Станции управления, защиты и автоматизации с частотными преобразователями серии СТУ3, СТУ5, СТУ6

Станции управления асинхронными электродвигателями серии СТУ3, СТУ5 и СТУ6 (далее по тексту просто СТУ) представляют собой комплектные низковольтные устройства, обеспечивающие комплексную защиту и автоматизацию управления по заданным технологическим параметрам, в том числе плавный пуск, реверс, плавную остановку и регулирование частоты вращения и момента в заданном диапазоне на валу одного или нескольких трехфазных асинхронных электродвигателей, в том числе их каскадное включение посредством преобразователей частоты.
Станции управления асинхронными электродвигателями серии СТУ соответствуют требованиям ТУ 3431-010-33874352-2007, номер сертификата РОСС RU.АИ50.В03853.
Основной принцип действия основан на управлении моментом двигателя путем взаимосвязанного управления напряжением в статоре асинхронного двигателя при изменении частоты переменного тока, подаваемого на него. Двигатель может работать с частотой вращения от нуля до номинальной скорости, на которую он рассчитан. Это важно тем, что в некоторых применениях необходимо изменять частоту вращения привода с течением времени или точно выдерживать параметры технологического процесса, поддерживая заданные обороты механизма технологической установки.
Станции управления объединяют функции управления и защиты двигателей и механизмов от недопустимых режимов работы, а также интегрирования в состав систем автоматизированного управления технологическими процессами (АСУ ТП). Эти функции отвечают наиболее частым применениям, главным образом, в строительной, пищевой, химической и нефтеперерабатывающих отраслях для центробежных механизмов, насосных агрегатов, вентиляторов, компрессоров, конвейеров и станочных приводов.
Диапазоны доступных мощностей и соответствующие номинальные напряжения управляемых двигателей указаны в табл.1 .
Преимущества питания асинхронных электродвигателей от станций серии СТУ:

* благодаря ограничению пускового тока двигателя, исчезают выбросы и провалы напряжения питающей сети, тем самым уменьшаются электромеханические и тепловые нагрузки на проводники и их изоляцию. Привод перестает влиять на другие приборы, подключенные к используемой сети;
* преобразователь частоты, управляя электродвигателем, может поддерживать какие-либо технологические параметры, на заданном уровне не прибегая к каким либо другим способам регулирования скорости вращения привода, тем самым позволяет избежать сложности в применении, обслуживании и эксплуатации и повысить качество и диапазон регулирования, не говоря об экономичности и надёжности работы устройства;

Станции управления серии СТУ это экономичное решение, позволяющее:

* уменьшить стоимость эксплуатации механизмов путем снижения механического износа и улучшения эксплуатационной готовности оборудования;
* уменьшить стоимость эксплуатации механизмов путем оптимизированного потребления электроэнергии (экономия до 60%) и значительно большей комфортности эксплуатации;
* свести к минимуму вероятность возникновения волн сжатия при пуске вентиляторов и насосов и практически исключить вероятность разрыва трубопроводов;
* уменьшить нагрузки на редукционные механизмы, приводные ремни, подшипники;
* уменьшить вероятность повреждения изделий на конвейере при его пуске и останове;
* уменьшить влияние пуска двигателей на питающую сеть за счет ограничения бросков тока и провалов напряжения в сети;
* обеспечить функции локальной автоматизации и интегрировать станции управления СТУ в сложные АСУ.

Функции электропривода

* возможность осуществления ручного или автоматического управления с панели или удаленного пульта управления станцией;
* визуальный контроль за режимами работы оборудования;
* поддержание перегрузочного момента, развиваемого во время плавного ускорения и замедления, регулирование частоты вращения, уменьшение ударных нагрузок;
* возможность настройки времени разгона/торможения; момента и других характеристик, необходимых для наиболее оптимального использования ресурсов электропривода, в том числе определение двух граничных значений частот, допустимых для механической установки;
* исключение критической скорости, вызывающей возникновение явления механического резонанса;
* возможность запуска нескольких двигателей, одновременно или каскадно, в зависимости от типовой схемы;
* подхват двигателя «на ходу» вне зависимости от направления вращения, автоматический повторный пуск, выдержка времени перед повторным пуском, контроль времени пуска;
* возможностью задания графика включения и выключения каждого из двигателей по времени (при наличии модуля автоматизации);
* пошаговая работа (JOG);
* переключение предварительно заданных частот вращения;
* управление по изменению технологического параметра с помощью ПИ, ПИД регулятора (абсолютное давление, перепад давления, расход, уровень и т.д.) с использованием датчика, подключаемого к аналоговому входу;
* возможность шунтирования преобразователя частоты с помощью обходного контактора с сохранением необходимых функций защиты электродвигателя;
* перевод на работу в обход преобразователя частоты при выходе последнего из строя (для ответственных применений);
* счетчики энергии и времени наработки;
* уменьшение шума двигателя.

