Спостерігаючи за SIRIUS: напівпровідникові пристрої силової комутації від компанії Siemens

1. Контактори SIRIUS 3RT: гнучкий підхід як запорука успіху
2. Тихіше їдеш далі будеш. Пристрої плавного пуску SIRIUS 3RW
3. Твердотельное виконання або класика? Напівпровідникові комутаційні модулі 3RF29
4. Висновок

25 листопада 2013

Ще порівняно недавно потужні електродвигуни, які використовуються на промисловому виробництві, підключалися до мережі живлення за допомогою звичайних пакетних вимикачів-автоматів. Зрозуміло, при такому варіанті включення не враховувалися ні різниця фазових напруг, ні навантаження на двигун в момент пуску, ні, тим більше, конструктивні особливості самого двигуна. Банальний обрив однієї з фаз часто приводив до струмового перевантаження залишилися обмоток і неминучого дорогого ремонту всього двигуна і обертався значними збитками, пов'язаними з простоєм виробництва. Попит на безвідмовну експлуатацію потужних електродвигунів привів до створення пристроїв особливого класу, до якого відносяться потужні класичні і напівпровідникові контактори, а також пристрої плавного пуску.

Контактори SIRIUS 3RT:
гнучкий підхід як запорука успіху

Виготовлений на початку нинішнього століття звичайний трифазний контактор являв собою простий пристрій, що складається з декількох груп контактів і електромагнітного розчеплювача. Такими апаратами комутованого вся можлива навантаження того часу - від освітлювальної мережі до електродвигунів токарного цеху. За минулий час сталося багато змін, в першу чергу - сам підхід до проблеми комутації навантажених ланцюгів. Оскільки різні типи навантаження мають різний характер перехідних процесів при комутації, фахівцями компанії Siemens були розроблені перемикаючі пристрої, найбільш повно відповідні до певних умов експлуатації.

сімейство контакторів Sirius 3RT виробництва компанії Siemens, виконане в стандартних типорозмірах S00 ... S12, призначене для безпечної і надійної комутації активної і реактивної навантаження потужністю до 250 кВт. Склад лінійки включає трьох- і чотириполюсні моделі, варіанти для постійного струму, а також вакуумні контактори для спеціальних застосувань. Серію вигідно відрізняє:

• придатність для компактних електрошаф з високою щільністю монтажу;
• зручність використання, простота нарощування, однотипні аксесуари;
• висока міцність і надійність контактів, тривалий термін служби;
• повна узгодженість з іншими компонентами модульної системи Sirius;
• опціонально підключається обмежувач перенапруги (RC-ланцюг, варістор, діодний збірка);
• можливість підключення комунікаційного інтерфейсу управління IO-Link.

Завдяки модульній конструкції з'являється можливість швидко створювати за допомогою різних навісних компонентів (рисунок 1) унікальні за своїми функціональними можливостями поєднання опцій відповідно до необхідних функціями. Наприклад, доданий теплове або струмове реле перевантаження убезпечить підключений в якості навантаження двигун від граничних режимів роботи. Завдяки цьому досягається гнучка адаптація контакторів під будь-які виробничі умови.

Рис. 1. Навісні приналежності істотно розширюють експлуатаційні можливості контакторів

Основу лінійки 3RT представляють моделі діапазону 3RT101 ... 3RT104 , Що відрізняються, головним чином, величиною комутованого струму і варіантом виконання. Так, вписані в компактний типорозмір (S00 і S0) контактори 3RT101 і 3RT102 (Рисунок 2) здатні комутувати індуктивну нагрузку12 ... 25 А, а дещо більші за габаритами 3RT103 і 3RT104 (S2 і S3) розширюють діапазон застосування вже до 50 ... 100 А.

