DriveStart z oferty firmy CES to softstart oparty na tranzystorach IGBT, zaprojektowany aby wypełnić lukę pomiędzy tradycyjnym falownikiem a softstartem średniego napięcia. Rozwiązanie znajduje zastosowanie w aplikacjach, gdzie wymagany jest niski prąd rozruchowy oraz wysoki moment rozruchowy. Firma CES zrealizowała pierwsze wdrożenie urządzenia w Polsce. 

Jeszcze do niedawna, do rozruchu silników asynchronicznych najczęściej stosowanymi metodami były:
• rozruch bezpośredni,
• gwiazda-trójkąt,
• rozruch za pomocą sotfstartu,
• rozruch za pomocą falownika.
Każda z tych metod ma swoje wady i zalety. Rozruchowi bezpośredniemu towarzyszą wysokie prądy rozruchowe (nawet do siedmiokrotności prądu znamionowego) oraz udary mechaniczne, które mają niekorzystny wpływ na części mechaniczne silnika i elementów urządzeń sprzęgniętych. Towarzyszący pierwszej fazie rozruchu wysoki prąd magnesowania można zredukować przez odpowiednie obniżenie napięcie zasilania, np. poprzez zastosowanie przełącznika gwiazda-trójkąt lub dławik rozruchowy.
W celu uniknięcia niekorzystnych udarów mechanicznych dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie klasycznego softstartu tyrystorowego, ograniczającego prąd rozruchowy średnio do 4 x In (prądów znamionowych). Dodatkowo bardzo często tego typu urządzenia są wyposażone w szereg zabezpieczeń i parametrów kontroli rozruchu silnika.
Zdarza się jednak, że w pewnych aplikacjach wymagane jest uzyskanie większego momentu rozruchowego, co przy użyciu softstartu wymusza zwiększenie limitu prądowego (5-6 x In). Rozwiązaniem tego problemu, ale wielokrotnie droższym, jest zastosowanie przemiennika częstotliwości, który oferuje niski prąd rozruchowy – przy jednoczesnym zachowaniu wysokiego momentu. W wielu aplikacjach nie jest jednak wymagana regulacja prędkości obrotowej silnika. Zatem użycie falownika również nie jest optymalnym rozwiązaniem, z powodu generowanych strat mocy podczas ciągłej pracy, a także obecności wyższych harmonicznych. W odpowiedzi na tego rodzaju sytuacje firma CES wprowadziła do oferty rozwiązanie w postaci urządzenia DriveStart (rys. 1).

Rys. 1. DriveStart – softstart średniego napięcia oparty na tranzystorach IGBT

DriveStart – właściwości

DriveStart to softstart oparty na tranzystorach IGBT, zaprojektowany aby wypełnić lukę, pomiędzy tradycyjnym falownikiem a softstartem średniego napięcia, w aplikacjach gdzie wymagany jest niski prąd rozruchowy oraz wysoki moment rozruchowy.
Najważniejsze zalety wynikające z zastosowania urządzenia, to:
• uzyskany pełny moment rozruchowy silnika,
• rozruch na nominalnym prądzie silnika lub niższym,
• możliwy rozruch silnika ze słabych sieci elektrycznych,
• redukcja nagrzewania się silnika przy rozruchu pozwalająca na wykorzystanie standardowych silników,
• wbudowany układ obejściowy – stycznik bypass’u, który jest synchronizowany z napięciem sieci i zamykany po zakończeniu fazy rozruchu,
• zintegrowany moduł Data Logger monitorujący i zapisujący wiele parametrów rozruchu które można wykorzystać do zdalnej diagnostyki,
• znacznie niższa cena w porównaniu do falowników średniego napięcia VFD, przy jednoczesnym zapewnieniu podobnej charakterystyki łagodnego rozruchu i zatrzymania silnika,
• usprawniona konstrukcja przekładająca się na co najmniej 50-procentową redukcję wymaganej przestrzeni w porównaniu z falownikiem VFD o podobnych parametrach.

Pierwsze wdrożenie

Firma CES przeprowadziła już pierwsze w Polsce wdrożenie urządzenia. System multi-start DriveStart na napięcie 6,3 kV został zainstalowany na potrzeby jednego z polskich potentatów w przemyśle naftowo-gazowym. W związku z wymaganiami aplikacji, DriveStart został rozbudowany o dodatkowe moduły szaf, umożliwiające rozruch i kontrolę dwóch silników o mocy 1200 kW. Kompletny układ składa się z następujących sekcji:
• sekcja wyboru pola zasilania 6 kV dla DriveStart’u,
• sekcja wyjściowa dla silników wraz z układem by-passu,
• sekcja baterii kondensatorów (do redukcji mocy biernej).

Rys. 2. Przebiegi napięcia i prądu podczas rozruchu silnika z wykorzystaniem DriveStartu (sprężarka śrubowa z silnikiem – 1200 kW)

Charakterystyka aplikacji
Zadaniem układu jest kontrola rozruchu sprężarek odpowiedzialnych za sprężanie azotu z ciśnienia o wartości 1 bara do 17 barów. Wykorzystanie klasycznego softstartu nie było możliwie ze względu na charakterystyki momentu obciążenia sprężarki. Ten typ sprężarki, według danych dostawcy urządzenia, wymagał w pierwszej fazie rozruchu bardzo wysokiego momentu rozruchowego – porównywalnego z mo­mentem znamionowym. Silniki umożliwiające spełnienie tego wymogu, przy rozruchu klasycznymi metodami wymagały dostarczenia prądu rozruchowego o wartościach przekraczających możliwości przy­łączy zasilających system. Rozwiązaniem problemu okazał się DriveStart. Dzięki jego zastosowaniu maszyny mają zapewniony wymagany moment rozruchowy, a jednocześnie sieć w czasie rozruchu nie jest w żaden sposób przeciążana. W efekcie rozruch widziany od strony sieci przebiega łagodniej niż w przypadku nawet znacznie mniejszych maszyn uruchamianych zwykłym softstartem.
Na rys. 2 zaprezentowano przebiegi napięcia i prądu rozruchowego DriveStart’u zarejestrowane podczas rozruchu sprężarki. Na wykresie widać, że prąd rozruchowy silnika w całym cyklu rozruchu znajduje się poniżej wartości nominalnych silnika. W efekcie ten typ rozruchu jest najbardziej korzystny zarówno dla samego silnika, jak i ze względu na parametry obciążenia sieci. Dla klienta instalacja DriveStart`u okazała się rozwiązaniem najkorzystniejszym, zapewniającym maszynom uzyskanie wymaganego momentu rozruchowego, przy możliwie najniższym prądzie rozruchowym i bez zaburzania pracy pozostałych urządzeń w sieci zakładowej.

Kamil Postawa
Bolesław Kwaśny
Autorzy są pracownikami
Centrum Elektroniki Stosowanej CES