Domů Elektrotechnický magazín Časopis Etm Energetika Řízení pohonů polovodičovými spínači Sirius pro delší životnost zařízení

Řízení pohonů polovodičovými spínači Sirius pro delší životnost zařízení

Tisk Email
Hodnocení uživatelů: / 0
NejhoršíNejlepší 
Napsal uživatel Ing. Zdeněk Bekr, Siemens, s.r.o.   
Středa, 24. červen 2009
sirius_titlInovovaná řada jednofázových a třífázových polovodičových spínačů Sirius 3RF2 z produkce společnosti Siemens se osvědčila při častých a bezhlučných spínáních ohmických zátěží, např. topných odporových tyčí. Již od roku 2004 nachází uplatnění na trhu především při výrobě a zpracování plastů, na průmyslových sušičkách a pecích nebo na tiskařských strojích. Pro časté spouštění motorů jsou vhodným řešením polovodičové spínače Sirius 3RF24, které přesvědčí téměř neomezenou životností, bezhlučným spínáním, splněním požadavků na elektromagnetickou kompatibilitu a konstrukcí vhodnou pro nasazení do průmyslových provozů.

Minimálně 100 miliónů sepnutí
Polovodičové spínací přístroje samozřejmě nenahradí tradiční elektromechanické stykače a relé ve všech aplikacích. Osloví patrně výrobce zařízení a strojů, kteří hledají hospodárnější řešení vzhledem k životnosti zařízení. Rozhodujícím parametrem je přitom četnost spínání. Orientační ukazatel, který rozhoduje ve prospěch polovodičového spínání, je četnost spínání cca 1000 spínacích cyklů za hodinu. Největší předností polovodičového stykače při řízení asynchronního motoru je předpokládaná vysoká životnost. Zatímco průměrná hodnota životnosti neboli elektrické trvanlivosti u elektromechanického stykače činí 3 až 5 miliónů spínacích cyklů, mohou polovodičové stykače nabídnout mnohem více: 100 miliónů spínacích cyklů. Skutečná životnost však závisí na konkrétních podmínkách v místě instalace.

sirius_2
Obr.1: Motorový vývod tvořený polovodičovým stykačem 3RF24 a elektronickým nadproudovým relé 3RB20, které chrání motor při přetížení

Hermetické zapouzdření a vysoká četnost spínání
Polovodičové spínače sice nepodléhají mechanickému opotřebení, ale kritickým místem je spojení vývodů tyristoru s připojovacími svorkami přístroje. Mechanické namáhání, kterému jsou tyto spoje vystaveny, je způsobeno kolísáním teploty v závislosti na velikosti ztrátového výkonu. Proto se v úvodním odstavci píše o „téměř neomezené životnosti“. Nicméně životnost polovodičových spínačů  je přibližně dvacetkrát vyšší než u tradičního stykače a nezávisí na četnosti spínání. Hermetické zapouzdření se ukázalo jako velmi praktické řešení např. v silně znečištěném prostředí sléváren, při zpracování kovů nebo v potravinářských provozech. Nedochází totiž k usazování prachu a dalších nečistot jako na kontaktech stykačů.

Nabídka společnosti Siemens obsahuje polovodičové stykače pro přímé spouštění motorů do 7,5 kW v sítích do 400 V. Stykače do výkonu 2,2 kW jsou široké 45 mm, a proto mohou být stykače Sirius 3RT ve stávajících motorových vývodech snadno vyměněny za polovodičové stykače 3RF24. Pro motory s výkony od 2,2 kW do 7,5 kW je polovodičový stykač široký 90 mm.

Kompaktní reverzační stykače
Co se zastavěného místa v rozváděči týká, jsou pro uživatele zajímavé reverzační stykače pro motory do 3 kW. Také toto kompaktní provedení je hermeticky zapouzdřeno. Polovodičový stykač pro změnu směru otáčení pohonů do výkonu 2,2 kW má šířku 45 mm, pro větší výkony je opět široký 90 mm. Především u dopravníků se poměrně často mění směr otáčení malých motorů a k tomu jsou ideální právě kompaktní reverzační polovodičové stykače.

sirius_3
Obr.2: Motorový vývod tvořený polovodičovým stykačem 3RF24 a jističem 3RV10 zajišťuje ochranu motoru při zkratu i přetížení

Polovodičové stykače Sirius 3RF24 pro spouštění motorů jsou řízeny ve dvou fázích, třetí fáze je průchozí (neřízená). Každá z řízených fází obsahuje dva antiparaleně zapojené tyristory. Ztrátové teplo odvádí vestavěný chladič. Při dimenzování polovodičového stykače je nutné vzít v úvahu minimální hodnotu spínaného proudu, která je 0,5 A. Tato hodnota je fyzikálně podmíněna vlastnostmi polovodičových přechodů tyristoru. Pokud polovodičová vrstva není dostatečně napájena, krátce po zapnutí přestane proud tyristorem opět protékat. Kdyby se motor i přesto rozběhl, během chodu motoru může docházet k přerušování proudu tyristorem, což se zpravidla projeví kolísáním otáček nebo zastavením motoru.