Рис. 2. Контактор 3RT101 в типорозмірі S00 і більш потужний 3RT102 у виконанні S0

Особливе місце в лінійці займають вакуумні контактори 3RT12 (Рисунок 3), які, в силу своєї конструкції, виключають утворення електричної дуги при розмиканні контактів і тому можуть бути з успіхом застосовані для управління потужними силовими електродвигунами з пусковим струмом до 500 А. Крім того, вони, в порівнянні зі звичайними повітряними моделями, мають підвищений електричний ресурс.

Рис. 3. Контактор 3RT12 у виконанні S10 ... S12 з робочим струмом до 500 А для важких умов експлуатації

Як відомо, загальна надійність будь-якого пристрою безпосередньо залежить від надійності «слабкої ланки» - найменш надійного вузла або елемента. Стосовно до контакторів таким елементом, безсумнівно, є самі контакти. Схильні до обгорання при комутації великих струмів, вони мають нехай великий, але все ж кінцевий ресурс експлуатації. Тому вчасно проведена заміна контактів - запорука безвідмовної роботи обладнання. Однак найчастіше оцінити стан контактів, що знаходяться всередині закритого контактора, можна лише за непрямими ознаками, а то і зовсім неможливо. Планова заміна теж не завжди ефективна, оскільки замінні за графіком елементи можуть виявитися ще в цілком працездатному стані або, що значно гірше, вийдуть з ладу раніше проведення регламентних робіт і зможуть стати причиною аварійної ситуації.

контактори Sirius 3RT10 позбавлені цього недоліку. Конструкторами Siemens в них закладена унікальна технологія RLT (Remaining life time) - індикація залишкового ресурсу. Завдяки бічному електронного модулю здійснюється візуальне відображення стану контактів на ступеневу світлодіодному індикаторі (рисунок 4). Причому подаються дані засновані не на підрахунку часу напрацювання або кількості циклів спрацьовування-відпускання, а на фактичній оцінці обгорання кожного з контактів.

Рис. 4. Технологія RLT для візуальної оцінки залишкового ресурсу силових контактів

До переваг технології RLT відноситься:

• сигналізація про досягнення критичного залишкового ресурсу (80% -ізнос матеріалу контактів);
• додаткова колірна візуальна індикація різних ступенів обгорання;
• оптимальне використання і своєчасна заміна контактів;
• оптимізація заходів з техобслуговування;
• запобігання незапланованих простоїв обладнання.

Важливо відзначити, що інформація про стан зносу контактів не пропадає навіть при знятті напруги живлення, тому після їх заміни необхідно виконати ініціалізацію пристрої шляхом утримання в натиснутому стані кнопки Reset протягом двох секунд.

Крім іншого, серія 3RT10 унікальна тим, що відноситься до виробів з електронним приводом. Харчування котушки здійснюється від інтегрованого електронного блоку, який володіє достатньою для спрацьовування контактора потужністю. Цим досягається більш широкий у порівнянні з традиційним підходом діапазон напруги, що управляє (200 ... 277 В AC / DC) і, найголовніше - несприйнятливість до короткочасного (до 25 мс) пропажі напруги живлення. Ще одна перевага електронного приводу - можливість управління контактором безпосередньо з виходів ПЛК 24 В DC / ≥ 30 мА (відповідно до DINEN61131-2). Підключення здійснюється через двоконтактний штекер, що входить в комплект поставки.

«Родзинкою» серії 3RT, безумовно, є модифікація 3RT1 ... -Q (Рисунок 5), яку з повним правом можна віднести до переключающим пристроїв інтелектуального типу.

