Lágyindítók használata a motorok indítási és kiberbiztonsági problémáinak megoldására

A váltakozó áramú hálózatról táplált, több tíz vagy több száz lóerő (LE) – illetve az Európában elterjedten használt SI mértékegységrendszer szerint több tíz, illetve több száz kilowatt (kW) – teljesítményű háromfázisú aszinkronmotorokat számos kereskedelmi és ipari gép erőforrásaként használják. Ezek jellemzően 10 A és 1000 A közötti áramfelvételű motorok, amelyek alig valamivel több mint 200 V és akár 700 V közötti hálózati váltakozó feszültségről (V_AC) működnek. A tervezők számára az jelent gondot, hogy induláskor nagy indulóáramot vesznek fel, amely károsíthatja a motort, és hatással lehet a terhelésre.

A váltakozó áramú hálózat és a motor között elhelyezett lágyindító a motor indulási gyorsulását és nyomatékát szabályozva szabályozza ezt az indulóáramot, így optimalizálva a motor teljesítményét, és minimálisra csökkentve a nemkívánatos következményeket. A fejlettebb lágyindítók kifinomult funkciókkal vannak kiegészítve, hogy a lehető legnagyobbra növeljék a teljesítményt, valamint villamos és túlmelegedés elleni védelmet nyújtsanak, és sokféle csatlakozási lehetőséget kínálnak, valamint védelmet nyújtanak a kibertámadások ellen is.

Ez a cikk a lágyindító vezérlőegységek vagy röviden lágyindítók funkcióit ismerteti. Ezután bemutatja, hogyan kell használni a Schneider Electric Altivar Soft Starter ATS480 lágyindítóit.

A lágyindító vezérlőegység funkciói

A lágyindítókat villanymotorokhoz használják, hogy az indítás során egy átmeneti időszak alatt csökkentsék az indulóáramot, és szabályozzák az indulónyomatékot. A lágyindító fokozatosan növeli a motorra adott feszültséget, ami egyenletes gyorsulást eredményez minimális rángatással (utóbbi a gyorsulás változásának mértéke).

A lágyindítók általában lehetővé teszik a felhasználó számára az indulónyomaték és a gyorsulási idő beállítását a különböző felhasználási területeknek megfelelően. Jelentősen csökkenthetik az elindulás eléréséhez felvett indulóáramot, és csökkentik az áramfelvételt gyorsulás közben.

Az újabb lágyindítók további funkciókat is kínálnak, amelyek javítják a hatásfokot, dinamikus teljesítménytényező-javítással (PFC, power factor correction) nagy teljesítménytényezőt tartanak fenn, növelik a villamos biztonságot, észlelik a hálózati és motorhibákat, lehetővé teszik a hálózati csatlakozást, és kezelik a kiberbiztonsági problémákat.

A legkorszerűbb lágyindítók képességeire és jellemzőire jó példa a Schneider Electric cég Altivar Soft Starter ATS480 sorozata (1. ábra).

1. ábra: Az Altivar Soft Starter ATS480 sorozat számos korszerű funkcióval bővíti az alapfunkciókat (kép: Schneider Electric)

Ezek az egységek hat tirisztort és egy nyomatékszabályozó algoritmust tartalmaznak, hogy szabályozni tudják a maximum 900 kW teljesítményű háromfázisú kalickás aszinkronmotorok gyorsítását, lassítását és leállítását. A sorozatot alkotó típusok széles skálája 208 V és 690 V közötti üzemi feszültséget és 17 A és 1200 A közötti áramerősséget tesz lehetővé. Minden egység megfelel a teljesítményre a biztonságra, a hatásfokra, az elektromágneses összeférhetőségre (EMC), a környezetszennyezési fokozatra, valamint az ütés- és rezgésállóságra vonatkozó világszabványoknak, tanúsítványoknak és szabályozási előírásoknak.

