.

Jak działa klucz tyrystorowy?

W dużym uproszczeniu , tyrystor jest elementem półprzewodnikowym zbudowanym z czterowarstwowej struktury PNPN. Doprowadzenie odpowiedniego impulsu sterującego do bramki powoduje przejście tyrystora ze stanu blokowania do stanu przewodzenia, pod warunkiem że pomiędzy anodą i katodą występuje napięcie w kierunku przewodzenia.

Zjawisko to przedstawia poniższy rysunek:

Warto podkreślić, że tyrystor nie pracuje tak jak tranzystor sterowany liniowo. Impuls podawany na bramkę nie służy do płynnej regulacji spadku napięcia na elemencie, lecz jedynie do jego wyzwolenia. Po załączeniu tyrystor pozostaje w stanie przewodzenia tak długo, jak długo płynący przez niego prąd jest większy od prądu podtrzymania. W układach prądu przemiennego wyłączenie tyrystora następuje naturalnie w chwili przejścia prądu przez zero.

Jeżeli w obwodzie prądu przemiennego zastosujemy pojedynczy tyrystor, będzie on mógł przewodzić tylko jedną połówkę sinusoidy. Opóźniając moment podania impulsu bramkowego względem chwili przejścia napięcia przez zero, możemy decydować o tym, od którego punktu danej połówki przebiegu tyrystor zacznie przewodzić. Dzięki temu do odbiornika np. silnika trafia jedynie część przebiegu sinusoidalnego, a wartość skuteczna napięcia zostaje zmniejszona.

Przeanalizujmy teraz, jak wygląda przebieg napięcia w układzie wykorzystującym pojedynczy tyrystor przedstawiony na poniższym schemacie:

Widzimy, że tyrystor jest w stanie wyciąć fragment połówki sinusoidy napięcia wejściowego, a tym samym dostarczyć do dalszej części układu napięcie o mniejszej wartości skutecznej. Pojawienie się impulsu prądowego i_G powoduje otwarcie klucza tyrystorowego. Opóźniając moment podania impulsu bramkowego, możemy decydować o tym, od którego punktu danej połówki sinusoidy tyrystor rozpocznie przewodzenie.

Do sterowania napięciem przemiennym stosuje się najczęściej dwa tyrystory połączone przeciwrównolegle. Jeden z nich przewodzi podczas dodatniej połówki sinusoidy, natomiast drugi podczas połówki ujemnej.

Jeżeli zastosujemy taki układ tyrystorów sterowany przez mikroprocesor softstartu, możliwe staje się płynne sterowanie wartością skuteczną napięcia doprowadzanego do silnika. W efekcie na zaciskach silnika pojawia się napięcie o przebiegu zmodulowanym fazowo, które w dużym uproszczeniu można przedstawić następująco:

Modulujemy więc wartość skuteczną napięcia URMS doprowadzanego do odbiornika.

W przypadku softstartu odbiornikiem tym jest silnik asynchroniczny. Układ sterowania synchronizuje pracę tyrystorów z przebiegiem napięcia sieciowego i podczas rozruchu stopniowo zmienia kąt ich załączania. Na początku rozruchu tyrystory załączane są z dużym opóźnieniem, dlatego do silnika trafia jedynie część każdej połówki sinusoidy. W efekcie wartość skuteczna napięcia jest obniżona.

W miarę rozpędzania silnika kąt opóźnienia jest stopniowo zmniejszany, dzięki czemu coraz większa część przebiegu napięcia dociera do uzwojeń. Powoduje to wzrost wartości skutecznej napięcia, a tym samym wzrost momentu elektromagnetycznego i prędkości obrotowej silnika. Po zakończeniu rozruchu tyrystory przewodzą przez cały okres napięcia, silnik otrzymuje pełne napięcie zasilające, a w wielu softstartach załączany jest dodatkowo stycznik obejściowy (bypass).

