Шафа керування електродвигуном на прикладі насосу

Компанія Юнісет - інжинірингова компанія, яка займається дистрибуцією електротехнічного обладнання та виробництвом електрощитів для різноманітних галузей. Наша команда має значний досвід в реалізації проектів різної складності. Ми збираємо різноманітні шафи: ГРЩ (головні розподільчі щити), ВРП (ввідно розподільчі пристрої), УКРП ( установка компенсації реактивної потужності), ЩО (щити освітлення), а також різноманітні шафи керування електродвигунами (з прямим пуском, з частотним перетворювачем, з пристроєм плавного пуску та інші). В цій статті ми хочемо приділити увагу саме шафам керування електродвигунами нашого виробництва з частотним перетворювачем. Отже, поїхали!

Давайте для початку розберемось, а що ж таке шафа керування електродвигуном з частотним перетворювачем – це електротехнічна шафа загального призначення, серцем якої є частотний перетворювач, головною задачею якої є регулювання технологічних параметрів: підтримка тиску в напірному трубопроводі, регулювання обертів вентилятора, регулювання швидкості конвеєрної стрічки, регулювання продуктивності компресорів або інших процесів. Шафа керування може робити в автономному режимі або ручному режимі. Для автономного режиму роботи для частотного перетворювача необхідний зворотній зв’язок (від датчиків тиску, датчиків температури, датчиків швидкості та інших типів аналогових датчиків) або аналоговий сигнал від контролера.

Пропонуємо ознайомитись з шафою керування з частотним перетворювачем для одного електродвигуна, на прикладі шафи керування насосним агрегатом.

Нижче ми наводимо приклад електричної принципової схеми для керування насосним агрегатом за допомогою частотного перетворювача.

Технологічні особливості шаф керування з частотним перетворювачем виробництва ТОВ ЮНІСЕТ:   

1. Ми пропонуємо шафу одразу оздоблену кабельною вилкою та розеткою (розетки та вилки CEE) для підключення живлення 380В, 50 Гц, а також навантаження (в нашому випадку – електродвигун насосного агрегату). Це спрощує для клієнта монтаж по місцю, має високий захист по пило-волого проникності, та дає змогу легкого обслуговування шафи керування.

2. В комплект поставки входить датчик тиску Danfoss MBS 1700 та реле сухого ходу Danfoss KPI 35, що спрощує для клієнта процес запуску, а завдяки надійності контрольно-вимірювальних приладів - клієнт отримує гарантовану якість. Датчик тиску та реле сухого ходу також під'єднуються до шафи через швидкоз'ємні надміцні конектори HDC, що убезпечує втручання в шафу без зайвої необхідності.

3. Ми використовуємо надійні та довговічні фільтруючі вентилятори Quick FULL та решітки Quick FIL, зі ступенем захисту ІР54. Вплив теплого повітря в середині шафи на роботу перетворювача частоти ми описували в цій статті (дати лінк на статтю з фільтрацією повітря для ПЧ), надійність фільтруючих вентиляторів напряму впливає на довговічність роботи перетворювача частоти. 

4. Ступінь захисту нашої металоконструкції (шафи) складає IP66. Однак, виробники шаф, до прикладу Rittal, попереджають, що втручання в конструктив шафи (в нашому випадку - це отвори для кнопок, лампочок, фільтруючих вентиляторів та решіток, а також інших комплектуючих) знижує ступінь захисту шафи на один порядок або ступінь захисту обумовлюється найменшим ступенем захисту змонтованого обладнання. Враховуючи, що наші вентилятори для охолодження частотного перетворювача та решітки мають також достатньо великий ступінь захисту (ІР54), шафа в цілому відповідає захисту пило-волого захисту на рівні не нижче IP54. Перевага наших шаф керування електродвигунами з частотним перетворювачем, складається не тільки з використання сучасних та надійних компонентів, а також і з слюсарного процесу обробки металоконструкції. Ми маємо достатній досвід для гарантованої якості.

5. Серцем наших шаф керування електродвигунами - є частотний перетворювач Schneider Electric ATV320 та ATV630 або Eaton DM1 чи Eaton DG1 Дані перетворювачі частоти надійні та легкі в налаштуванні, що робить шафу надійну в цілому.

6. Для легкості обслуговування обладнання в шафі керування електродвигунами, передбачена освітлювальна LED-лампа, яка заживлена через кінцевий вимикач. Тобто замовник або обслуговуючий персонал замовника відкриє шафу керування і одразу вмикається лампа, яка освітлює шафу в середині.

