Bruke mykstartere til å løse utfordringer forbundet med motoroppstart og cybersikkerhet

Trefasede asynkronmotorer som drives av vekselstrømslinjen (AC-linjen) og har en klassifisert effekt på titalls til hundrevis av hestekrefter (HP), er drivkraften i mange kommersielle og industrielle konstruksjoner. De har vanligvis motordriverstrømmer som varierer fra rundt 10 ampere (A) til over 1000 A, ved linjespenninger fra litt over 200 volt AC (V_AC) til så høyt som 700 V_AC. Problemet for konstruktører er at når disse starter, trekker de store innkoblingsstrømmer som kan skade motoren og påvirke lasten.

En styringsenhet for mykstart mellom vekselstrømslinjen og motoren styrer denne innkoblingsstrømmen ved å styre motorens oppstartsakselerasjon og dreiemoment, og optimaliserer dermed motorens ytelse og minimerer uønskede konsekvenser. Mer avanserte mykstartere legger til avanserte funksjoner som maksimerer ytelsen, gir elektrisk og termisk beskyttelse, har en rekke robuste tilkoblingsalternativer og beskytter mot nettangrep.

Denne artikkelen skisserer funksjonene til en mykstarter. Den introduserer og viser deretter hvordan Altivar Soft Starter ATS480-styringsenhetene fra Schneider Electric kan brukes.

Mykstarter-funksjoner

En mykstarter brukes med en motor for å redusere innkoblingsstrømmen og styre dreiemomentet under oppstart i en overgangsperiode. Den øker gradvis spenningen som påføres motoren, noe som resulterer i jevn akselerasjon med minimale rykk (graden av endring i akselerasjon).

Startere tilbyr vanligvis en forsyning som muliggjør brukerjustering av startdreiemomentet og akselerasjonstiden for å passe forskjellige konstruksjoner. De kan redusere startstrømmen betydelig for å oppnå igangsetting og holde tilbake strømmen under akselerasjon.

Nyere mykstartere tilbyr tilleggsfunksjoner som øker virkningsgraden, opprettholder høy effektfaktor (PF – power factor) ved hjelp av dynamisk PF-korreksjon, forbedrer elektrisk sikkerhet, detekterer linje- og motoravvik, gir nettverkskonnektivitet og løser cybersikkerhetsproblemer.

Et eksempel på egenskapene og funksjonene til toppmoderne mykstartere, er «Altivar Soft Starter ATS480»-serien fra Schneider Electric (figur 1).

Figur 1: Altivar Soft Starter ATS480-serien legger til mange avanserte egenskaper i kjernefunksjonaliteten. (Bildekilde: Schneider Electric)

Disse enhetene har seks tyristorer og en styringsalgoritme for dreiemoment for å styre akselerasjon, retardasjon og stans av trefasede asynkrone kortslutningsmotorer på opptil 900 kilowatt (kW). Det brede spekteret av modeller i denne serien støtter driftsspenninger fra 208 til 690 volt og strømnivåer fra 17 til 1200 A. Alle enheter oppfyller verdensomspennende standarder, sertifiseringer og forskriftsmessige mandater som definerer ytelse, sikkerhet, virkningsgrad, elektromagnetisk kompatibilitet (EMC), forurensningsgrad og slag og vibrasjoner.

ATS480-enhetene har mange forskjellige typer vern for linje, starter og last, deriblant:

• Fasesvikt (linje)
• Integrert varmebeskyttelse (motor)
• Varmebeskyttelse (starter)
• Strømoverbelastning (motor)
• Underbelastning (motor)
• Overdreven starttid, låst rotor (motor)
• Motorfasetap (motor)
• Fasetap for linjetilførsel (linje, motor)
• Varmebeskyttelse (motor) via direkte tilkobling til en termistor med positiv temperaturkoeffisient (PTC – positive temperature coefficient) eller platina 100 (PT100)-motstandstemperaturdetektor-probe (RTD – resistance temperature detector) med 2 eller 3 ledere

Det er mange muligheter for kretstilkobling for å imøtekomme de ulike behovene til målkonstruksjonene. For eksempel er en grunnleggende konfigurasjon rettet mot lokal styring i tilfeller der det er ønskelig å kreve manuell intervensjon for å starte på nytt etter en feilnullstilling, selv under fjernstyring (figur 2). Her trykker operatøren på S3-trykknappen for å starte på nytt.

Figur 2: Her vises ett av mange kablingsalternativer for mykstarteren. Brukeren må manuelt initiere en omstart etter en feilnullstilling ved å trykke på S3. (Bildekilde: Schneider Electric)

Spesifikasjonene for komponentbetegnelsene er definert i tabell 1.

Tabell 1: Her vises komponentbetegnelsene for figur 2. (Bildekilde: Schneider Electric)

ATS480-enhetene har også frittstående, normalt åpne (NO – normally open) og normalt lukkede (NC – normally closed) elektromekaniske relékontakter klassifisert til 2 A / 250 V_AC og 30-volts digitale utganger med åpen kollektor. Disse kontaktene og utgangene forenkler implementeringen av tilleggsfunksjoner, for eksempel indikatorlamper eller hjelpeutstyr.

Konnektivitet og cybersikkerhet

I tillegg til avansert mykstarter-funksjonalitet, støtter alle ATS480-enheter et bredt utvalg av tilkoblingsalternativer. Hver ATS480-enhet har to RJ45-porter for tilkobling til konfigurasjons- og fastvareoppdateringer og et eksternt terminaldisplay for ren tekst eller grafikk. Hver av disse er også utstyrt med ett spor for en ekstra kommunikasjonsmodul som støtter Modbus TCP-, Ethernet/IP-, CANOPEN-, Profinet- eller PROFIBUS DP-formatene.

