В последнее время в промышленных установках все чаще используются преобразователи частоты (ПЧ) и устройства плавного пуска (УПП). Широкое распространение этих устройств в промышленной среде и на объектах гражданского и коммерческого строительства обусловлено возможностью уменьшения пусковых токов двигателя, а также высокой энергоэффективностью установок с их использованием, что ведет к уменьшению операционных затрат при эксплуатации установки. Например, при управлении скоростью электродвигателя в насосных станциях с помощью преобразователя частоты можно значительно сэкономить электроэнергию, при этом срок окупаемости проекта по внедрению преобразователя частоты небольшой — от одного до трех лет в зависимости от режима работы насоса.
Вопрос экономии сегодня особенно актуален для сферы ЖКХ и большинства промышленных предприятий. Именно поэтому ПЧ становятся все более востребованными, ведь их использование обеспечивает быструю и, что важно, наглядную экономию. Интерес предприятий к таким технологиям обусловлен двумя причинами: первая заключается в том, что государство старается уделять большое внимание проблемам энергоэффективности на производстве, различными способами мотивируя промышленные предприятия внедрять энергосберегающие технологии. Вторая причина — увеличение конкурентоспособности конечных изделий в энергоемких производствах, где высоки затраты на электроэнергию в стоимости конечного продукта. Это такие отрасли как металлургия, нефтепереработка, нефтехимия и др. На территории России в секторе ЖКХ энергосбережение с использованием преобразователей частоты является перспективной зоной роста, использование данных технологий уже освоено в столицах и многих городах-миллионниках, но еще мало распространено в регионах.
Устройства плавного пуска обычно используют для устранения пусковых токов электродвигателя и уменьшения механических рывков при пуске. Уменьшение пусковых токов особенно актуально в условиях малой мощности питающей сети, в которой большие пусковые токи могут вызвать просадку питающего напряжения.
Еще относительно недавно вопрос рентабельности применения УПП и ПЧ оставался открытым: технологии производства были относительно затратными в связи с дороговизной полупроводниковых ключей и электронной компонентной базы, а стоимость разработки проекта и применения — относительно высокой. За последние 20 лет наука шагнула вперед, мировая промышленность освоила новые технологии производства, и сегодня подобные решения становятся все более доступными, что заставляет компании присматриваться к новшествам и внедрять их в свой производственный процесс. Подобные решения есть в портфеле компании Eaton, многие из них — поистине уникальны.
Устройства плавного пуска (УПП)
Главная задача УПП — обеспечение бесступенчатого, плавного разгона и остановки электродвигателя за счет регулирования величины напряжения, что также влечет за собой уменьшение пусковых токов электродвигателя. Плавный пуск положительно влияет на функционирование системы и предотвращает разнообразные негативные проявления, такие как соударения шестеренок внутри редукторов, проскальзывание клиновидных ремней, гидравлические удары в трубопроводах, колебания в конвейерных системах и т.д. В линейке Eaton представлены следующие разновидности УПП: простая серия — DS7, с двухфазным управлением и мощностью до 110 кВт, средней производительности — S801+, трехфазное управление без экрана настройки, а также решение для сложных применений S811+, обладающее высочайшей производительностью на рынке.
Преобразователи частоты (ПЧ)
Портфель решений Eaton включает в себя преобразователи частоты PowerXL — это энергосберегающие устройства, предназначенные для использования в машинах, устройствах и системах различных отраслей — от инженерных систем зданий до подъемнотранспортного оборудования и станков. Основная особенность серии PowerXL — простота в монтаже и эксплуатации. С помощью PowerXL можно обеспечить эффективное управление такими механизмами, как насосы, вентиляторы, конвейеры, краны, компрессоры, намоточные машины и лифты. В ассортименте компании Eaton представлены преобразователи серий DA1, DC1, DE1 и DG1. Они отличаются друг от друга номинальной мощностью и функционалом. Например, DE1 является самым простым в отношении функций преобразователем частоты, что делает его уникальным на рынке, а преобразователь частоты DG1 обладает топовой на данный момент функциональностью на рынке ПЧ для общепромышленных применений.
Пускатели с регулировкой скорости DE1 являются идеальным решением для насосных и вентиляционных установок. Данные устройства не требуют настройки параметров перед использованием, максимально оптимизированы по функционалу: не содержат ПИ-регулятора и других широко распространенных, но часто не требующихся функций, не имеют дисплея отображения параметров и клавиатуры настройки. Малая ширина устройства — всего 45 мм (первый типоразмер) и возможность монтажа встык позволяют значительно оптимизировать использование пространства внутри шкафа управления. Устройства серии DE1 нашли признание и активно применяются партнерами Eaton. Уже реализовано несколько проектов, например, DE1 были использованы в рамках проекта построения системы интеллектуального управления установками вентиляции на жилом объекте общей площадью более 3 тыс. квадратных метров.