7. Для ввімкнення шафи керування на базі частотного перетворювача передбачений головний вимикач, який розташований збоку шафи і є легкодоступним для обслуговуючого персоналу.

8. Всі органи керування, а також додаткова індикація винесена на лицьову панель шафи керування. Сигнальна лампа "Мережа" включається після ввімкнення головного вимикача навантаження, що сигналізує про наявність живлення в середині шафи керування. При натисканні кнопки старт засвічується лампа "Робота", що свідчить про те, що частотний перетворювач почав роботу.

9. В шафі управління передбачено захисні та комутаційні компоненти виробництва Eaton. На нашу особисту думку та з огляду на багаторічний досвід у виробництві електротехнічних шаф, компоненти Eaton (автоматичні вимикачі, автомати захисту двигунів, кнопки, світлосигнальна арматура) - найкращі в своєму сегменті.

10. Внутрішні електричні з’єднання виконані мідним монтажним проводом із перерізом, підібраним відповідно до струмових навантажень та умов експлуатації. Підбір провідників здійснюється з урахуванням номінальних режимів роботи обладнання, що забезпечує надійність, термічну стійкість та довговічність роботи шафи керування. 

Отже, підсумовуючи, вищенаведене, ми пропонуємо інженерно продуману та надійну шафу керування електродвигуном на базі частотного перетворювача, де враховано все до дрібниць - від зручності обслуговування до надійності обладнання.

Для наочності наводимо специфікацію основного обладнання для шафи керування насосом потужністю 0,37 кВт.

Давайте також розберемось, де саме можуть застосовуватись шафи керування з використанням частотних перетворювачів.

Насосні системи, без перебільшення є самою розповсюдженою сферою застосувань

Типові задачі, яку виконують шафи управляння:

• Підтримка тиску за допомогою датчиків тиску

• Плавний запуск/зупинка насосу, що кратно подовжує термін життєздатності насосного агрегату

• Захист від сухого ходу за допомогою реле сухого ходу

Де саме застосовуються:

• Системи водопостачання (будинки, ЖК, виробництва)

• Свердловини

• Підвищувальні насосні станції

• Циркуляційні системи (опалення/охолодження) 

Вентиляція та HVAC

Що робить:

• Регулює оберти вентилятора

• Підтримує тиск або витрату повітря

Де застосовується:

• Припливно-витяжні установки

• Промислова вентиляція (виробничі підприємства, склади, паркінги та інші об’єкти)

Системи поливу та водо підготовки

Застосування:

• Системи автоматичного поливу

• Фермерські господарства

• Фільтраційні установки

• Станції очистки води

Але використання шаф керування з частотними перетворювачами не обмежується лише цими сегментами застосувань. Всюди, де є необхідність регулювання продуктивності, можна застосувати шафи управління з частотником. По перше це дає контроль над технологічним процесом, а по друге, не менш важливе,  це знижує енерговитрати виробництв, підприємств агропромислового комплексу, об’єктів комерційної або приватної інфраструктури.

Як працює шафа керування з частотним перетворювачем. Шафа керування електродвигуном з частотним перетворювачем забезпечує автоматичне регулювання роботи у відповідності до заданих параметрів системи (тиск, витрата або будь який інший зворотній зв’язок від аналогового датчику чи ПЛК).

Функціональні можливості роботи шафи управління електродвигуном:

1. Увімкнення та підготовка до роботи: після подачі живлення 380В, 50Гц та ввімкнення головного вимикача подається напруга на силові та керуючі кола, в цей момент загоряється сигнальна лампа «Мережа» і перетворювач частоти переходить у режим готовності до роботи. Але потрібно зауважити, що частотний перетворювач не запускає електродвигун автоматично до отримання команди пуску.

2. Запуск електродвигуна: Здійснюється за допомогою кнопки «Старт» на лицьовій панелі шафи, при цьому формується команда на частотний перетворювач, загоряється індикація «Робота». Перетворювач частоти виконує плавний розгін двигуна (відповідно до заданого часу розгону) та виходить на номінальні значення (відповідно до заданого технологічного параметру).

