Brug softstarter-enheder til at løse problemer med motoropstart og cybersikkerhed

Trefasede asynkronmotorer, der forsynes fra vekselstrømsnettet og har en nominel effekt på ti til flere hundrede hestekræfter (HK), er drivkraften i mange kommercielle og industrielle anvendelser. De har typisk motor-strømme fra ca. 10 ampere (A) til over 1.000 A ved netspændinger fra lidt over 200 volt AC (V_AC) til så højt som 700 V_AC. Problemet for designerne er, at når motorer starter, trækker de store indkoblingsstrømme, der kan beskadige motoren og påvirke belastningen.

En softstarter-styreenhed mellem AC-netledningen og motoren styrer denne indkoblingsstrøm ved at styre motorens opstartsacceleration og drejningsmoment, hvilket optimerer motorens ydeevne og minimerer uønskede konsekvenser. Mere avancerede softstartere tilføjer sofistikerede funktioner for at maksimere ydeevnen, yde elektrisk og termisk beskyttelse, inkludere en robust suite af tilslutningsmuligheder og beskytte mod cyberangreb.

Denne artikel beskriver en softstarters funktioner. Derefter introduceres og vises, hvordan man anvender Altivar Soft Starter ATS480 -styreenhederne fra Schneider Electric.

Softstarter-funktioner

En softstarter bruges sammen med en motor til at reducere indkoblingsstrømmen og styre drejningsmomentet under opstart i en overgangsperiode. Den øger gradvist spændingen til motoren, hvilket giver en jævn acceleration med minimale ryk (accelerationens ændringshastighed).

Startere har normalt en mulighed for brugerjustering af drejningsmomentet ved opstart og accelerationstiden, så de passer til forskellige anvendelser. De kan reducere opstartstrømmen betydeligt for at opnå breakaway og holde strømmen tilbage under acceleration.

Nyere softstartere tilbyder yderligere funktioner, der øger effektiviteten, opretholder en høj effektfaktor (power factor/PF) ved hjælp af dynamisk PF-korrektion, forbedrer den elektriske sikkerhed, detekterer uregelmæssigheder i ledninger og motorer, giver netværkstilslutning og imødekommer bekymringer for cybersikkerhed.

Et eksempel på egenskaber og funktionerne i de nyeste softstartere er Schneider Electrics Altivar Softstarter ATS480-serien fra (figur 1).

Figur 1: Altivar Softstarter ATS480-serien tilføjer mange avancerede funktioner til sin kernefunktion. (Billedkilde: Schneider Electric)

Disse enheder indeholder seks tyristorer og en momentstyringsalgoritme til styring af acceleration, deceleration og standsning af trefasede asynkrone kortslutningsmotorer på op til 900 kilowatt (kW). Den brede vifte af modeller i denne serie understøtter driftsspændinger fra 208 til 690 volt og strømstyrker fra 17 til 1200 A. Alle enheder opfylder verdensomspændende standarder, certificeringer og lovmæssige mandater, der definerer ydeevne, sikkerhed, effektivitet, elektromagnetisk kompatibilitet (electromagnetic compatability/EMC), forureningsgrad samt stød og vibrationer.

ATS480-enhederne indeholder mange forskellige typer af linje-, starter- og belastningsbeskyttelse, bl.a.:

• Fasefejl (linje)
• Integreret termisk beskyttelse (motor)
• Termisk beskyttelse (starter)
• Strømoverbelastning (motor)
• Underbelastning (motor)
• Overdreven lang starttid, låst rotor (motor)
• Motorfasetab (motor)
• Fasetab i netforsyningen (ledningsnet, motor)
• Termisk beskyttelse (motor) via en direkte forbindelse til en termistor med positiv temperaturkoefficient (positive temperature coefficient/PTC) eller platin 100 (PT100) 2- eller 3-leder-sonde til modstandstemperaturdetektor (RTD)

Der er mange kredsløbstilslutningsmuligheder for at imødekomme de forskellige behov i målapplikationerne. For eksempel er en grundlæggende konfiguration rettet mod lokal styring, hvor det ønskes at kræve manuel indgriben for at genstarte efter en fejl-reset, også i tilfælde af fjernstyring (figur 2). Her trykker operatøren på S3-trykknappen for at genstarte.

Figur 2: Her ses en af de mange alternative ledningsføringer for softstarteren; brugeren skal manuelt initiere en genstart efter en fejl-reset ved at trykke på S3. (Billedkilde: Schneider Electric)

De specifikke komponentbetegnelser er defineret i tabel 1.

Tabel 1: Her vises komponentbetegnelserne for figur 2. (Billedkilde: Schneider Electric)

ATS480-enhederne har også diskrete normalt åbne (NO) og normalt lukkede (NC) elektromekaniske relækontakter, der er klassificeret til 2 A/250 V_AC og 30 volt digitale udgange med åben kollektor. Disse kontakter og udgange forenkler implementeringen af ekstra funktioner, såsom indikatorlamper eller ekstraudstyr.

Konnektivitet og cybersikkerhed

Ud over avanceret softstarter-funktionalitet understøtter alle ATS480-enheder en lang række tilslutningsalternativer. Hver ATS480-enhed har to RJ45-porte til tilslutning af konfigurations- og firmwareopdateringer og en ekstern display-enhed til almindelig tekst eller grafik. Desuden er hver enhed udstyret med en slot til et ekstra kommunikationsmodul, der understøtter Modbus TCP, Ethernet/IP, CANopen, PROFINET eller PROFIBUS DP-formater.