Защита при аварийном режиме: предохранители Eaton серии Bussmann
Устройства плавного пуска и преобразователи частоты содержат полупроводниковые наборы, с помощью которых и происходит управление двигателем. В УПП это симисторы, в ПЧ — диоды на входе и IGBT транзисторы на выходе. Полупроводниковые компоненты очень чувствительны к большим токам, а также ко времени их протекания: например, если на асинхронном двигателе, управляемом от УПП, при пуске возникает короткое замыкание, то его защитит автоматический выключатель. В связи с большой тепловой инерцией обмоток двигателя и соединительного кабеля повреждения данных компонентов не возникнет. При этом полупроводниковые устройства, в данном случае симисторы, будут повреждены и выйдут из строя, так как имеют значительно меньшую тепловую инерцию.
Это означает, что при коротком замыкании на двигателе при пуске от УПП за время, в течение которого автоматический выключатель произведет разрыв цепи, энергии в полупроводнике выделится достаточно для его полного разрушения.
Чтобы симисторы УПП не разрушились при аварийном режиме, необходимо использовать специальные защитные компоненты, в частности специальные быстродействующие предохранители, имеющие токоограничивающую способность и очень быстрое время срабатывания, а значит, способные защитить от короткого замыкания и двигатель, и УПП. Подобные компоненты производят немногие компании, и Eaton — в их числе. С приобретением компании Cooper Industries в 2012 году Eaton смогла расширить свой продуктовый портфель решениями бренда Bussmann, мирового лидера по производству предохранителей различных типов: низковольтных, быстродействующих предохранителей, устройств среднего напряжения, а также предохранителей для специального применения. В 2015 году решения серии Bussmann были полностью интегрированы в портфолио Eaton, что позволило начать продвижение и продажу предохранителей серии Bussmann на российском рынке. В настоящий момент в России представлена полная линейка низковольтных предохранителей, куда входят цилиндрические предохранители классов gG, аМ, предохранители типов D и DO, предохранители NH классов gG и аМ, предохранители типа BS, а также полный спектр предназначенных для них держателей и выключателей-разъединителей как горизонтального, так и вертикального исполнения. Диапазон токов данных устройств — от 2 до 1600 А с номинальным напряжением до 1000 В. Линейка быстродействующих предохранителей (классы aR и gR) представлена как предохранителями в цилиндрическом корпусе (до 125 А), так и в квадратном — серия 170М (до 7500 А). Широкие возможности индикации срабатывания предохранителя, в том числе при помощи микропереключателя, позволяют интегрировать данные компоненты в систему автоматизации.
Применение быстродействующих предохранителей с преобразователями частоты имеет определенные нюансы. Как известно, большинство современных ПЧ обладают внутренней защитой от аварийных режимов как электродвигателя, так и самого устройства. Поэтому применение быстродействующих предохранителей с преобразователями частоты необходимо лишь в случае возможности повреждения одного из компонентов — либо входного выпрямительного моста (диоды или транзисторы), либо выходного транзисторного моста IGBT. Это может произойти в случае использования выводов звена постоянного тока для объединения нескольких ПЧ, либо для присоединения тормозных резисторов. В этом случае возникает возможность короткого замыкания на выводах звена постоянного тока, и, следовательно, выхода из строя входного или выходного моста ПЧ, поэтому обязательно использование быстродействующих предохранителей для защиты полупроводников от данного аварийного режима.
Быстродействующие предохранители незаменимы при использовании с устройствами, содержащими транзисторы, тиристоры, диоды и другие полупроводниковые компоненты. Такими устройствами, например, являются устройства плавного пуска, преобразователи частоты, источники бесперебойного питания, тиристорные регуляторы мощности и т.д.
Использование предохранителей имеет определенные минусы, такие как низкая универсальность (невозможность настроить характеристики), отсутствие возможности дистанционного управления, одноразовость. Но на данный момент предохранители имеют большую популярность в Европе (особенно в промышленных решениях и установках) в связи с их преимуществами относительно автоматических выключателей, а именно: дешевизной, высокой отключающей способностью и надежностью, отличной селективностью и токоограничением, высокой скоростью срабатывания.
Компания Eaton, являясь экспертом в области управления электроэнергией, стремится распространить в России передовой европейский опыт и технологии, позволяя своим партнерам и клиентам увеличить надежность и безопасность их решений, предлагая новейшие разработки как в области устройств управления двигателем (преобразователи частоты и УПП), так и в области защиты устройств и установок (серия предохранителей Bussmann).
Александр БЕСПАЛОВ,
менеджер по продукту направления
«Автоматизация, промышленные устройства
управления и защиты»,
Eaton в России