Рис. 5. Модифікація 3RT1 ... -Q розкриває широкі можливості для інтелектуального контролю локальних ланцюгів

Крім своїх звичайних функцій, контактори цієї групи містять інтегрований AS-інтерфейс, входи і виходи якого виведені на 10-контактний штекер. Це дозволяє організувати автоматичне керування через ПЛК або SIMOCODE / PROFIBUS DP. Ланцюги управління AS-i + і AS-i, що дублюють один одного, виведені на окремий чотирьохконтактний штекер, причому при добуванні штекера лінія AS-інтерфейсу не переривається. У цьому випадку робота контактора координується локальним пристроєм управління, які мають власний шестиконтактний роз'єм. За допомогою AS-інтерфейсу системою управління можуть бути отримані різноманітні дані про робочий стан контактора (включений / відключений), статус типу управління (автоматичне / локальне), залишковий ресурс контактів (RLT), а також про режим сигнального входу, на який можна підключити різну сигналізацію , наприклад - реле перевантаження.

Тихіше їдеш далі будеш.
Пристрої плавного пуску SIRIUS 3RW

На жаль, якими б «розумними» не були промислові контактори, вони не в силах вплинути на режими роботи комутованого двигуна в різних умовах його експлуатації. Як відомо, найбільш важкі перевантаження зазнає двигун в момент пуску в зв'язку з неминучими перехідними процесами. Величина пускових струмів при цьому у багато разів перевершує номінальний робочий струм навантаженого двигуна. І навпаки, при відключенні напруги живлення на обмотках двигуна виникають значні сплески ЕРС-самоіндукції, що значно перевищують нормальні значення за величиною. Ці негативні фактори мають тим більшу величину, ніж вище потужність комутованого двигуна, і, періодично повторюючись у зв'язку з виробничими циклами, здатні в короткий час значно знизити ресурс останнього з огляду на порушення ізоляції, виникнення міжвиткових замикань і т.д.

Раніше з цими неприємностями боролися шляхом включення в конструкцію потужних двигунів спеціальних розгінних обмоток, які розкручували його вал до певної швидкості, а потім подавалося харчування на робочі обмотки. З появою потужної силової електроніки виконання захисних функцій було покладено на різні електронні модулі, зокрема - пускові пристрої SIRIUS 3RW .

Сімейство пристроїв плавного пуску SIRIUS 3RW (рисунок 6) призначений для плавного пуску / гальмування трифазних асинхронних двигунів з номінальною потужністю до 250 кВт. Це задає велику область їх застосування в якості управління двигунами вентиляторів, насосів, будівельного обладнання, ескалаторів, систем транспортування, компресорів, охолоджувачів, а також різноманітних виконавчих механізмів.

Рис. 6. Лінійка пристроїв плавного пуску SIRIUS 3RW

Прилади цієї лінійки не тільки бездоганно виконують свою головну функцію - плавний розгін і гальмування двигуна, але і забезпечують такі додаткові переваги:

• безривковий запуск двигуна;
• відсутність коливань напруги в мережі;
• зниження механічного навантаження на валу;
• економія простору шафи управління;
• здатність ідеально інтегровані в модульну систему SIRIUS

У SIRIUS 3RW40 вперше застосований новий запатентований метод управління балансом полярності, який виключає присутність постійних складових в пусковому струмі двофазних пристроїв плавного пуску. Струм в некерованою фазі утворюється накладанням струмів двох керованих фаз. Цим забезпечуються керований крутний момент і плавне наростання струму обмоток на противагу традиційним пристроїв пуску по схемі «зірка-трикутник» з неминучими кидками струму і механічними перевантаженнями. В результаті акустична картина пуску за своїми показниками наближається до значень дорогих частотних перетворювачів.

Експлуатаційні характеристики SIRIUS 3RW40:

• Плавний пуск зі збільшенням напруги: діапазон початкового напруги запуску 40 ... 100%, при часу розгону 0 ... 20с
• Плавний останов зі зменшенням напруги: час зупинки може бути встановлено в межах 0 ... 20с
• Напівпровідникова захист від перевантаження
• Налаштування роздільної обмеження струму
• Вбудована шунтирующая контактна система для мінімізації втрат енергії
• Нескладна настройка за допомогою трьох перемикачів
• Робоча напруга мережі 50 / 60Гц, 200 ... 600В
• Два рівня напруги ланцюгів управління 115 і 230В змінного струму. Можливо управління від зовнішнього джерела 24В або безпосередньо від PLC
• Широкий діапазон температури -25 ... 60 ° C

