В статье автор производит совмещение использования устройства мониторинга и защиты с частотным преобразователем при эксплуатации электродвигателей.
Ключевые слова : устройство мониторинга и защиты, частотный преобразователь, электродвигатель.
Частотный преобразователь — незаменимое оборудование в любой сфере, где используются электродвигатели. Он обеспечивает плавный пуск, непрерывное автоматическое регулирование скорости и момента во время работы, а также множество других параметров работы электродвигателя в зависимости от применяемой модели. В ряде применений преобразователи обеспечивают снижение потребления электроэнергии до 50 %.
Основная функция частотного преобразователя — плавный и постепенный разгон двигателя с нуля до полной мощности. На протяжении определенного промежутка времени (может задаваться, а может быть фиксированной величиной), подаваемый на двигатель ток плавно изменяет свои параметры, выводя движок на рабочий режим. В основном задачей частотного преобразователя является осуществление поддержания различных режимов работы применяемого электрооборудования. Это простые режимы, где величина вращающего момента постоянна, независимо от скорости вращения двигателя(например работа насосного оборудования) и тяжёлые режимы, которые характеризуются нагрузкой с переменным вращающим моментом — как в случае с экструдерами, конвейерами или компрессорами. Использование преобразователей частоты с электродвигателями конвейеров и транспортеров позволяет не просто автоматизировать запуск, регулирование скорости и остановки ленты, но и создавать более сложные алгоритмы работы оборудования (зависит от выбранной модели ПЧ и подключенных датчиков).
При запуске таких механизмов возникает пусковой ток, превышающий номинальный в 6–7 раз, а также — большая нагрузка на детали механизма и, как следствие, повышенный износ узлов или перегрев электродвигателя. При работе вентиляторного оборудования частотные преобразователи надежно защищают электроприводы вентиляторов от бросков тока и перегрузок за счет плавного пуска и такой же плавной остановки вала.
При эксплуатации частотного преобразователя для электродвигателя, снижаются потери мощности за счет снижения реактивной составляющей тока. Кроме того, есть некоторые моменты, которые необходимо учитывать:
— при работе на сниженных оборотах возможен перегрев двигателя. Это происходит за счет снижения скорости естественного обдува.
— при работе стандартного электродвигателя (на 50 Гц) на повышенных скоростях вращения, стоит учитывать состояние подшипников.
— при снижении частоты вращения вала, для нормальной работы необходимо пропорционально снижать нагрузку. Асинхронный двигатель обеспечивает максимальный крутящий момент только на номинальной частоте вращения. Поэтому с уменьшением частоты, он падает.
Все вышеперечисленные критерии могут являться как внутри объектовым воздействием (не посредственно на потребителе-электродвигатель) для возникновения ненормальных режимов работы. Ещё можно также добавить ко всему перечисленному явление ненормальных режимов, пришедших из питающей сети. Данные условия негативного характера влекут к возникновению нештатной работы и выхода из работоспособного состояния электродвигателей и самих частотных преобразователей. Конечно, если рассматривать современный дорогостоящий частотный преобразователь зарубежного производства и отечественного в них реализованы виды защит, защищающие электродвигатель от подобного рода воздействия, но и экономически целесообразно сроки окупаемости такого оборудования увеличиваются.
При применении аналоговых частотных преобразователей, включая отечественных производителей, потребуется установка коммутационного аппарата перед частотным преобразователем. В этом случае с выхода коммутирующего аппарата провода идут на частотный преобразователь. Само подключение двигателя к частотному преобразователю происходит напрямую, но также существует возможность применения устройства защитного отключения с требуемым набором защит от ненормальных режимов эксплуатации.
Рис. 1. Схема подключения устройства через байпас
В этом случае устройство может быть установлено в цепь байпаса, что позволит не оставлять электродвигатель без защиты во время прямых пусков (через байпас) и реализовать повторный пуск в этом случае.
Данная схема позволяет, например, в случае выхода из строя частотного преобразователя, выполнить прямой пуск двигателя без необходимости изменения схемы.