Polovodičové spínací přístroje nezaručují galvanické oddělení, protože ve stavu vypnuto protéká tyristory malý zbytkový proud. Jeho hodnota je přibližně 2 mA v každé řízené fázi. Jedná se opět o fyzikální vlastnost polovodičového přechodu tyristoru. Ve stavu zapnuto mají tyristory ztrátový výkon asi 1 W na 1 A spínaného proudu. Na první pohled vychází tedy porovnání ztrátového výkonu ve prospěch elektromechanických stykačů (0,4 až 1,2 W). Přičteme-li k tomu však příkon cívky malého stykače cca 4 W, představuje polovodičový stykač právě při spínání menších pohonů rovnocenné řešení.

„Až na prvním místě“ stojí otázka hospodárnosti - srovnáváme-li čistě pořizovací cenu, je polovodičové spínání čtyřikrát až pětkrát dražší než tradiční s elektromechanickými spínacími přístroji. Zda se nasazení dražších přístrojů vyplatí, rozhoduje proto posouzení konkrétní aplikace, neboť výrobce a provozovatel zařízení získávají jednoznačnou výhodu v podobě delší životnosti motorového vývodu.
Při rozhodování se doporučuje „systémové“ posouzení celku: vývojář nebo vedoucí provozu musí určit převládající provozní podmínky, předpokládanou životnost zařízení a veškeré náklady související s případnou výměnou opotřebovaných stykačů. Rozhodování, zda tradiční nebo polovodičový stykač, bude potom cílenější a podložené jednoduchou ekonomickou rozvahou.
Kromě toho existují specifické aplikace, které již předem vyžadují nebo naopak vylučují některá řešení. Například při provozu indukčních pecí vznikají v jejich blízkosti silná magnetická pole, která ruší spolehlivé spínání přístrojů s elektromagnetickým ovládáním. Pokud v tomto případě uživatel použije polovodičové stykače, nemusí zajišťovat dodatečná opatření, která zamezí působení magnetických polí. Vyšší pořizovací cena polovodičového stykače je tak kompenzována.

sirius_4
Obr.3: Polovodičové reverzační stykače 3RF24 - vlevo pro motory do 2,2 kW o šířce 45 mm, vpravo pro výkony do 3 kW o šířce 90 mm

Alternativní řešení: polovodičové spínače
Srovnání elektromechanických stykačů s polovodičovými se nesmí omezit pouze na pořizovací cenu. Řešení s polovodičovými stykači pro spínání motorů jsou hospodárnější a mohou být prostorově úspornější. Shodné konstrukční velikosti, způsoby připojení a stejná poloha připojovacích svorek zaručují nejen snadnou náhradu jednotlivých přístrojů, ale také kompletní přezbrojení strojů a zařízení.
Motorové vývody lze sestavit z jističe Sirius 3RV nebo nadproudového relé, které se s polovodičovým stykačem spojí mechanicky a elektricky pomocí standardního příslušenství Sirius 3RA19.
Řídicí obvod polovodičového stykače umožňuje ideální přizpůsobení parametrům výstupních karet řízení (PLC). Má nízký příkon, typický odběr proudu je 20 mA, pracovní napětí DC 24 V s tolerancí 15  až 30 V nebo AC 110 až 230 V s tolerancí 90 až 253 V a krátkou dobu odezvy na řídicí signál (1 ms).
Díky dvacetkrát vyšší životnosti je použití polovodičových spínačů spojeno s menšími nároky na údržbu a vyšší provozní pohotovostí zařízení.

Nejvyšší kvalita
Polovodičové spínače Sirius jsou zhotoveny na plně automatizovaném výrobním zařízení s nulovým podílem ruční práce, mají tedy prvotřídní kvalitu. Volbou vhodných materiálů a vybraných polovodičů jsou zajištěny optimální technické parametry jako např. ztrátový výkon a přechodový tepelný odpor polovodič – chladič. Přístroje proto mohou být instalovány na nejrůznější chladiče a hravě zvládnou požadavky produktové normy EN 60947-4-3 týkající se jmenovité zatížitelnosti. Také v náročných podmínkách průmyslových napájecích sítí se polovodičové spínače Sirius v mnoha případech objedou bez dodatečné ochrany proti přepětí, protože jsou osazeny tyristory s vysokým závěrným napětím.
 
insio


insio


insio

Naše další portály:

1

02

03

04

Buďte stále v obraze:

Chci odebírat novinky