Функции защиты двигателя и механизма

* максимально-токовая мгновенного действия;
* максимально-токовая с зависимой временной характеристикой, встроенная постоянно рассчитываемая тепловая защита двигателя;
* температурная с помощью терморезисторов от перегрева двигателя, встраиваемых в электродвигатели для контроля их температуры;
* температурная от перегрева силовых IJBT-транзисторов преобразователя частоты;
* от длительной работы на холостом ходу (от срыва насоса или обрыва приводного ремня);
* от затянувшегося пуска;
* от перегрузки по току в установившемся режиме;
* от изменения порядка чередования фаз питающей сети;
* от обрыва фазы питающей сети или электродвигателя;
* от повторного пуска в течении заданного времени;
* немедленное отключение электродвигателя в случае поступления аварийного сигнала, как с пульта управления, так и от внешних устройств;
* защита приводного механизма посредством пропуска резонансных частот;
* возможность выбора типа остановки: остановка на выбеге (без торможения), остановка двигателя с замедлением под контролем момента (насосные установки), динамическое торможение постоянным током (механизмы с большим моментом инерции).

Функции интегрирования в системы автоматизации

* при наличии модуля учёта — учет потребляемой электрической энергии и передачи сигналов телеметрии в АСКУЭ верхнего уровня;
* при наличии модуля автоматизации — возможность выполнения функции локальной автоматизации технологического процесса.
* при наличии модуля автоматизации — возможность передачи аварийных сигналов в АСУ верхнего уровня;
* при наличии модуля автоматизации — возможность приёма и обработки управляющих сигналов из АСУ верхнего уровня;
* при наличии модуля коммуникации — отображение электрических параметров, состояния нагрузки и времени работы, возможность удаленного конфигурирования и управления с удалённой рабочей станции АРМ;
* при наличии модуля коммуникации — коммуникационные возможности для подключения к сетям Ethernet, Fipio, DeviceNet, Profibus DP;
* при наличии модуля оператора — выносной терминал, устанавливаемый на дверь шкафа;
* встроенный последовательный порт RS485 для подключения к шине с протоколом ModBus RTU;
* защита информационных линий барьерами искрозащиты для датчиков находящихся во взрывоопасной зоне (оговаривается в заказе отдельно);

По согласованию с заказчиком набор выполняемых модулем автоматизации функций может быть расширен или изменен, например накапливание информации (с интервалом в 5 минут) для последующей передачи в компьютер значений питающего напряжения, тока и загрузки электродвигателя при работе в течение 7 суток.
Конструкция

Конструкция типовой станции управления СТУ представляет собой металлический шкаф для настенного или напольного монтажа необходимой степени защиты IР по ГОСТ 14254-96 с односторонним обслуживанием. Конструкция шкафа обеспечивает легкий доступ к узлам в процессе монтажа и наладки. В зависимости от типовой схемы в шкаф устанавливаются силовые коммутационные аппараты, защитные устройства, устройства автоматизации и непосредственно преобразователь частоты и устройство плавного пуска. С лицевой стороны на дверце шкафа расположены органы управления и сигнализации, такие как: кнопка сброса защит, кнопки выдачи команд на пуск и останов электропривода, индикатор наличия силового напряжения питающей сети, сигнальная арматура «Готовность», «Пуск» или «Вперед», «Назад», «Окончание пуска», «Перегрузка», «Авария», переключатели режимов работы, амперметры, выносной терминал, терминал модуля автоматизации (HMI) и прочие.
Кабели ввода и вывода силовых цепей могут быть расположены как снизу, так и вверху шкафа. В качестве несущих конструкций используются малогабаритные навесные шкафы, а также шкафы серии Sarel, производства Schneider Electric.
Защита силовой цепи от коротких замыканий осуществляется автоматическим выключателем.
Однолинейные типовые схемы, описание принципа работы и возможного применения каждой приводятся в табл.5.2.1 номенклатурного каталога «ПУ Казаньэлектрощит». Габаритные и установочные размеры станций управления серии СТУ в зависимости от типового номера схемы и типового индекса мощности представлены в номенклатурном каталоге ООО«ПУ Казаньэлектрощит».