Det er ikke til å unngå at denne tilkoblingen medfører sikkerhetsproblemer. For å håndtere disse, kommer serien integrert med «beste praksis for cybersikkerhet» i enhetene for å beskytte mot bevisst skade (hacking) og velmenende, men uforsiktige aktiviteter fra ansatte eller innleide firmaer. Disse beskyttede tiltakene omfatter kontoadministrasjon, inkludert brukerautentisering og -autorisasjon, og flere lag med passordbeskyttelse. Det er også overlagte begrensninger på ulike porter, funksjoner og kilder.

Sikkerhet på høyere nivå omfatter dyptgående, proaktive forsvar for å håndtere cybersikkerhetsrelaterte hendelser, inkludert detaljerte tids- og brukerstemplede aktivitetslogger. Ektheten til den installerte fastvaren og alle oppgraderinger forbedres av digitalt signert fastvare og kryptografiske nøkler. Dette sikrer at gyldig fastvare brukes ved hver oppstartssyklus.

Menneske-maskin-interaksjon (MMI) er også tatt hensyn til

I tillegg til omfattende konnektivitet, trenger mange mykstart-installasjoner også tilrettelegging for umiddelbar og direkte operatørtilgjengelighet. Denne tilgangen begynner med en grunnleggende igangsetting av KJØRING (RUN) og STANS (STOP) via frittstående, svært synlige og tydelig merkede brytere på eller i nærheten av motoren eller installasjonen. Disse er ofte pålagt av regulatoriske sikkerhetsstandarder.

For å implementere disse kravene, kan ATS480-enhetene kables med to uavhengige brytere for kjøring og stans eller en enkelt kjøre/stans-bryter (figur 3).

Figur 3: Mykstarteren kan kobles slik at den bruker to uavhengige stans- og kjør-trykknapper eller én bryter med dobbeltrolle. (Bildekilde: Schneider Electric)

For grunnleggende oppsett, kjøring og utspørring, kan konstruktører bruke VW3A1113, en åttelinjers displayterminal for ren tekst (figur 4). Ved å bruke den tilgjengelige RJ45-kontakten, kan terminalen kobles til og monteres på forsiden av mykstarteren eller monteres på en kabinettdør med eksternt monteringstilbehør.

Figur 4: VW3A1113-displayterminalen for ren tekst kobles til mykstarteren ved å bruke den medfølgende RJ45-kontakten, og den støtter grunnleggende oppsett-, kjøre- og utspørringsfunksjoner. (Bildekilde: Schneider Electric)

Denne flerspråklige enheten (engelsk, fransk, spansk, italiensk, tysk og kinesisk, samt andre tilgjengelige språk via nedlasting) krever et passord for å logge på for å sikre systemsikkerhet. Når den er tilkoblet, kan den brukes til å gjøre følgende:

• Kontrollere, justere og konfigurere mykstarteren
• Vise gjeldende verdier for motor, inngang/utgang og maskindata
• Lagre og laste ned konfigurasjoner
• Duplisere konfigurasjonen for én strømsatt mykstarter til en annen som også er strømsatt

For mer avansert diagnostikk, styring, overvåking og filbehandling, kan Schneiders Device Type Manager (DTM) og SoMove-programvare brukes med et PC-basert grafisk terminaldisplayoppsett.

Klassifisert effekt dikterer kapsling og formfaktor

Selv om enhetene i Altivar Soft Starter ATS480-familien har de samme funksjonene, egenskapene, brukergrensesnittene og tilkoblingsmulighetene, varierer de når det gjelder effektnivåene som kreves for drift. Dette dikterer riktig innkapsling og formfaktor, som lett kan ses ved å se på seriens enheter med den laveste og høyeste effekten.

ATS480D17Y (figur 5, venstre) er klassifisert for å forsyne og styre trefasede AC-motorer som har en strøm på 17 A fra en AC-linje på 208 til 690 V_AC, og den bruker en styringsforsyning på 110 til 230 V_AC. Den er 275 millimeter (mm) høy, 160 mm bred, 8 mm dyp, og den veier litt under 5 kg.

Figur 5: Den minste (venstre) og den største (høyre) enheten i Altivar Soft Starter ATS480-familien er funksjonsmessig like, men omfatter et bredt spekter av spesifikasjoner for strømbelastbarhet og vekt. (Bildekilde: Schneider Electric)

ATS480M12Y (figur 5, høyre) er til sammenligning klassifisert for en langt kraftigere linje på 1200 A og 208 til 690 V_AC, og den bruker en styringsforsyning på 110 til 230 V_AC. Selv om den har egenskaper og funksjoner som er nesten identiske med 17 A-enheten, er den mye større med en høyde på 890 mm, en bredde på 770 mm, en dybde på 329 mm og en vekt på 115 kg.

Konklusjon

Mykstartere er en viktig forbindelse mellom den flerfasede AC-linjen og middels-til-større trefasede AC-motorer, der de håndterer innkoblingsstrømstøt. Altivar Soft Starter ATS480-familien fra Schneider Electric støtter motorer fra 17 A til 1200 A, med omfattende nettverkskonnektivitet og forbedret cybersikkerhet. De har også ulike funksjoner for å forbedre ytelsen, sikkerheten og påliteligheten.