Softstarter czy falownik? Różnice, zastosowania i dobór do silnika

Softstarter wybierz, gdy silnik ma pracować ze stałą prędkością, ale potrzebuje łagodniejszego rozruchu i ograniczenia gwałtownych zmian prądu oraz momentu. Falownik stosuje się wtedy, gdy prędkość silnika trzeba regulować również podczas normalnej pracy. Nie są to więc bezpośrednie zamienniki.

Softstarter działa przede wszystkim w fazie uruchamiania silnika i, zależnie od konstrukcji urządzenia, może również sterować jego zatrzymaniem. Falownik przez cały czas pracy napędu kontroluje sposób zasilania silnika, zmieniając częstotliwość i napięcie wyjściowe zgodnie z wymaganiami procesu.

W praktyce wybór nie powinien zaczynać się od pytania, które urządzenie jest bardziej rozbudowane. Najpierw trzeba ustalić, czy proces wymaga regulacji prędkości, jaki jest charakter obciążenia oraz jakie są dane znamionowe silnika.

Czym różni się softstarter od falownika?

Najważniejsza różnica jest prosta: softstarter steruje głównie rozruchem, a falownik może sterować prędkością silnika podczas całego cyklu pracy. Jeżeli napęd po uruchomieniu ma pracować ze stałą prędkością wynikającą z częstotliwości sieci i konstrukcji silnika, softstarter często jest wystarczającym rozwiązaniem.

Falownik, nazywany również przemiennikiem częstotliwości, jest potrzebny wtedy, gdy operator lub układ automatyki ma zmieniać prędkość pompy, wentylatora, przenośnika albo innej maszyny w zależności od aktualnego zapotrzebowania procesu.

Jak działa softstarter?

Softstarter stopniowo zwiększa napięcie podawane na silnik podczas rozruchu, dzięki czemu ogranicza gwałtowność wzrostu prądu i momentu. Silnik nie otrzymuje od razu pełnych warunków zasilania charakterystycznych dla rozruchu bezpośredniego.

W typowym softstarterze elementy półprzewodnikowe sterują napięciem w czasie ustawionej rampy. Wraz z rozpędzaniem silnika układ zwiększa poziom wysterowania aż do zakończenia rozruchu. W wielu urządzeniach stosowany jest następnie bypass, czyli tor obejściowy ograniczający straty mocy w czasie normalnej pracy.

Praktycznym skutkiem jest ograniczenie udarów mechanicznych w sprzęgłach, przekładniach, pasach i elementach przenośników. Ma to znaczenie szczególnie wtedy, gdy gwałtowny start powoduje szarpnięcie maszyny, przesunięcie transportowanego materiału albo naprężenie elementów układu napędowego.

Czego softstarter nie robi?

Softstarter nie jest urządzeniem do ciągłej regulacji prędkości silnika. Po zakończeniu rozruchu silnik pracuje zasadniczo z prędkością wynikającą z warunków zasilania, liczby biegunów i poślizgu.

Niektóre bardziej zaawansowane softstartery mają funkcje wolnego biegu, pozycjonowania lub specjalne algorytmy dla wybranych aplikacji. Nie należy jednak traktować takich funkcji jako zamiennika pełnej, ciągłej regulacji prędkości dostępnej w przemienniku częstotliwości.

Jak działa falownik?

Falownik steruje prędkością silnika przez zmianę częstotliwości i napięcia zasilającego silnik. Dzięki temu napęd może przyspieszać, zwalniać i pracować z prędkością dostosowaną do aktualnego zapotrzebowania procesu.

W typowym przemienniku częstotliwości niskiego napięcia napięcie sieciowe jest przekształcane w obwodzie pośrednim, a następnie stopień falownikowy wytwarza napięcie wyjściowe o sterowanych parametrach. Sposób sterowania zależy od konkretnego urządzenia i zastosowanego algorytmu.