3. Робота в автоматичному режимі: У робочому автоматичному режимі частотний перетворювач регулює швидкість обертання двигуна на основі сигналу зворотного зв’язку, отриманого від аналогового датчика. Як це реалізовано на практиці: аналоговий датчик (наприклад 4-20мА або 0-10В) передає сигнал в перетворювач частоти, який в свою чергу порівнює отриманий сигнал з завданим значенням (уставкою). Після цього перетворювач частоти змінює частоту обертання для підтримання сталого стабільного параметру.  

4. Захист від сухого ходу забезпечується за допомогою реле сухого ходу, яке контролює наявність робочого середовища  (актуально для шафи керування насосом). При виникненні аварійної ситуації реле розмикає керуючий ланцюг, чим запобігає роботі насосного агрегату без середовища в трубопроводі.

5. Аварійні режими: Система передбачає автоматичне відключення електродвигуна в разі перевантаження, короткого замикання, перенапруги або критичного зниження напруги, перегріву частотника, відсутності сигналу від датчика. При аварійному режимі двигун зупиняється, загоряється індикація «Аварія». Повторне включення можливе після усунення несправностей.

6. Зупинка електродвигуна при штатній ситуації виконується за допомогою кнопки «Стоп» при цьому частотник плавно (до заданого алгоритму) гальмує електродвигун.

Алгоритм роботи шафи побудований на принципах автоматичного регулювання та захисту обладнання. Це дозволяє забезпечити стабільну роботу електродвигуна, зменшити енергоспоживання, запобігти аварійним ситуаціям та збільшити інтервал між обслуговуванням або ремонтом електродвигуна, що без перебільшення економить бюджет замовника.

Основні електричні параметри шафи керування з частотним перетворювачем:

• Номінальна напруга: 3×380В ±10% 

• Частота мережі - 50 Гц  

• Діапазон потужностей: 0,09 кВт – 450 кВт та більше

• Ступінь захисту (після слюсарних робіт): IP54, ми маємо рішення по збільшенню ступеню захисту до IP66, за умови використання кондиціонерів Rittal для промислових рішень. 

Комплектація поставки шафи керування:

• Шафа керування в комплекті з:

 Частотний перетворювач

 Автоматичний вимикач

 Автоматичні вимикачі кіл керування та допоміжних ланцюгів

 Датчик тиску Danfoss MBS1700

 Реле сухого ходу Danfoss KPI35

 Фільтруючий вентилятор та решітка

 Лампа освітлення

 Роз’єми для підключення живлення

 Роз’єми для підключення контрольно-вимірювальних приладів

• Комплект принципових електричних схем

• Паспорт виробу з відміткою служби ВТК

Компанія ТОВ Юнісет поставляє не просто шафи керування електродвигунами,  а готові до експлуатації рішення типу plug&play. Конструкція шафи передбачає підключення живлення, електродвигуна та контрольно-вимірювальних приладів через зовнішні силові та сигнальні роз’єми, що виключає необхідність втручання у внутрішній монтаж та мінімізує ризик помилок при підключенні.

Застосування промислових роз’ємів стандарту СЕЕ для силових ланцюгів та швидкоз’ємних конекторів для датчиків забезпечує:

• Швидкий та зрозумілий монтаж на об’єкті

• Зниження вимог до кваліфікації персоналу для підключення шафи керування

• Підвищення надійності з’єднань

• Можливість безпечного обслуговування 

Стандартизовані шафи керування з частотними перетворювачами доступні до замовлення в нашому інтернет-магазині та представляють собою перевіренні рішення для типових задач (насосні системи, вентиляція, циркуляційні контури). Вони оптимізовані за складом обладнання, мають відпрацьовану логіку роботи та дозволяють швидко реалізувати проект без додаткових інженерних доопрацювань. 

У випадках, коли стандартні рішення не повністю відповідають вимогам проекту або технічному завданню замовника, компанія ТОВ ЮНІСЕТ пропонує розробку та виготовлення індивідуальних шаф керування. Це може включати як адаптацію базових рішень компанії, так і повну розробку системи з нуля.

Індивідуальні рішення можуть передбачати:

• Інтеграцію програмованих логічних контролерів PLC

• Підключення та інтеграцію в систему диспетчеризації SCADA

• Реалізацію промислових протоколів зв’язку 

• Розширення кількості датчиків та виконавчих механізмів (електродвигунів)

• Адаптацію алгоритмів роботи під конкретний технологічний процес

Такий підхід дозволяє забезпечити відповідність шафи керування конкретним вимогам об’єкта, з урахув