W typowym trójfazowym softstarcie układ mocy składa się z trzech par tyrystorów połączonych przeciwrównolegle, po jednej parze dla każdej fazy. Takie rozwiązanie umożliwia sterowanie napięciem doprowadzanym do wszystkich uzwojeń silnika. W niektórych prostszych konstrukcjach softstartów regulacja realizowana jest jedynie w dwóch fazach, jednak sterowanie trójfazowe zapewnia bardziej symetryczną pracę silnika oraz ogranicza nierównomierność obciążenia poszczególnych uzwojeń.

Warto podkreślić, że można analizować zarówno napięcia międzyfazowe, jak i napięcia fazowe względem umownego punktu neutralnego silnika. Należy jednak pamiętać, że w większości silników asynchronicznych punkt gwiazdy uzwojeń (punkt neutralny N) nie jest wyprowadzony na zewnątrz maszyny, dlatego sam silnik podczas normalnej pracy zasilany jest wyłącznie trzema fazami. Dotyczy to zarówno małych, jak i dużych silników. Choć w wielu instalacjach występuje przewód neutralny wykorzystywany do zasilania układów sterowania, zabezpieczeń lub elektroniki napędu, nie bierze on bezpośredniego udziału w zasilaniu uzwojeń silnika. Z tego względu podczas analizy pracy softstartu szczególne znaczenie mają napięcia międzyfazowe oraz ich wpływ na prądy płynące w uzwojeniach stojana.

Dzięki sterowaniu kątem załączenia tyrystorów softstart może regulować wartość skuteczną napięcia doprowadzanego do poszczególnych faz silnika, a tym samym wpływać na wartość prądu rozruchowego oraz rozwijany moment elektromagnetyczny. Właśnie na tej zasadzie opiera się działanie większości współczesnych układów łagodnego rozruchu.

Muszę zaznaczyć, że w wyniku sterowania fazowego przebiegi napięcia oraz prądu mają odkształcony, niesinusoidalny charakter. Zjawisko to przedstawiają poniższe oscylogramy.

Jak widać, sterowanie fazowe powoduje, że przebiegi napięcia i prądu podczas rozruchu nie mają już charakteru sinusoidalnego. Napięcie doprowadzane do silnika składa się z fragmentów sinusoidy, których kształt zależy od chwili załączenia tyrystorów w każdej połówce sinusoidy. Prąd silnika również jest odkształcony, ponieważ zależy nie tylko od przebiegu napięcia, ale także od indukcyjnego charakteru uzwojeń stojana oraz zmieniającego się podczas rozruchu poślizgu wirnika.

To właśnie z tego powodu na oscylogramach rejestrowanych podczas pracy softstartu można zaobserwować charakterystyczne odkształcenia przebiegów napięcia i prądu. Są one naturalną konsekwencją sterowania fazowego i stanowią cenę, jaką płacimy za możliwość ograniczania prądu rozruchowego oraz łagodnego rozpędzania silnika.

Wiemy już, jak zbudowane jest serce układu softstartu oraz w jaki sposób realizowana jest regulacja napięcia doprowadzanego do silnika. W kolejnej części przejdziemy od teorii do praktyki i zajmiemy się prawidłowym podłączeniem oraz konfiguracją softstartu.

Czy softstart zastępuje zabezpieczenia silnika?

Softstart jest urządzeniem służącym do ograniczania prądu rozruchowego oraz łagodnego rozpędzania silnika. Nie należy jednak traktować go jako zamiennika zabezpieczeń silnikowych.

W praktyce zastosowanie softstartu nie zwalnia z konieczności ochrony silnika przed skutkami przeciążenia, długotrwałego przegrzania, zaniku fazy lub asymetrii napięć zasilających. Są to zjawiska mogące prowadzić do uszkodzenia uzwojeń silnika, nawet jeśli sam proces rozruchu przebiega prawidłowo.

W typowych układach napędowych nadal stosuje się zabezpieczenia przeciążeniowe. Mogą to być między innymi:

• wyłączniki silnikowe,
• przekaźniki przeciążeniowe (termiki),
• elektroniczne przekaźniki zabezpieczeniowe silników,
• zabezpieczenia wbudowane w bardziej zaawansowane softstarty.