Falownik może więc zapewnić łagodny rozruch, ale jego funkcja nie kończy się po osiągnięciu prędkości roboczej. Układ może przez cały czas reagować na sygnał zadany z potencjometru, sterownika PLC, regulatora procesu lub sieci komunikacyjnej.

To właśnie dlatego falownik jest stosowany w maszynach, w których prędkość przenośnika zależy od rodzaju produktu, wydajność wentylatora ma być dopasowana do zapotrzebowania albo pompa ma utrzymywać określone ciśnienie.

Gdzie stosuje się softstartery?

Softstarter sprawdza się przede wszystkim w napędach pracujących ze stałą prędkością, w których problemem jest sam rozruch lub zatrzymanie. Celem jest ograniczenie niepożądanych udarów elektrycznych i mechanicznych bez wprowadzania ciągłego sterowania prędkością.

Pompy pracujące ze stałą prędkością

W układzie pompowym gwałtowne uruchomienie lub zatrzymanie może powodować niekorzystne zjawiska hydrauliczne. Kontrolowana rampa rozruchu, a w odpowiednio dobranym urządzeniu także zatrzymania, pozwala łagodniej zmieniać warunki pracy instalacji.

Trzeba jednak pamiętać, że prosta rampa napięciowa nie jest tym samym co zaawansowane sterowanie pompą. W aplikacjach wymagających dokładnej kontroli ciśnienia, wydajności lub przepływu często właściwszy będzie falownik.

Wentylatory o stałej prędkości

Duży wentylator może mieć znaczną bezwładność i wymagać dłuższego czasu rozpędzania. Softstarter umożliwia kontrolowanie przebiegu rozruchu bez stosowania ciągłej regulacji prędkości, jeżeli wentylator po starcie zawsze pracuje w jednym punkcie roboczym.

Przenośniki i transport materiału

Gwałtowny start przenośnika może powodować szarpnięcie taśmy, naprężenie elementów mechanicznych albo przesunięcie transportowanego produktu. Softstarter pozwala uruchomić napęd bardziej płynnie.

Jeżeli jednak prędkość taśmy ma się zmieniać w zależności od produktu lub wydajności linii, potrzebny jest przemiennik częstotliwości.

Sprężarki i inne napędy o stałym punkcie pracy

W niektórych układach sprężarkowych sterowanie procesem odbywa się przez załączanie i wyłączanie napędu pomiędzy określonymi progami. Jeżeli silnik pracuje ze stałą prędkością, a problemem jest przebieg startu, softstarter może być właściwym elementem układu.

Należy jednak sprawdzić charakter rozruchu, wymagany moment oraz częstotliwość załączeń. Duża liczba startów w ciągu godziny bezpośrednio wpływa na obciążenie cieplne urządzenia i nie może być pomijana podczas doboru.

Gdzie stosuje się falowniki?

Falownik należy stosować, gdy prędkość napędu jest parametrem procesu, a nie tylko stałą wartością po rozruchu. Typowe zadania obejmują regulację wydajności, synchronizację elementów maszyny i dostosowanie pracy silnika do zmiennego obciążenia.

Pompy z regulacją ciśnienia lub przepływu

Jeżeli układ ma utrzymywać zadane ciśnienie, falownik może zmieniać prędkość pompy na podstawie sygnału z przetwornika i regulatora. Silnik nie musi wtedy zawsze pracować z pełną prędkością.

W aplikacjach o zmiennym zapotrzebowaniu odpowiednio zaprojektowana regulacja prędkości może ograniczyć zużycie energii w porównaniu z pracą napędu z pełną prędkością i mechanicznym dławieniem przepływu. Nie jest to jednak automatyczna oszczędność w każdej aplikacji. Efekt zależy od charakterystyki maszyny i rzeczywistego profilu pracy.

Wentylatory i systemy wentylacyjne

Falownik pozwala dopasować wydajność wentylatora do zapotrzebowania instalacji. Może to być sygnał z regulatora temperatury, ciśnienia, przepływu lub systemu automatyki budynkowej i przemysłowej.

