Шкафы автоматизации работы электродвигателей

Электрические двигатели представляют собой машины, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Они являются основой силового привода, ими оснащаются дерево- и металлообрабатывающие станки, ткацкие, кузнечно-прессовые, землеройные, швейные, грузоподъемные аппараты, насосы, вентиляторы, центрифуги, компрессоры, бытовые приборы и др.

Для автоматического мониторинга и контроля их состояния применяются шкафы ШУДД, ориентированные на работу в кратковременном или продолжительном режимах в однофазных и трехфазных сетях переменного тока (220/380В) и способные интегрироваться в вышестоящие системы управления.

Структура

Блок регулирования имеет вид металлического шкафа в навесном или напольном исполнении. Конструкция предусматривает наличие двери с замком, закрывающейся на ключ.

Лицевая сторона оборудована кнопками управления, сигнальными лампами, переключателями, которые позволяют изменять режим с автоматического на ручной и обратно. Здесь также могут устанавливаться различные индикаторы и иные электронные механизмы, соответствующие опциональному функционалу.

Во внутренней части находится монтажная панель, где размещается коммутационно-защитная аппаратура, клеммные зажимы, шины (заземления и нулевая), прочие компоненты, отраженные в схеме.

Питающие и отходящие кабели подсоединяются посредством сальников, которые соответствуют степени защиты самого агрегата, блокируют проникновение влаги и пыли через зону ввода. Стандартные модификации предполагают протяжку жил по низу.

Если в конструкции присутствуют устройства плавного пуска (УПП), частотные преобразователи, она дополняется вентиляционными решетками и вентиляторами, вмонтированными в боковые стенки, дверь. Они также должны соответствовать степени защиты оболочки аппарата.

Функциональные возможности

Шкаф управления следит за запуском, работой и остановкой электродвигателя в ручном (кнопки «Пуск», «Стоп» или «Вперед», «Назад» для реверсивного исполнения) и автоматическом режимах, выбор которых обеспечивает переключатель на передней панели.

Если регулирование производится без участия оператора, источниками команд являются внешние релейные сигналы АСУ или датчики. При этом вмонтированные в дверь или расположенные на внешнем посту элементы интерфейса блокируются.

избиратель режимов может находиться в промежуточном положении, когда управляющие сигналы всех видов (передающиеся как с пульта или панели, так и инициированные автоматикой) деактивированы. Эта возможность реализована с целью безопасного проведения мероприятий по пуску и наладке оборудования, а также ремонту и замене износившихся или вышедших из строя частей.

Взаимодействие с внешней АСДУ основано на «сухом контакте»: сигнализация состояния силового контактора, возникновения аварий, вызванных перегревом двигателя, токами перегрузки или коротким замыканием, организуется с помощью перекидного контакта; режимов – нормально открытого контакта. Цепи управления приводом позволяют подсоединять блокировочные и защитные системы – выключатели безопасности (один нормально закрытый контакт), внешние защиты (два нормально закрытых контакта).

Шкаф автоматики формирует пусковые характеристики объекта администрирования (представлены плавным и безаварийным типами пуска, снижающими быстроту износа аппаратуры; реверсированием, остановкой, торможением), рационально распределяет нагрузки и производственные мощности (двигатель применяется как потребитель-регулятор); защищает электрические и механические детали конструкции от эксплуатации в нештатных условиях; обеспечивает безударный разгон и остановку привода. Блок также увеличивает функциональность системы и срок службы агрегатов за счет ограничения возможности достижения предельных нагрузок и способствует снижению затрат на оплату электроэнергии и иные виды ресурсов.

Понятие частотного регулирования

Одними из основных устройств, которыми продиктована целесообразность установки шкафа, являются частотные преобразователи и УПП.

При прямом пуске электродвигателя фактические значения тока превышают номинальные в 5 и более раз, что вызывает перегрев обмоток и преждевременное старение изоляции. В таких условиях снижается ресурс привода, и время ремонта и технического обслуживания наступает быстрее. УПП способствуют снижению потребления электричества, и, хотя соотношение показателей пускового и номинального тока остается прежним, сети и аппараты испытывают меньшую нагрузку, что благоприятно сказывается на сроке их службы.

Частотные преобразователи, в свою очередь, регулируют скорость вращения асинхронных двигателей. их неоспоримое преимущество – возможность плавного, а не ступенчатого изменения указанного параметра. Это позволяет привести его к оптимальному уровню, точно соответствующему текущей ситуации и достаточному для нормальной работы системы. Привлечением к эксплуатации преобразователей частоты также достигается экономия энергоресурсов, снижение нагрузки на электрическую сеть.

Для управления прибором применяются контроллеры. их работа основана на заложенном алгоритме или определяется полученными от датчиков сведениями, результаты анализа которых служат источником команд.

Чтобы вывести эффективность электродвигателей на максимум, реализуется каскадное включение. Благодаря этой технологии, совмещенной с частотным регулированием, можно добиться наиболее выгодного использования мощностей. Она широко распространена, например, в водоснабжении, если функционирование системы построено на нескольких насосах. Для поддержания минимального напора воды, циркулирующей по трубам, можно задействовать только одну гидравлическую машину, а оставшиеся перевести в неактивное состояние. При необходимости увеличения давления по команде контроллера осуществляется подключение оставшихся насосов, причем распределение нагрузки будет иметь равномерный характер.

Понятие релейного регулирования

Когда к точности поддержания оборотов не предъявляется жестких требований, главным управляющим компонентом шкафов становится реле. Процедуры запуска и остановки аппаратов здесь инициируются и протекают без привлечения преобразователей частоты.

Такие выключатели просты в эксплуатации и действуют по принципу реагирования на изменение базовых условий. В случае водоснабжения – это давление. Если его уровень падает ниже критической отметки, реле подает команду на запуск двигателя, а если поднимается выше заданных параметров – на остановку. В результате система может работать только в двух режимах: первый – электропривод неактивен, второй – работает на пределе своих функциональных возможностей.

Главным недостатком автоматики, построенной на релейном регулировании, является создание чрезмерной нагрузки на механизмы. К примеру, насосное оборудование из-за быстрого увеличения скорости потока будет постоянно подвергаться гидравлическому удару.

Слабые по мощности двигатели практически невосприимчивы к подобным перегрузкам. Для них эта проблема не критична, поэтому блоки с простыми электронными выключателями используются в бытовых условиях, а также в промышленном производстве.