Warto pamiętać, że zakres funkcji ochronnych zależy od konkretnego modelu urządzenia. Proste softstarty często realizują jedynie funkcję łagodnego rozruchu i zatrzymania, nie zapewniając pełnej ochrony silnika. Bardziej rozbudowane konstrukcje mogą dodatkowo monitorować prąd, przeciążenie, zanik fazy, asymetrię prądów, kolejność faz, a nawet temperaturę silnika.

Dlatego przed rezygnacją z wyłącznika silnikowego lub przekaźnika przeciążeniowego należy zawsze sprawdzić dokumentację producenta. Jeżeli softstart nie posiada odpowiednich funkcji ochronnych, zabezpieczenia te muszą zostać zastosowane jako oddzielne aparaty.

W praktyce bardzo często spotyka się układ składający się z zabezpieczenia zwarciowego, zabezpieczenia przeciążeniowego oraz softstartu. Softstart odpowiada wtedy za przebieg rozruchu, natomiast zabezpieczenia silnikowe chronią silnik przed skutkami uszkodzeń i nieprawidłowych warunków pracy.

Softstarty w praktyce, co dalej?

Dotarliśmy do końca części teoretycznej. Jak widać, zagadnienie rozruchu silników asynchronicznych oraz działania softstartów jest znacznie bardziej złożone, niż mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Mimo obszernego zakresu artykułu nie wyczerpuje on całego tematu. Jego celem było przede wszystkim uporządkowanie najważniejszych pojęć i wyjaśnienie zjawisk zachodzących podczas rozruchu silnika oraz pracy układów łagodnego rozruchu.

W kolejnej części przejdziemy od teorii do praktyki. Na konkretnych przykładach softstartów pokażę, jak dobierać urządzenia do różnych aplikacji, jak interpretować najważniejsze parametry katalogowe oraz jak unikać błędów pojawiających się podczas uruchamiania i eksploatacji układów napędowych.

Źródła i opracowanie ilustracji

• Veera Thanyaphirak, Vijit Kinnares, Anantawat Kunakorn, Comparison of Starting Current Characteristics for Three-Phase Induction Motor Due to Phase-control Soft Starter and Asynchronous PWM AC Chopper, Journal of Electrical Engineering & Technology, 2017, Vol. 12, No. 3, s. 1090–1100.
• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki, Mikrosystemów i Fotoniki, Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych, Tyrystor – ćwiczenie nr 6.
• Część ilustracji opracowano na podstawie powyższych materiałów.
• F&F Softstart SF instrukcja obsługi 1.1.1

Poznajmy się – jestem Piotr Bibik

Od ponad 30 lat moje życie zawodowe kręci się wokół elektrotechniki. Nie jestem teoretykiem – moją wiedzę budowałem przez ćwierć wieku pracy u jednego z największych dystrybutorów materiałów elektrycznych w Polsce oraz podczas tysięcy godzin spędzonych na instalacjach.

Elektryka to moja pasja, a portal Napięcie Salama to miejsce, gdzie dzielę się bogatym doświadczeniem, które zdobywałem m.in. jako autor setek publikacji eksperckich dla czołowych portali branżowych (np. Łączy Nas Napięcie). Dziś tę wiedzę przekładam na konkretne wsparcie dla moich klientów, dbając o to, by każda instalacja była bezpieczna i nowoczesna.

Wierzę, że o trudnych sprawach można mówić prosto – tak, aby każdy inwestor i instalator mógł podjąć decyzję, która zapewni bezpieczeństwo jego rodzinie i urządzeniom.

W czym mogę Ci pomóc?

• Dla Inwestorów: Prowadzę konsultacje techniczne, podczas których sprawdzam projekty i podpowiadam rozwiązania, które realnie działają.

• Dla Instalatorów i Projektantów: Dzielę się doświadczeniem z zakresu nowoczesnej automatyki i systemów zasilania, pomagając unikać kosztownych błędów montażowych.

• Dla Producentów: Pomagam spojrzeć na produkty oczami praktyka i rzetelnie przekazać ich wartość rynkowi.

Moja zasada jest prosta: instalacja ma być bezpieczna, nowoczesna i zrozumiała dla użytkownika. Jeśli szukasz rzetelnego doradztwa lub chcesz uniknąć awarii, o których piszę na tym blogu – zapraszam do kontaktu.