Jakie są składowe elektryczne układów sterowania silnikami?

Cyfrowe systemy sterowania napędami, takie jak softstarty czy przemienniki częstotliwości, stają się standardem w nowoczesnym przemyśle. Ich rosnąca popularność wynika z możliwości, jakie oferują: od płynnego rozruchu maszyn po precyzyjne dopasowanie prędkości obrotowej do potrzeb konkretnego procesu. Jednak ich efektywne działanie nie zależy wyłącznie od zaawansowanej elektroniki – istotną rolę odgrywają również urządzenia wspierające, takie jak wyłączniki magnetyczne, które dbają o niezawodne zasilanie i ochronę. W tym artykule przyjrzymy się roli, jaką styczniki i wyłączniki silnikowe odgrywają w optymalizacji sterowania oraz zabezpieczeniach silników. Omówimy także kryteria doboru aparatury oraz różnorodne konfiguracje, które pozwalają dostosować systemy do konkretnych wymagań.

W jaki sposób aparatura zabezpieczeniowa chroni przed awariami?

Silniki elektryczne są narażone na dwa główne rodzaje awarii: zwarcia oraz przeciążenia. Każde z tych zjawisk wymaga nieco innego podejścia do ochrony, ponieważ ich skutki mogą być różne.

Ochrona przed zwarciami

Zwarcia zazwyczaj pojawiają się na skutek uszkodzenia izolacji przewodów, co powoduje przepływ prądów o ekstremalnie wysokim natężeniu. Taki stan stanowi poważne zagrożenie, mogąc prowadzić do szybkiego uszkodzenia wszystkich urządzeń w obwodzie. Dawniej do ochrony wykorzystywano wkładki bezpiecznikowe, które ulegały przepaleniu pod wpływem nadmiaru prądu, przerywając obwód. Jednakże ich jednorazowy charakter sprawił, że dziś są one zastępowane przez automatyczne rozwiązania, takie jak wyłączniki magnetyczne czy aparaty hybrydowe, które potrafią skutecznie wykrywać i reagować na zwarcia.

Ochrona przed przeciążeniami

Przeciążenie silnika występuje, gdy napęd działa w warunkach wykraczających poza rekomendowane specyfikację producenta, na przykład przy nadmiernym obciążeniu lub w niesprzyjającym środowisku pracy. Skutkiem przeciążenia może być zmniejszenie prędkości obrotowej, a w poważniejszych przypadkach całkowite zatrzymanie urządzenia. Takie sytuacje prowadzą do wzrostu poboru prądu przez silnik, co zwiększa ryzyko przegrzania i trwałego uszkodzenia. Aby temu zapobiec, w systemach wykorzystujących falowniki i softstarty stosuje się zintegrowane funkcje zabezpieczenia przeciążeniowego. Z kolei w przypadku układów rozruchu bezpośredniego ochronę zapewniają przekaźniki termiczne lub urządzenia hybrydowe, które monitorują pracę napędu i odcinają zasilanie w razie wykrycia przeciążeń.

Co to są wyłączniki magnetyczne?

Wyłączniki magnetyczne to urządzenia elektryczne, które służą do ochrony obwodów i urządzeń przed skutkami zwarć. Działają na zasadzie szybkiego wykrywania przepływu prądu o zbyt wysokim natężeniu. Te urządzenia mogą być dodatkowo wyposażone w akcesoria, takie jak moduły sygnalizacyjne, które informują o wystąpieniu awarii, czy mechanizmy umożliwiające zdalne sterowanie. W przypadku układów rozruchu bezpośredniego pełna ochrona wymaga uzupełnienia wyłącznika magnetycznego o zabezpieczenie termiczne, które chroni przed przeciążeniami wynikającymi z nadmiernego obciążenia silnika.

Więcej o zabezpieczeniach termicznych oraz kombinowanych magnetyczno-termicznych

Przekaźnik termiczny to urządzenie zabezpieczające, które chroni silniki elektryczne przed skutkami przeciążeń. Jego działanie opiera się na zjawisku rozszerzalności cieplnej, co pozwala na wykrywanie nadmiernego wzrostu temperatury spowodowanego zbyt dużym natężeniem prądu w obwodzie. Aby zapewnić pełną ochronę zarówno przed przeciążeniami, jak i zwarciami, należy połączyć go z odpowiednim wyłącznikiem magnetycznym.