Denne konnektivitet medfører uundgåeligt bekymringer for sikkerhed. For at imødegå disse har serien "bedst-praksis" for cybersikkerhed indlejret i enhederne for at beskytte mod bevidst ondskab (hacking) og velmenende, men uforsigtige aktiviteter fra personale eller entreprenører. Denne beskyttelse omfatter kontostyring, herunder brugergodkendelse og autorisation og flere lag af adgangskodebeskyttelse. Der er også bevidste begrænsninger på forskellige porte, funktioner og kilder.

Sikkerhed på et højere niveau omfatter dybdegående proaktive forsvar til håndtering af cybersikkerhedsrelaterede hændelser, herunder detaljerede tids- og brugerstemplede aktivitetslogfiler. Autenticiteten af den installerede firmware og eventuelle opgraderinger forbedres af digitalt signeret firmware og kryptografiske nøgler. Det sikrer, at der bruges gyldig firmware ved hver opstartscyklus.

Der tages også højde for menneske-maskine-grænsefladen

Ud over omfattende tilslutningsmuligheder har mange softstart-installationer også brug for umiddelbar og direkte adgang for operatøren. Denne adgang begynder med en grundlæggende KØR- og STOP-aktivering via diskrete, meget synlige, og tydeligt mærkede kontakter på eller i nærheden af motoren eller installationen. Disse er ofte påbudt af lovbestemte sikkerhedsstandarder.

For at opfylde disse krav kan ATS480-enhederne forbindes med to uafhængige køre- og stopkontakter eller en enkelt køre-/stopkontakt (figur 3).

Figur 3: Softstarteren kan tilsluttes, så den bruger to uafhængige stop- og kør-trykknapper eller en enkelt kontakt i en dobbeltrolle. (Billedkilde: Schneider Electric)

Til grundlæggende opsætning, kørsel og afhøring kan designerne bruge VW3A1113-display-enheden med otte linjer og almindelig tekst (figur 4). Ved hjælp af det tilgængelige RJ45-stik kan denne terminal tilsluttes og monteres på forsiden af softstarteren eller monteres på en kabinetdør ved hjælp af et tilbehør til fjernmontering.

Figur 4: VW3A1113-display-enheden med almindelig tekst tilsluttes softstarteren ved hjælp af det medfølgende RJ45-stik og understøtter grundlæggende opsætnings-, kørsels- og forespørgselsfunktioner. (Billedkilde: Schneider Electric)

Denne flersprogede enhed (engelsk, fransk, spansk, italiensk, tysk og kinesisk, med andre sprog tilgængelige via download) kræver en adgangskode for at logge ind for at sikre systemsikkerheden. Når den en gang er tilsluttet, kan den bruges til:

• Styring, justering og konfiguration af softstarteren
• Vis aktuelle værdier for motor, indgang/udgang og maskindata
• Opbevar og download konfigurationer
• Duplikér konfigurationen af en tændt softstarter på en anden, der også er tændt.

Til mere avanceret diagnosticering, styring, overvågning og filhåndtering kan Schneiders Device Type Manager (DTM) og SoMove -software bruges med et pc-baseret grafisk terminal-display-arrangement.

Strømforbrugsklassificeringen bestemmer emballage, formfaktor

Selvom enhederne i Altivar Softstarter-ATS480-familien har de samme funktioner, egenskaber, brugergrænseflader og tilslutningsmuligheder, adskiller de sig fra hinanden i deres drev-effektniveauer. Dette bestemmer den passende emballage og formfaktor, hvilket let kan ses ved at se på seriens medlemmer med lavest og højest effekt.

ATS480D17Y (figur 5, venstre) er beregnet til forsyning og styring af trefasede AC-motorer med en strøm på 17 A fra en 208 til 690 V_AC netforsyning og fungerer ved hjælp af en styreforsyning på 110 til 230 V_AC. Den måler 275 millimeter (mm) høj, 160 mm bred, 8 mm dyb og vejer lige under 5 kilo (kg).

Figur 5: De mindste (venstre) og største (højre) enheder i Altivar Softstarter-ATS480-familien er funktionelt ens, men dækker et bredt spænd i deres nuværende håndterings- og vægtspecifikationer. (Billedkilde: Schneider Electric)

I modsætning hertil er ATS480M12Y (figur 5, højre) klassificeret til en langt kraftigere 1200 A fra en 208 til 690 V_AC-linje og fungerer ved hjælp af en styreforsyning på 110 til 230 V_AC. Den har næsten de samme egenskaber og funktioner som 17 A-enheden, men den er langt større, med en højde på 890 mm, en bredde på 770 mm, en dybde på 329 mm og en vægt på 115 kg.

Konklusion

Softstartere er et vigtigt bindeled mellem det flerfasede vekselstrømsnet og mellemstore til større trefasede vekselstrømsmotorer, hvor de styrer indkoblingsstrøm. Altivar Softstarter-ATS480-familien fra Schneider Electric understøtter motorer fra 17 A til 1200 A med omfattende netværkstilslutning og forbedret cybersikkerhed. De har også forskellige funktioner til at forbedre ydeevne, sikkerhed og pålidelighed.