Przenośniki z regulowaną prędkością

Na linii produkcyjnej różne produkty mogą wymagać innej prędkości transportu. Falownik umożliwia zmianę prędkości bez mechanicznej przebudowy układu napędowego.

W bardziej rozbudowanych aplikacjach trzeba dodatkowo uwzględnić wymagania dotyczące momentu, hamowania, przeciążeń i synchronizacji z innymi napędami.

Mieszalniki, dozowniki i maszyny procesowe

Proces może wymagać różnych prędkości na kolejnych etapach receptury. W takim przypadku softstarter zapewniający jedynie kontrolowany start nie rozwiązuje problemu. Falownik pozwala zadawać prędkość zgodnie z sekwencją sterownika PLC lub innym układem sterowania.

Czy softstarter i falownik są zamiennikami?

Nie, softstarter i falownik nie są bezpośrednimi zamiennikami. Falownik może realizować kontrolowany rozruch i jednocześnie regulować prędkość, ale zastosowanie go tylko jako droższego softstartera nie zawsze ma techniczne lub ekonomiczne uzasadnienie.

Z kolei softstarter nie zastąpi falownika w maszynie, która wymaga płynnej zmiany prędkości podczas normalnej pracy. Jeżeli sterownik PLC ma zadawać 20 Hz, następnie 35 Hz i 50 Hz w kolejnych etapach procesu, potrzebny jest przemiennik częstotliwości lub inny odpowiedni układ napędowy realizujący regulację prędkości.

Wybór powinien wynikać z funkcji maszyny. Jeżeli potrzebujesz tylko łagodnie rozpędzić silnik do stałej prędkości, rozbudowane możliwości falownika mogą pozostać niewykorzystane. Jeżeli prędkość jest zmienną procesową, softstarter będzie funkcjonalnie niewystarczający.

Jak dobrać softstarter lub falownik?

Dobór zacznij od procesu i tabliczki znamionowej silnika, a dopiero później wybieraj serię urządzenia. Sama informacja „silnik 11 kW” nie wystarcza do poprawnego doboru układu rozruchowego lub napędowego.

1. Sprawdź, czy proces wymaga zmiennej prędkości. Jeżeli prędkość ma być regulowana podczas pracy, punktem wyjścia jest falownik. Jeżeli silnik zawsze pracuje ze stałą prędkością, ale rozruch jest zbyt gwałtowny, rozważ softstarter.
2. Odczytaj prąd znamionowy silnika. Parametr znajdziesz na tabliczce znamionowej. Przy doborze urządzenia trzeba uwzględnić prąd dla rzeczywistego napięcia i sposobu połączenia silnika. Nie należy wybierać softstartera wyłącznie na podstawie wartości kW wpisanej w nazwie maszyny.
3. Określ charakter obciążenia. Wentylator, pompa odśrodkowa i obciążony przenośnik nie mają takiego samego przebiegu momentu rozruchowego. Ciężki start może wymagać innego przewymiarowania lub innej klasy urządzenia niż lekka aplikacja.
4. Sprawdź liczbę rozruchów i cykl pracy. Częste załączanie zwiększa obciążenie cieplne półprzewodników i silnika. Producent może określać dopuszczalny profil rozruchu, czas startu i liczbę startów na godzinę dla konkretnych warunków.
5. Zweryfikuj napięcie obwodu głównego i napięcie sterowania. Napięcie zasilania silnika nie jest tym samym parametrem co napięcie sterowania wejściami urządzenia. Przykładowo ABB PSR12-600-70 ma zakres napięcia pracy obwodu głównego 208–600 V AC, natomiast napięcie sterowania tego wariantu wynosi 100–240 V AC.
6. Uwzględnij warunki montażowe. Temperatura w szafie, wentylacja, odstępy montażowe, wysokość nad poziomem morza i sposób zabudowy mogą wpływać na dopuszczalne obciążenie urządzenia. Dla falownika trzeba dodatkowo przeanalizować wymagania EMC, długość przewodu silnikowego oraz ewentualne filtry, dławiki i rezystor hamowania.
7. Sprawdź wymagane funkcje ochronne i komunikacyjne. Nie każdy softstarter ma taki sam zakres zabezpieczeń, pomiarów lub komunikacji. Tak samo falowniki różnią się wejściami, protokołami sieciowymi, funkcjami bezpieczeństwa i sposobem sterowania silnikiem.

