Utilizați demaroarele progresive pentru a rezolva problemele de pornire a motorului și de securitate cibernetică

Motoarele asincrone trifazate alimentate de linia c.a. și care au o putere nominală de zeci sau sute de cai putere (CP) reprezintă forța motrice a multor aplicații comerciale și industriale. Acestea au, de obicei, curenți de acționare a motorului care variază de la aproximativ 10 amperi (A) la peste 1000 A la tensiuni de linie de la puțin peste 200 de volți c.a. (V_c.a.) până la 700 V_c.a. Problema pentru proiectanți este că, la pornire, absorb curenți de anclanșare mari care pot deteriora motorul și pot afecta sarcina.

O unitate de control cu demaror progresiv între linia c.a. și motor controlează acest curent de anclanșare prin gestionarea accelerației și a cuplului de pornire a motorului, optimizând astfel performanța motorului și minimizând consecințele nedorite. Demaroarele progresive mai avansate adaugă caracteristici sofisticate pentru a maximiza performanța, oferă protecție electrică și termică, includ o suită robustă de opțiuni de conectivitate și protejează împotriva atacurilor cibernetice.

Acest articol prezintă funcțiile unui demaror progresiv. Apoi, prezintă și arată cum se aplică unitățile de control cu demaror progresiv Altivar ATS480 de la Schneider Electric.

Funcțiile demarorului progresiv

Un demaror progresiv este utilizat împreună cu un motor pentru a reduce curentul de anclanșare și pentru a controla cuplul în timpul pornirii pentru o perioadă de tranziție. Acesta crește treptat tensiunea aplicată motorului, ceea ce duce la o accelerare lină cu percuție minimă (rata de variație a accelerației).

De obicei, demaroarele oferă o funcție care permite utilizatorului să regleze cuplul de pornire și timpul de accelerare, pentru a se adapta la diferite aplicații. Acestea pot reduce în mod semnificativ curentul de pornire pentru a realiza detașarea și pot reține curentul în timpul accelerării.

Cele mai noi demaroare progresive oferă caracteristici suplimentare care sporesc eficiența, mențin un factor de putere (PF) ridicat utilizând corecția dinamică a PF, sporesc siguranța electrică, detectează anomaliile de linie și de motor, oferă conectivitate de rețea și abordează problemele de securitate cibernetică.

Un exemplu al capacităților și caracteristicilor demaroarelor progresive de ultimă generație este seria de demaroare progresive Altivar ATS480 de la Schneider Electric (Figura 1).

Figura 1: Demarorul progresiv din seria Altivar ATS480 adaugă multe caracteristici avansate la funcția sa de bază. (Sursa imaginii: Schneider Electric)

Aceste unități încorporează șase tiristoare și un algoritm de control al cuplului pentru a controla accelerarea, decelerarea și oprirea motoarelor asincrone trifazate cu înfășurare în colivie de până la 900 de kilowați (kW). Gama largă de modele din această serie acceptă tensiuni de funcționare de la 208 la 690 de volți și curenți de la 17 la 1200 A. Toate unitățile respectă standardele, certificările și mandatele de reglementare la nivel mondial care definesc performanța, siguranța, eficiența, compatibilitatea electromagnetică (CEM), gradul de poluare, precum și rezistența la șocuri și vibrații.

Unitățile ATS480 încorporează mai multe tipuri distincte de protecție a liniei, a demarorului și a sarcinii, inclusiv:

• Defecțiune de fază (linie)
• Protecție termică integrată (motor)
• Protecție termică (demaror)
• Suprasarcină de curent (motor)
• Subsarcină (motor)
• Timp de pornire excesiv, rotor blocat (motor)
• Pierderea de fază a motorului (motor)
• Pierdere de fază în alimentarea liniei (linie, motor)
• Protecție termică (motor) prin conectarea directă la un termistor cu coeficient pozitiv de temperatură (PTC) sau la o sondă cu detector de temperatură de rezistență (RTD) din platină 100 (PT100), cu 2 sau 3 fire

Există numeroase posibilități de conectare a circuitelor pentru a satisface diversele cerințe ale aplicațiilor vizate. De exemplu, o configurație de bază vizează controlul local în cazul în care se dorește să se solicite intervenția manuală pentru repornirea după o resetare la eroare, chiar și în cazul controlului de la distanță (Figura 2). Aici, operatorul apasă butonul S3 pentru repornire.

Figura 2: Este prezentată una dintre numeroasele opțiuni de cablare pentru demarorul progresiv; utilizatorul trebuie să inițieze manual o repornire după o resetare la eroare prin apăsarea S3. (Sursa imaginii: Schneider Electric)

Specificul denumirilor componentelor este definit în Tabelul 1.

Tabelul 1: Sunt prezentate denumirile componentelor pentru Figura 2. (Sursa imaginii: Schneider Electric)

În plus, unitățile ATS480 au contacte de releu electromecanice discrete, normal deschise (NO) și normal închise (NC), cu o capacitate nominală de 2 A/250 V_c.a. și ieșiri digitale cu colector deschis de 30 de volți. Aceste contacte și ieșiri simplifică implementarea unor caracteristici suplimentare, cum ar fi lămpi indicatoare sau echipamente auxiliare.

Conectivitate și securitate cibernetică

Pe lângă funcționalitatea avansată a demarorului progresiv, toate unitățile ATS480 acceptă o gamă largă de opțiuni de conectivitate. Fiecare unitate ATS480 are două porturi RJ45 pentru conexiuni la actualizări de configurare și firmware și un terminal extern de afișare a textului simplu sau a imaginilor. De asemenea, fiecare este echipată cu un slot pentru un modul de comunicație suplimentar care acceptă formatele Modbus TCP, Ethernet/IP, CANopen, PROFINET sau PROFIBUS DP.

