Автоматическое включение резервного двигателя при помощи устройства плавного пуска
Устройства плавного пуска и торможения – устройства, которые позволяют ограничить пусковые токи, выполняют плавную остановку двигателя, а также включают в себя функции защиты ЭД. При малых мощностях нет смысла ставить данные устройства, можно обойтись пускателем.
Сегодня речь пойдет об автоматическом запуске резервного двигателя при остановке рабочего. Разумеется, двигатели большой мощности, которые нужно включать при помощи устройств плавного пуска.
Предположим у нас есть два вентилятора. Один из них рабочий, второй резервный, который включается автоматически при аварии основного вентилятора.
Вначале необходимо выбрать производителя устройств плавного пуска. Я остановился на Schneider Electric. Почему Schneider Electric? Потому что на него мне удалось получить всю необходимую документацию, в том числи руководство пользователя. Имея на руках необходимую информацию, можно приступать к построению схемы. Чтобы правильно сделать схему, нужно знать как работает данное устройство.
Будем использовать серию Altistart 22.
Сначала хочу привести схему из руководства пользователя.
Устройство Altistart 22 в цепи питания двигателя
Данная схема позволяет выполнять пуск, останов и защиту одного трехфазного асинхронного электродвигателя. За основу я взял эту схему. Ее еще называют схемой двухпроводного управления. Немного упростил ее, выбросил «ненужные» элементы и получил схему управления двумя двигателями, в которой резервный двигатель включается по аварии рабочего.
Схема автоматического включения резервного двигателя
Итак, разберем подробно полученную схему.
Кулачковый переключатель SA1 указывает, какой двигатель будет рабочим, а какой резервным. Перед началом работы мы устанавливаем переключатель SA1 в нужное нам положение. Схему в лучшем качестве можно скачать здесь. Там же представлена коммутационная программа переключателя SA1.
Кулачковый переключатель SA2 служит для включения (отключения) автоматического режима, т.е. в выключенном состоянии в случае аварии второй двигатель не запустится. Включать резервный двигатель придется вручную.
Кнопочный пост SB служит для пуска, останова и сигнализации работы двигателя. Он состоит из кнопки с двумя замыкающими контактами и двух сигнальных ламп. Кнопка должна быть с фиксацией! В случае работы рабочего двигателя горит HL1, если же работает резервный двигатель горит HL2.
Для реализации автоматического включения резервного двигателя и использовал внутреннее реле R2 устройства плавного пуска, которое по неисправности отключается.
Контакторы КМ1 и КМ2 служат для отключения силовой нагрузи в случае аварии. При аварии контакт R2A-R2C размыкается и контактор отключается, R2B-R2C включает резервный двигатель.
Для лучшего понимания работы Altistart 22 приведу еще диаграмму работы при двухпроводном управлении.
Временная диаграмма работы двигателя
Как видим из диаграммы двигатель будет находиться в рабочем состоянии в случае, если контактор КМ1 (КМ2) включится, т.е. будет подано питание на устройство плавного пуска и кнопка S1 нажата. Кнопка S1 подает напряжение +24В на вход LI2.
Стоит также отметить, что сигнальные ламы должны быть рассчитаны на напряжение 24В и потреблять ток не более 30мА, а лучше 15-20мА (по каталогу примерно столько она и потребляет). Дело в том, что внутренний источник питания 24В ограничен током 42мА. 8мА необходимо для дискретного входа LI2. В случае невозможности подключения сигнальной лампы подобным образом, схема немного усложнится.
А сейчас самое интересное 
В данной схеме есть небольшая ошибка, которую очень легко устранить. Найдете…пишите, а также мне будет интересно ваше мнение по данной схеме, возможные альтернативные решения данной проблемы.
Автоматический ввод резерва
Содержание
Простые системы АВР
Простейшая схема АВР показана на рисунке ниже:
В данной схеме используется электромагнитное реле или контактор K1 с одним переключающим контактом. Обычно такая схема применяется в однофазных сетях с небольшим током нагрузки. В данной схеме катушка реле питается от основного ввода, и в нормальном режиме его сердечник притянут, левый по схеме контакт К1 замкнут, правый разомкнут. При пропадании напряжения на основном вводе катушка реле отпускает сердечник, левый контакт размыкается, а правый становится замкнутым. Питание на нагрузку поступает от резервного ввода.
Данная простейшая схема имеет множество недостатков, и обычно в таком виде не используется. Главная причина — то, что при значительных колебаниях напряжения в сети, реле будет часто переключаться, что неблагоприятно как для самого реле, так и для питающихся электроприборов. В дальнейшем будут рассмотрены более сложные и более надежные схемы АВР.