Az ATS480 egységek számos különböző típusú hálózat-, indítás- és terhelésvédelmet tartalmaznak, többek között az alábbiakat:

• fáziskimaradás (hálózat)
• beépített túlmelegedésvédelem (motor)
• túlmelegedésvédelem (lágyindító)
• túlterhelés (motor)
• aláterhelés (motor)
• túl hosszú indítási idő, elakadt forgórész (motor)
• a motor fáziskiesése (motor)
• hálózati fáziskiesés (hálózat, motor)
• túlmelegedésvédelem (motor) pozitív hőmérsékleti együtthatójú (PTC, positive temperature coefficient) termisztorhoz vagy platina 100 (PT100) 2 vagy 3 vezetékes ellenállásos hőmérséklet-érzékelő (RTD, resistance temperature detector) szondához való közvetlen csatlakoztatással

A felhasználási célterületek különböző igényeinek kielégítésére számos áramköri csatlakozási lehetőség van kialakítva az egységekben. Az egyik alapkialakítás például a helyi vezérlést célozza meg, ahol a hiba törlése után az újraindításhoz még távvezérlés esetén is kézi beavatkozásra van szükség (2. ábra). Itt a kezelőnek az S3 nyomógombot kell megnyomnia az újraindításhoz.

2. ábra: A képen a lágyindító számos bekötési lehetősége közül az egyik látható. Itt a felhasználónak a hiba törlése után az S3 nyomógombot megnyomva kell kezdeményeznie az újraindítást (ábra: Schneider Electric)

Az alkatrészek megnevezését az 1. táblázat tartalmazza.

1. táblázat: A 2. ábrán szereplő alkatrészek megnevezése (táblázat: Schneider Electric)

Az ATS480 lágyindítók diszkrét, alaphelyzetben nyitott (NO, normally open) és alaphelyzetben zárt (NC, normally closed), 2 A névleges áramerősségre és 250 V névleges váltakozó feszültségre méretezett elektromechanikus reléérintkezőkkel és 30 V-os nyitott kollektoros digitális kimenetekkel is el vannak látva. Ezek az érintkezők és kimenetek leegyszerűsítik a további funkciók, például visszajelző lámpák vagy segédberendezések használatát.

Csatlakozók és kiberbiztonság

A fejlett lágyindítási funkciók mellett minden ATS480 a csatlakozási lehetőségek széles skáláját kínálja. Minden ATS480 lágyindítón két RJ45 port található a beállítási és firmware-frissítési célú, valamint egy külső szöveges vagy grafikus kijelzőhöz való csatlakozáshoz. Mindegyikben ki van alakítva egy bővítőhely egy további kommunikációs modul számára, amely támogatja a Modbus TCP, az Ethernet/IP, a CANopen, a PROFINET és a PROFIBUS DP formátumot.

Ezek a csatlakozók elkerülhetetlenül felvetnek bizonyos biztonsági aggályokat. Ezek kezelése érdekében már bevált kiberbiztonsági megoldások vannak beépítve a sorozatot alkotó egységekbe, hogy védelmet nyújtsanak a szándékos rosszindulatú hozzáférés (betörés vagy idegen szóval hackelés) és a személyzet vagy a vállalkozók jó szándékú, de gondatlanul végzett tevékenysége ellen. A védelmek közé tartozik a fiókkezelés, beleértve a felhasználóhitelesítést és a jogosultságok kiosztását, valamint a többszintű jelszavas védelmet. A különböző portokra, funkciókra és erőforrásokra szándékosan különféle korlátozások vannak beállítva.

A magasabb szintű biztonság mélységi, megelőző jellegű védelmet tartalmaz a kiberbiztonsággal kapcsolatos események kezelésére, beleértve a részletes idő- és felhasználóbélyegzővel ellátott tevékenységnaplókat. A telepített firmware és a továbbfejlesztések hitelességét digitálisan aláírt firmware és titkosítókulcsok szavatolják. Ez garantálja, hogy minden egyes bekapcsolási ciklusban érvényes firmware-t használ az eszköz.

Kezelőfelület is helyett kapott az egységekben

A sokféle csatlakozási lehetőség mellett számos lágyindítással ellátott berendezés esetében gondoskodni kell arról is, hogy a kezelő azonnal és közvetlenül hozzájuk férhessen. Ez a hozzáférés a motoron vagy berendezésen vagy annak közelében lévő diszkrét, jól látható és egyértelműen feliratozott RUN (Indítás) és STOP (Leállítás) feliratú kapcsolókkal kezdődik. Ezeket gyakran biztonsági szabványok írják elő.