При данной схеме подключения рассматриваю применение устройства мониторинга и защиты с визуализацией режима рис.2. Оно является релейным устройством, а исполнительным устройством будет коммутационный аппарат (автоматический выключатель, контактор, магнитный пускатель и прочее).
Рис. 2. Визуализация основного меню устройства
В этом случае устройство используется для выполнения повторного запуска, обеспечения мониторинга, ведения служебного журнала, журнала событий и автономной регистрации данных. Собранные устройством данные могут быть использованы для анализа, в том числе, и причин выхода из строя достаточно дорогостоящего частотного преобразователя либо другого связанного оборудования, а также сбора статистики рис.3.
Рис. 3. Служебный журнал устройства.
Подключение производится без разбора силовых цепей с помощью разъёмных датчиков тока, что упрощает процесс сборки при проведении регламентных работ.
Виды защит и функций, обеспечиваемые устройством в параметрах настройки, рис.4:
— Трехуровневая максимальная токовая защита с возможностью её отключения на время запуска электроустановки. Реализована возможность переключения МТЗ в пороговый режим либо на защиту по обратной квадратичной зависимости времени защитного отключения от действующего значения тока;
— Защита от токов короткого замыкания, времятоковая характеристика рис.5;
— Минимальная токовая защита;
— Защита от замыканий на землю во время работы электроустановки (защита по току нулевой последовательности);
— Защита от несимметрии тока в фазах и от обрыва фазы;
— Защита от снижения и повышения напряжения питания при работающей электроустановке;
— Предпусковой контроль снижения сопротивления изоляции обмоток электродвигателя относительно корпуса («земли») ниже допустимого уровня;
— Контроль температуры электродвигателя с помощью встроенных в обмотку температурных датчиков с положительным коэффициентом сопротивления;
— Энергонезависимый журнал до 32 последних аварийных записей. Каждая запись журнала содержит: дату и время, вид аварии, действующие значения токов фаз, значения напряжения в момент аварийного отключения, графики токов и напряжений до аварии (20 секунд с шагом 0,5 с и 1 секунда с шагом 0,02 с). Для аварий по токам КЗ дополнительно — графики мгновенных значений длительностью от 0,1 до 0,3 сек с шагом 1 мс, включающие информацию как до аварии, так и после аварийного отключения;
— Энергонезависимый журнал событий до 500 записей рис.6. В журнале событий фиксируются: все виды аварий; включение и выключение питания устройства; запуск, остановка, выход на режим электроустановки; пропадание и перерывы питания во время работы электроустановки; снижение сопротивления изоляции обмоток электродвигателя относительно корпуса ниже допустимого уровня; включение и выключение блокировок и т. д.;
— Возможность подключения для настройки и управления к персональному компьютеру, контроллерам и серверам АСУ ТП при помощи адаптеров IRDA USB, IRDA RS-485 или IRDA Ethernet;
— Графический мониторинг текущей работы защищаемой электроустановки, просмотр графиков и журналов в реальном времени;
— Возможность ограничения количества пусков в течение одного часа и времени между повторными пусками;
— Счетчик наработки электроустановки (моторесурса).
Рис.4. Уставки и виды защит
Рис.5. Время токовая характеристика защиты
Рис.6. Журнал аварий — пропадание сети (интервал 20 сек.)
Рис.7. Журнал аварий — обрыв фазы (интервал 1 сек.)
Рис.8. Журнал аварий — пропадание сети (интервал 1 сек.)
Литература:
- Российский производитель силовой преобразовательной техники. — Текст: электронный // ВЕСПЕР: [сайт]. — URL: https://www.vesper.ru/catalog/invertors/e4-p8402/ (дата обращения: 21.10.2021).
- Дион приборы защиты трёхфазных электроустановок. — Текст: электронный // ООО ПО «Дион»: [сайт]. — URL: http://reletomsk.ru/doc/UMZ_IP64.pdf (дата обращения: 21.10.2021).