Представленная ниже схема автоматического включения резерва, в отличие от предыдущих, более применяемая, и годится уже для системы электропитания в частном доме или его части, коммутируемая нагрузка вполне может составлять десятки киловатт:
В данной схеме устранены предыдущие недостатки, и ее можно рекомендовать как базовую для применения в домах, коттеджах, административных и производственных зданиях с потребляемой мощностью до 100 кВт.
Описанная ниже схема электропитания является исключительно простой. Она может применяться для электроснабжения хозяйства с малой потребляемой мощностью, порядка нескольких киловатт
Вот такая схема:
Разберем ее подробно. В рабочем состоянии автоматы SA1 и SA2 включены. При наличии на основном вводе на К1 поступает питание, его контакт К1.1 замкнут, и потребители получают питание через него. В случае исчезновения напряжения реле К1 обесточивается, К1.1 размыкается, а К1.2 наоборот, замыкается. Схема готова к питанию от резервного источника и, при наличии на нем напряжения, подача электроэнергии потребителям возобновляется.
В качестве К1 нужно выбирать мощное реле, которое достаточно дефицитное. Обычно предлагаются реле на коммутируемый ток до 16А. На большие токи можно в качестве К1 взять контактор, но не любой, у него должен быть размыкающий (в просторечии «нормально замкнутый») силовой контакт. Поэтому данная схема и предлагается для маломощных, до 16А, подключений. Если у реле есть несколько контактных групп, то можно их запараллелить, но такое редко делается, обычно для больших токов берется схема с реверсивным пускателем либо на симисторах. В промышленности применяются более сложные схемы — придет время, мы их тоже рассмотрим.
К недостаткам данной схемы можно отнести то, что катушка К1 включена до прибора учета, что может не понравиться энергопоставщику, но это легко устранить, переставив счетчик выше по схеме, это будет учтено далее, здесь же ошибка пусть остается, как напоминание.
Схема, лишенная указанных недостатков, будет показана ниже. Здесь тоже не обошлось без контактора с размыкающими силовыми контактами.
Предлагаемая схема на основе контактора 2з+2р типа VS463-22 позволяет использовать ее при токах до 63А:
Схема отличается дешевизной и простотой, в ней исправлены недостатки предыдущей схемы:
В схеме используется контактор VS463-22-230. Здесь, в отличие от предыдущей схемы, коммутируется как фазный, так и нулевой провода, что исключает попадание тока от генератора в сеть. Один замыкающий контакт К1.1 включен до катушки, что не позволит контактору самопроизвольно включаться при повторном появлении напряжения на главном вводе после отключения. При появлении напряжения на основном вводе, чтобы заново запитаться от него, нужно кратковременно нажать кнопку SB1, после чего контактор включится и замкнет контакты К1.1 и К1.2, одновременно с этим разомкнет К1.3 и К1.4.
При пропадании напряжения на главном вводе К1.1 и К1.2 отключаются, а питание в дом поступает от резерва через К1.3 и К1.4. В качестве резерва используется какой-либо автономный источник электроэнергии, поэтому он подключается, минуя счетчик. Если резервный источник настроен так, что он автоматически отключается при возобновлении питания на основном вводе, то схему нужно изменить — убрать кнопку SB1, а К1.1 перенести ниже по схеме, в разрыв фазного провода непосредственно перед Q1, а катушку запитать напрямую к выходам счетчика. Впрочем, такая схема со схемой запуска резервного генератора будет скоро опубликована отдельной статьей.
Добавлю, что потребляет катушка около 5 Ватт, стоит контактор около 2500 рублей.
Где купить реле и контакторы?
На момент написания данной статьи, пожалуй, единственный интернет-магазин (в России), в котором подобные комплектующие имеются всегда в достаточном ассортименте и по нормальным ценам — это АВС-электро
Алгоритмы систем АВР
Система АВР должна работать по определенному алгоритму, учитывающему возможное поведение оборудования и внешние факторы. Приводится типичная блок-схема бытовой системы АВР
Вот примерно по такому алгоритму должна работать простая система АВР с резервным двигатель-генератором:
При сбое в электроснабжении система сначала выжидает несколько секунд и, если положение не нормализовалось, идет команда на запуск автономного генератора. Начинается отсчет времени, необходимого для запуска приводного двигателя. На нашей схеме ожидание равно 20 секундам, но может быть и другим, в зависимости от конкретного двигателя.
В случае удачного запуска, если никакая защита не обнаруживает ненормальных режимов, идет отключение потребителя от питающей сети, и после этого — подключение к резервному источнику, который к этому времени уже запущен, и готов принять нагрузку. После этого потребители начинают работать от резервного источника электропитания.