Ezen követelmények megvalósításához az ATS480 egységek beköthetőek két független indító- és leállítókapcsolóval vagy egyetlen indító- és leállítókapcsolóval is (3. ábra).

3. ábra: A lágyindítót be lehet kötni két független indító- és leállítókapcsoló (nyomógomb) vagy egy kettős szerepű kapcsoló használatára is (ábra: Schneider Electric)

Az alapszintű beállításokhoz, indításhoz és lekérdezéshez a tervezők használhatják a nyolcsoros VW3A1113 egyszerű szöveges kijelzőt (4. ábra). Ez a kijelző a beépített RJ45 csatlakozó segítségével csatlakoztatható, és felszerelhető a lágyindító homlokfelületére, vagy egy távoli rögzítőkonzolt használva a kapcsolószekrény ajtajára.

4. ábra: A VW3A1113 egyszerű szöveges kijelző a beépített RJ45 csatlakozóval csatlakozik a lágyindítóhoz, és lehetővé teszi az alapszintű beállítási, indítási és lekérdezési funkciókat (kép: Schneider Electric)

Ez a többnyelvű kijelző (angol, francia, spanyol, olasz, német és kínai, de további nyelvek is letölthetőek) a rendszer biztonsága érdekében jelszót igényel a bejelentkezéshez. Csatlakoztatás után a következőkre használható:

• a lágyindító vezérlése és beállítása
• a motor, a be- és kimenetek és a gépadatok pillanatnyi értékeinek megjelenítése
• beállítások tárolása és letöltése
• egy bekapcsolt lágyindító beállításainak átmásolása egy másik, szintén bekapcsolt lágyindítóra

A magasabb szintű diagnosztikához, vezérléshez, felügyelethez és fájlkezeléshez a Schneider Device Type Manager (DTM) és a SoMove szoftver használható számítógéphez kapcsolt grafikus kijelzőn keresztül.

A névleges teljesítmény szabja meg a ház kialakítását és a méretet

Bár az Altivar Soft Starter ATS480 termékcsalád egységei azonos funkciókat, képességeket, felhasználói felületeket és csatlakozókat kínálnak, a meghajtási teljesítményszintjükben különböznek. Ez szabja meg a ház kialakítását és a méretet, ami könnyen látható, ha egymás mellé állítjuk a sorozat legkisebb és legnagyobb teljesítményű tagját.

Az ATS480D17Y (5. ábra, balra) háromfázisú váltakozó áramú motorok 208–690 V váltakozó feszültségű (V_AC) hálózatról 17 A áramerősséggel történő áramellátására és vezérlésére alkalmas, és 110–230 V váltakozó feszültségű hálózatról működik. A készülék 275 mm magas, 160 mm széles, 8 mm vastag, és alig 5  kg tömegű.

5. ábra: Az Altivar Soft Starter ATS480 termékcsalád legkisebb (balra) és legnagyobb (jobbra) egysége funkcióit tekintve hasonló, de az áramerősség-kezelési jellemzők és a tömeg tekintetében meglehetősen nagy köztük a különbség (kép: Schneider Electric)

Ezzel szemben az ATS480M12Y (5. ábra, jobbra) jóval nagyobb teljesítményű, motorok 208–690 V váltakozó feszültségű hálózatról 1200 A áramerősséggel történő áramellátására és vezérlésére alkalmas, és 110-230 V váltakozó feszültségű hálózatról működik. Bár jellemzői és funkciói szinte teljesen megegyeznek a 17 A áramerősségű készülékével, a mérete jóval nagyobb, 890 mm magas, 770 mm széles és 329 mm vastag, a tömege pedig 115 kg.

Összegzés

A lágyindítók nélkülözhetetlen láncszemet jelentenek a többfázisú váltakozó áramú hálózat, valamint a közepes és a nagyobb teljesítményű háromfázisú váltakozó áramú motorok között, mert ezek szabályozzák az indulóáramot. A Schneider Electric Altivar Soft Starter ATS480 termékcsaládja 17 A-tól 1200 A-ig terjedő áramfelvételű villanymotorokhoz használható, sokféle hálózati csatlakozóval és megnövelt kiberbiztonsággal. Ezek az egységek különböző funkciókat is szolgáltatnak a teljesítmény, a biztonság és a megbízhatóság növelése érdekében.