Najczęstszy błąd przy doborze: wybór tylko według mocy silnika

Dobieranie softstartera lub falownika wyłącznie na podstawie wartości kW jest błędem. Dwa silniki o zbliżonej mocy mogą mieć różne prądy znamionowe, a ta sama maszyna może stawiać napędowi zupełnie inne wymagania w zależności od obciążenia podczas startu.

Przy softstarterze trzeba sprawdzić co najmniej prąd znamionowy silnika, napięcie, charakter rozruchu, czas rozpędzania i liczbę startów. Przenośnik uruchamiany z materiałem może być znacznie trudniejszą aplikacją niż pompa rozpędzana przy korzystnych warunkach hydraulicznych.

Przy falowniku również nie należy ograniczać się do mocy. Istotny jest znamionowy prąd wyjściowy przemiennika, dopuszczalne przeciążenie, sposób sterowania, zakres prędkości, wymagania dotyczące hamowania oraz środowisko instalacji.

Przykładowe softstartery dostępne w pstryczekelektryczek.pl

W sklepie dostępne są między innymi softstartery ABB z serii PSR w różnych wariantach prądowych. Poniższe modele pokazują zakres urządzeń, ale wybór konkretnego numeru katalogowego powinien wynikać z danych silnika i aplikacji.

ABB PSR12-600-70 – 1SFA896106R7000

Przykładem jest ABB PSR12-600-70. Producent podaje znamionowy maksymalny prąd pracy 12 A i zakres napięcia pracy 208–600 V AC. Wariant -70 ma napięcie sterowania 100–240 V AC.

Model warto rozważyć dla silnika mieszczącego się w parametrach urządzenia po uwzględnieniu rzeczywistego obciążenia i profilu rozruchu. Sam fakt, że prąd silnika jest niższy niż 12 A, nie zastępuje weryfikacji aplikacji.

ABB PSR25-600-70 – 1SFA896108R7000

ABB PSR25-600-70 ma znamionowy maksymalny prąd pracy 25 A, zakres napięcia obwodu głównego 208–600 V AC i napięcie sterowania 100–240 V AC.

Jest to przykład większego wariantu z tej samej rodziny. Nie należy jednak traktować PSR12 i PSR25 jako zamienników wybieranych na zasadzie „większy będzie bezpieczniejszy”. Dobór powinien uwzględniać zalecenia producenta dla konkretnego silnika i obciążenia.

ABB PSR30-600-70 – 1SFA896109R7000

Kolejny wariant to ABB PSR30-600-70 o znamionowym maksymalnym prądzie pracy 30 A. Zakres napięcia pracy wynosi 208–600 V AC, a napięcie sterowania wariantu -70 to 100–240 V AC.

Przy przejściu na wyższy zakres prądowy nadal trzeba zweryfikować czas i ciężkość rozruchu. Parametr prądowy urządzenia nie opisuje całej aplikacji napędowej.

ABB PSR45-600-70 – 1SFA896111R7000

ABB PSR45-600-70 jest wariantem o znamionowym maksymalnym prądzie pracy 45 A. Producent określa zakres napięcia pracy 208–600 V AC oraz napięcie sterowania 100–240 V AC.