Istnieją jednak również zintegrowane rozwiązania, w których zabezpieczenie termiczne łączy się z funkcją ochrony magnetycznej. Tego typu urządzenia, nazywane wyłącznikami magnetyczno-termicznymi, wyłącznikami kombinowanymi lub najczęściej wyłącznikami silnikowymi, są wygodnym i wszechstronnym rozwiązaniem. Zintegrowany mechanizm bimetalowy w takim wyłączniku przerywa zasilanie, gdy dojdzie do przeciążenia, chroniąc tym samym silnik przed nadmiernym przegrzaniem.

Styczniki w prostych aplikacjach

Po odpowiednim zabezpieczeniu układu elektrycznego, kolejnym istotnym etapem jest wprowadzenie elementów umożliwiających sterowanie jego pracą. Najważniejszą rolę w tym zakresie odgrywa stycznik – urządzenie, które po zasileniu cewki elektromagnetycznej zamyka swoje tory główne, pozwalając na przepływ prądu i uruchomienie podłączonego sprzętu.

W przypadku mniej wymagających aplikacji doskonale sprawdzają się styczniki z podstawowych linii produktowych, takich jak seria Easy od Schneider Electric. Gama ta oferuje doskonały stosunek ceny do jakości, co czyni ją popularnym wyborem wśród klientów szukających oszczędnych i skutecznych rozwiązań.

Styczniki w środowisku przemysłowym

W przemyśle ogromne znaczenie mają niezawodność i trwałość urządzeń, w aplikacjach wymagających intensywnej eksploatacji oraz zaawansowanego sterowania. W takich warunkach doskonale sprawdzają się styczniki, które nie tylko wytrzymują miliony cykli pracy, ale także zapewniają możliwość integracji z nowoczesnymi systemami automatyki. Przykładem takich urządzeń są styczniki z serii TeSys Deca, które spełniają rygorystyczne wymagania dotyczące wydajności, elastyczności i bezpieczeństwa. Oto ich najważniejsze specyfikacje:

• trwałość mechaniczna – styczniki TeSys Deca oferują wyjątkową wytrzymałość, osiągając trwałość na poziomie 30 milionów cykli przy pracy z częstotliwością 60 cykli na minutę.
• praca z układami sterowania – cewki niskoprądowe umożliwiają bezpośrednią współpracę z programowalnymi sterownikami PLC, eliminując konieczność stosowania dodatkowych przekaźników.
• rozbudowa funkcjonalności – wbudowane styki pomocnicze (NO+NC) oraz moduły z dodatkowymi stykami pozwalają na elastyczne rozszerzanie funkcji stycznika, dostosowując go do specyficznych wymagań aplikacji.
• lustrzana konfiguracja – funkcja lustrzanych styków gwarantuje, że sygnał styku zawsze odzwierciedla rzeczywisty stan urządzenia, nawet w sytuacji sklejenia torów głównych.

Dzięki temu zapewniają wieloletnią, bezawaryjną eksploatację w wymagających warunkach.

Skomplikowane aplikacje i aparaty monoblokowe

W zaawansowanych aplikacjach napędowych, gdzie wymagania dotyczące ochrony są wyższe, doskonałym rozwiązaniem są aparaty kombinowane, które łączą funkcję sterowania, ochronę termiczną oraz zabezpieczenie przeciwzwarciowe w jednym urządzeniu. Konstrukcja monoblokowa takich urządzeń, jak TeSys Ultra od Schneider Electric, pozwala zaoszczędzić miejsce oraz skrócić czas instalacji. Zintegrowana elektroniczna nastawa zabezpieczeń termicznych zapewnia precyzję działania i odporność na zmienne warunki otoczenia. Dodatkowo system można łatwo rozbudować o moduły wspierające, takie jak funkcje rozruchu silników dwukierunkowych, co zwiększa jego wszechstronność.

Przemysł 4.0 i wykorzystanie styczników IoT

TeSys Island to innowacyjne rozwiązanie umożliwiające inteligentne zarządzanie obciążeniami w systemach przemysłowych, zwiększające wydajność napędów i upraszczające proces sterowania. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych styczników TeSys Deca system cechuje się wysoką niezawodnością i wszechstronnością. Pozwala na precyzyjną diagnostykę silnika, rozpoznając przyczyny awarii, takie jak blokada, przeciążenie czy suchobieg, a zintegrowane zabezpieczenia elektroniczne działają na podstawie cyfrowych ustawień. Wyspa stycznikowa obsługuje komunikację z automatyką poprzez popularne protokoły, takie jak EthernetIP, ModbusTCP, Profinet czy Profibus. Dodatkowo, zastosowanie TeSys Island redukuje koszty montażu, okablowania oraz serwisowania dzięki mniejszej liczbie elementów w układzie i sprawnej diagnostyce.