Această conectivitate vine în mod inevitabil cu probleme legate de securitate. Pentru a aborda aceste probleme, seria are anumite „bune practici” în materie de securitate cibernetică integrate în unități pentru a se proteja împotriva acțiunilor rău intenționate (hacking) și a activităților bine intenționate, dar neglijente ale personalului sau ale contractanților. Aceste măsuri de protecție includ gestionarea conturilor, inclusiv autentificarea și autorizarea utilizatorilor, precum și mai multe niveluri de protecție prin parolă. Există, de asemenea, restricții deliberate la diferite porturi, funcții și surse.

Securitatea de nivel superior include protecții proactive și aprofundate pentru gestionarea evenimentelor legate de securitatea cibernetică, inclusiv jurnale detaliate de activitate cu marcaje privind timpul și utilizatorul. Autenticitatea firmware-ului instalat și a oricăror upgradări este îmbunătățită prin firmware semnat digital și chei criptografice. Acest lucru asigură utilizarea unui firmware valid la fiecare ciclu de pornire.

Interfața om-mașină a fost, de asemenea, adaptată

Pe lângă o conectivitate extinsă, multe instalații de pornire treptată trebuie să ofere și accesibilitate imediată și directă pentru operator. Acest acces începe cu o inițiere de bază RUN și STOP prin intermediul unor întrerupătoare discrete, foarte vizibile și clar etichetate, amplasate pe sau în apropierea motorului sau a instalației. Acestea sunt deseori impuse de standardele de reglementare în materie de siguranță.

Pentru a pune în aplicare aceste cerințe, unitățile ATS480 pot fi cablate cu două întrerupătoare de pornire și oprire independente sau cu un singur întrerupător de pornire/oprire (Figura 3).

Figura 3: Demarorul progresiv poate fi cablat pentru a utiliza două butoane independente de oprire și pornire sau un întrerupător cu rol dublu. (Sursa imaginii: Schneider Electric)

Pentru configurarea, rularea și interogarea de bază, proiectanții pot utiliza terminalul de afișare a textului simplu cu opt linii VW3A1113 (Figura 4). Prin utilizarea conectorului RJ45 disponibil, acest terminal poate fi conectat și montat pe partea frontală a demarorului progresiv sau montat pe ușa unei carcase folosind un accesoriu de montare la distanță.

Figura 4: Terminalul de afișare a textului simplu VW3A1113 se conectează la demarorul progresiv folosind conectorul RJ45 inclus și acceptă funcțiile de configurare, rulare și interogare de bază. (Sursa imaginii: Schneider Electric)

Această unitate multilingvă (engleză, franceză, spaniolă, italiană, germană și chineză, alte limbi fiind disponibile prin descărcare) necesită o parolă pentru conectare, pentru a garanta securitatea sistemului. Odată conectat, acesta poate fi utilizat pentru următoarele:

• Controlul, reglarea și configurarea demarorului progresiv
• Afișarea valorilor curente ale motorului, ale datelor de intrare/ieșire și ale mașinii
• Stocarea și descărcarea configurațiilor
• Duplicarea configurației unui demaror progresiv aflat în funcțiune pe altul care este tot în funcțiune

Pentru un nivel mai avansat de diagnosticare, control, monitorizare și gestionare a fișierelor, se pot utiliza programele software Device Type Manager (DTM) și SoMove de la Schneider, cu un aranjament de afișare a terminalului grafic bazat pe PC.

Puterea nominală dictează capsularea, factorul de formă

Deși unitățile din familia de demaroare progresive Altivar ATS480 oferă aceleași funcții, capacități, interfețe de utilizator și conectivitate, acestea diferă în ceea ce privește puterea de acționare. Acest lucru dictează ce capsulare și ce factor de formă sunt adecvate, acest aspect fiind ușor de observat dacă ne uităm la membrii seriei cu cea mai mică și cea mai mare putere.

ATS480D17Y (Figura 5, stânga) este proiectat pentru alimentarea și controlul motoarelor c.a. trifazate cu un curent de 17 A de la o linie de la 208 până la 690 V_c.a. și funcționează utilizând o sursă de control de la 110 până la 230 V_c.a. Acesta măsoară 275 milimetri (mm) în înălțime, 160 mm pe lățime, 8 mm în adâncime și cântărește puțin sub 5 kilograme (kg).

Figura 5: Cea mai mică (stânga) și cea mai mare (dreapta) unitate din familia de demaroare progresive Altivar ATS480 sunt similare din punct de vedere funcțional, dar cuprind o gamă largă de specificații privind gestionarea curenților și greutatea lor. (Sursa imaginii: Schneider Electric)

În schimb, ATS480M12Y (Figura 5, dreapta) este evaluat pentru o putere mult mai mare, de 1200 A, printr-o linie de la 208 până la 690 V_c.a. și funcționează utilizând o sursă de control de la 110 până la 230 V_c.a. Deși oferă caracteristici și funcții aproape identice cu cele ale unității de 17 A, este mult mai mare, cu o înălțime de 890 mm, o lățime de 770 mm și o adâncime de 329 mm, cu o greutate de 115 kg.

Concluzie

Demaroarele progresive reprezintă o legătură esențială între linia de curent alternativ multifazat și motoarele c.a. trifazate de dimensiuni medii și mari, unde gestionează curentul de anclanșare. Familia de demaroare progresive Altivar ATS480 de la Schneider Electric acceptă motoare de la 17 A la 1200 A, cu conectivitate extinsă la rețea și securitate cibernetică îmbunătățită. De asemenea, acestea oferă diverse funcții pentru a îmbunătăți performanța, siguranța și fiabilitatea.