Przy takich napędach szczególnie istotna jest analiza warunków rozruchu i obciążenia cieplnego. Dobierając urządzenie do przenośnika, wentylatora lub pompy, trzeba opisać rzeczywisty sposób pracy maszyny, a nie tylko przepisać moc z tabliczki silnika.

Pełną grupę dostępnych urządzeń można znaleźć w kategorii softstartery do łagodnego rozruchu silników.

Najczęściej zadawane pytania

Czy softstarter może zastąpić falownik?

Nie, jeżeli aplikacja wymaga ciągłej regulacji prędkości silnika. Softstarter służy przede wszystkim do kontrolowanego rozruchu i zależnie od urządzenia zatrzymania. Falownik steruje prędkością również podczas normalnej pracy napędu.

Czy falownik zmniejsza prąd rozruchowy silnika?

Tak, prawidłowo dobrany i skonfigurowany falownik umożliwia kontrolowany rozruch bez typowego gwałtownego załączenia silnika bezpośrednio do sieci. Dokładny przebieg prądu zależy jednak od obciążenia, ustawień rampy, algorytmu sterowania i parametrów napędu.

Czy softstarter pozwala regulować prędkość silnika?

Nie w sposób ciągły charakterystyczny dla falownika. Podstawowym zadaniem softstartera jest kontrola startu i ewentualnie zatrzymania. Specjalne funkcje wolnego biegu dostępne w niektórych urządzeniach nie zastępują pełnej regulacji prędkości.

Czy softstarter oszczędza energię?

Softstarter nie oszczędza energii przez dopasowanie prędkości silnika do zapotrzebowania procesu. W urządzeniach z bypassem straty po zakończeniu rozruchu mogą być ograniczone, ale softstarter nie pełni funkcji regulatora wydajności tak jak falownik w odpowiednio dobranej aplikacji.

Co wybrać do pompy: softstarter czy falownik?

Do pompy pracującej ze stałą prędkością, w której problemem jest gwałtowny rozruch lub zatrzymanie, można rozważyć softstarter. Jeżeli pompa ma regulować ciśnienie, przepływ lub wydajność przez zmianę prędkości, właściwym rozwiązaniem jest zazwyczaj falownik.

Czy softstarter można dobrać wyłącznie po mocy silnika w kW?

Nie, sama moc w kW nie wystarcza. Trzeba sprawdzić prąd znamionowy silnika, napięcie, charakter obciążenia, czas rozruchu, liczbę startów i wymagania producenta softstartera.

Czy napięcie sterowania softstartera jest tym samym co napięcie silnika?

Nie, są to dwa różne parametry. Napięcie obwodu głównego dotyczy toru zasilającego silnik, natomiast napięcie sterowania dotyczy układu sterującego urządzeniem. Przykładowo warianty ABB PSR opisane w artykule pracują w obwodzie głównym 208–600 V AC, a ich napięcie sterowania wynosi 100–240 V AC.

Podsumowanie

Softstarter wybiera się przede wszystkim do łagodnego rozruchu silnika pracującego później ze stałą prędkością. Falownik jest właściwym rozwiązaniem, gdy prędkość napędu trzeba zmieniać podczas procesu. Urządzenia nie są bezpośrednimi zamiennikami, mimo że oba mogą zapewnić kontrolowane rozpędzanie silnika.

Przy doborze sprawdź cztery podstawowe kwestie: czy wymagana jest regulacja prędkości, jaki jest prąd znamionowy silnika, jaki charakter ma obciążenie oraz jak często napęd jest uruchamiany. Następnie zweryfikuj napięcie obwodu głównego, napięcie sterowania i warunki montażowe konkretnego urządzenia.

Jeżeli napęd ma pracować ze stałą prędkością, a problemem jest gwałtowny start, warto przeanalizować softstartery dostępne w pstryczekelektryczek.pl. Przy doborze konkretnego wariantu ABB PSR nie opieraj się wyłącznie na mocy w kW – porównaj prąd silnika i rzeczywiste warunki rozruchu z dokumentacją producenta.