До функціональних достоїнств серії 3RW (таблиця 1) можна також віднести наявність вбудованої шунтирующей контактної системи. Вступаючи в дію безпосередньо після запуску, вона не тільки виключає неминучі втрати енергії через падіння напруги на силових напівпровідниках, але і забезпечує їх захист від перегріву. А наявність вбудованого реле перевантаження, яке зручно налаштовується чотирьохпозиційним перемикачем, позбавляє від необхідності використовувати додаткові елементів захисту. Крім іншого, опціонально передбачений захист силових тиристорів від короткого замикання напівпровідниковими запобіжниками SITOR.

Таблиця 1. Порівняльні характеристики пристроїв плавного пуску SIRIUS 3RW

Діапазон робочого струму при 40 ° С, А 3 ... 100 134 ... 432 29 ... 1214 Діапазон робочої напруги, В 200 ... 575 200 ... 600 200 ... 1000 Допустима потужність двигуна (кВт) при включенні: в лінію 1 , 1 ... 55 75 ... 250 15 ... 710 всередині трикутника - - 22 ... 1200 Час розгону-гальмування, з 0 ... 20 0 ... 20 1 ... 360 Управління моментом двигуна при розгоні-гальмуванні,% - - 20 ... 100 Діапазон температури ° с -25 ... 60 -25 ... 60 0 ... 60

На особливу увагу в лінійці пускачів SIRIUS заслуговує модель 3RW44 (малюнок 7), яка не тільки володіє видатними технічними характеристиками, але також містить безліч корисних опцій, недоступних в попередніх моделях. Розробниками були додані функції передпускового прогріву двигуна, пробний пусковий імпульс, гальмування постійним струмом, дисплей робочих параметрів з журналом помилок, а також зовнішній дисплей і модуль для зовнішнього управління за допомогою PROFIBUS DP, що, в поєднанні з можливістю програмної параметризації (Softstarter ES), робить цю модель гнучким інструментом для вирішення виробничих завдань.

Рис. 7. SIRIUS 3RW44 - флагман лінійки пристроїв плавного запуску від компанії Siemens

Твердотельное виконання або класика?
Напівпровідникові комутаційні модулі 3RF29

Як уже зазначалося, сучасні промислові контактори потребують періодичних регламентних роботах, пов'язаних із заміною зношених контактних груп. А як бути в тому випадку, коли тривала зупинка обладнання принципово неможлива через безперервного характеру техпроцесу? Ідеальним рішенням цього питання стали різні твердотільні напівпровідникові реле, які не тільки не поступаються за своїми параметрами звичайним механічним реле, але і значно перевершують їх за швидкістю перемикання, надійності і довговічності.

Напівпровідникові комутаційні апарати - загальна назва цілого класу пристроїв, до якого відносяться не тільки мініатюрні реле, а й цілком солідні потужні контактори різного застосування. Серія SIRIUS 3RF виробництва компанії Siemens, крім стандартних, також містить всілякі модулі додаткових функцій. Прилади лінійки найбільш доцільно застосовувати для частого перемикання простих активних навантажень. Крім того, їх безшумна робота виходить на перший план при підборі елементів для використання в адміністративних або лікувальних установах.

Серія SIRIUS 3RF включає в себе три варіанти малогабаритних твердотільних реле (рисунок 8) - однофазні 3RF20 , 3RF21 і трифазний варіант - 3RF22 . Швидкий і простий монтаж цих пристроїв досягається за рахунок простого кріплення всього двома гвинтами на будь-яку відповідну тепловідвідними поверхню. Залежно від властивостей радіатора, здатність навантаження цих елементів може досягати 88 А при омічний навантаженні. Крім того, конструктивно передбачені два варіанти комутації: миттєва комутація, розрахована на індуктивні навантаження, і комутація в момент переходу через нуль - для омических навантажень.

Рис. 8. Малогабаритні напівпровідникові реле SIRIUS 3RF

Логічним продовженням концепції електронних реле є їх «старші брати» - напівпровідникові контактори 3RF23 і 3RF24 (Рисунок 9), що представляють собою комбінацію з твердотільного реле і оптимально підібраного радіатора. Такі прилади здатні до комутації вже значно більшої потужності при тих же габаритах. Крім описаних вище варіантів, є спеціальні виконання зі стійкістю до коротких замикань. Особливо можна відзначити модифікацію Low Noise з низьким рівнем перешкод, що досягається завдяки спеціальній схемі управління. Ці контактори можна використовувати без додаткових захисних фільтрів для усунення неполадок в промислових мережах до 16 A. При цьому рівень випромінюваних перешкод не виходить за межі характеристик класу B згідно EN60947 4 3.

Рис. 9. Модульні напівпровідникові контактори

Вдалим рішенням розробників, що істотно розширюють функціональні можливості, стало комплектування серії різними модулями додаткових функцій (рисунок 10). Простим защелкиванием вони легко монтуються безпосередньо на контактори або реле з одночасним встановленням необхідних електричних з'єднань.

Рис. 10. Модулі додаткових функцій 3RF 29 розширюють функціональні можливості серії

Склад лінійки додаткових модулів включає в себе наступні позиції:

• модулі превращение сігналів;
• модулі контролю НАВАНТАЖЕННЯ;
• модулі контролю Струму нагрівання;
• задатчики потужності;
• регулятори потужності.

Модуль превращение Виконує трансформування сігналів від аналогових датчіків в діскретні передається команда ON / вімікання для управління контакторами або реле. Таким чином здійснюється пропорційне регулювання потужності в навантаженні. Модуль може використовуватися тільки в поєднанні з однофазними напівпровідниковими комутаційними апаратами 3RF21 , 3RF23 або трифазними апаратами 3RF22, 3RF24. Є варіанти виконання для керуючого напруги AC / DC 24 В.

Модуль контролю навантаження використовується спільно з моделями 3RF2 і дозволяє швидко виявити багато збої в ланцюзі, підключеної до даного комутаційного апарату, наприклад, пробій силових напівпровідників, відсутність напруги або обрив в ланцюзі навантаження. Принцип дії модуля заснований на безперервному вимірі сили струму і порівнянні його з базовим опорним значенням, записаним в пам'ять при введенні в експлуатацію.

Інформація про збої сигнализируется одним або декількома світлодіодними індикаторами і через сумісний з ПЛК вихід відправляється в систему управління.

Модуль задатчика потужності незамінний при управлінні складними нагрівальними системами або індуктивними навантаженнями. Необхідне значення струму зручно задається за допомогою поворотного регулятора. Є можливість вибрати метод регулювання з двох варіантів - Повнохвильова управління, при якому включення / відключення навантаження здійснюється в процентному співвідношенні стосовно заданому періоду в одну секунду, і в більш точному режимі фазової відсічення, коли комутація здійснюється в частках періоду живильної мережі. Управління характеристикою напруги дає можливість обмежити кидки струму в момент включення таких навантажень, як потужні лампи розжарювання або інфрачервоні випромінювачі.

Висновок

Ринок сучасної промислової електроніки величезний. Схожі за функціями і можливостям компоненти знайдуться не у одного десятка компаній. Можна витратити чимало часу, порівнюючи і підбираючи параметри елементів від тих чи інших виробників. Але якщо задатися такими критеріями пошуку, як надійність, довговічність і лаконічна закінчена витонченість, то продукція Siemens, безсумнівно, займе одну з лідируючих позицій цього списку.

Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка - e-mail: [email protected]

•••