В случае неудачного запуска делается пауза в 10 секунд и после этого предпринимается попытка повторного запуска. А в случае и второй неудавшейся попытки предпринимается третья по тому же алгоритму. В случае третьей неудачи попытки запуска прекращаются, а сигнализация показывает, что двигатель запустить не удалось.
При восстановлении электроснабжения на основном вводе выжидается одна минута и, если за этот промежуток времени сбоев не происходит, то питание переключается на основной ввод. Двигатель генератора еще 2 минуты работает и, если на основном вводе все нормально, генератор останавливается.
Развивая тему АВР с бензогенератором в качестве резервного источника питания, предлагаю на ваш суд практическую схему с автоматическим запуском генератора и автоматическим переключением питания с сети на автономный источник и обратно
Собственно, схему я уже публиковал здесь, и она представляет собой не идеальное, но вполне работоспособное решение. К недостаткам можно отнести всего лишь одну попытку запуска. При неудаче повторную попытку можно произвести, только сбросив схему с помощью кнопки. Хотя при появлении напряжения на главном вводе, схема сбрасывается самостоятельно.
Безусловно, подобное решение можно сделать и с помощью микроконтроллеров, но для понимания логики и наглядности удобней изучать релейную схему.
Секционированные системы АВР
Теперь о секционированных системах АВР. Характерные признаки таких систем — разделение нагрузки на две или более независимых питающих линии. В случае выхода из строя одного из вводов, его нагрузка подключается к исправному.
Такая схема более гибкая и удобна для ремонтных и профилактических работ. Так как оба ввода в работе, отпадает необходимость следить за готовностью резервной линии к принятию нагрузки. Но наличие в схеме секционного выключателя или контактора несколько усложняет ее. Несмотря на это, схема с двумя секциями в настоящее время самая распространенная в распредустройствах как низкого, так и высокого напряжения.
На схеме ниже показана основа сенкционированной АВР:
Кратко: SA1 и SA2 — автоматы, защищающие свои линии, К1-К3 — контакторы, либо выключатели с дистанционным управлением. Пока все просто, но надо обеспечить работу К1-К3 по определенному алгоритму. При кажущейся простоте, здесь много подводных камней, поэтому нет единой универсальной схемы управления, и немного позже мы рассмотрим несколько вариантов реализации двухсекционной системы автоматического включения резерва.
Ниже приведена схема АВР двухсекционной системы с минимальным количеством элементов и с простейшей логикой:
Как видим, всю логику решают два контактора. Когда напряжение присутствует на обеих вводах, каждая секция питается от своего ввода. Это нормальный режим работы. В случае пропадания напряжения на одном из вводов отключается соответствующий контактор (К1 или К2). При этом секция отключается от своего ввода (контактом К1.1 или К2.2) и подключается к другому, рабочему, вводу соответственно контактом К1.2 или К2.2. При возобновлении питания контактор срабатывает и схема возвращается в исходное состояние.
При практическом использовании данной схемы, в первую очередь, нужно учитывать, что недопустима ситуация, когда замыкающий контакт уже замкнул цепь, а размыкающий еще не разомкнул. Поэтому нужно очень внимательно подойти к выбору контакторов. Также желательно, чтобы вводы были сфазированы, чтобы, если вдруг такое произойдет (например, приварились контакты), облегчить последствия. В дальнейшем мы будем совершенствовать схему, добавим выдержки времени и различные блокировки.
АВР на двух контакторах или магнитных пускателях
На двух контакторах можно реализовать очень простую и понятную схему автоматического резервирования электропитания:
Схема очень простая, предназначена для однофазных цепей. Минимум деталей, тем не менее схема готова к практическому использованию. Порядок работы: включаем поочередно SA1 и SA2. Если напряжение было на вводе 1, то оно будет питать нагрузку, ввод 2 будет резервным. В этой схеме нет явно выраженных основного и резервного ввода. При исчезновении напряжения на одном из вводов питание переключится на другой. При повторном появлении напряжения на отключенном вводе ничего не произойдет до того момента, пока не пропадет напряжение на включенном вводе.
Схема достаточно надежная даже без механической блокировки пускателей, которая, впрочем, тоже не будет лишней. Чтобы переключить питание на другой ввод, достаточно кратковременно отключить питание ввода автоматом SA1 или SA2. Логика работы схемы проста, поэтому описывать особо нечего. Замыкающие контакты контакторов должны быть рассчитаны на полный ток нагрузки, для размыкающих это неважно (можно использовать блок-контакты).
В настоящее время промышленность в большом ассортименте выпускает готовые блоки АВР. В основном, это программируемый контроллер в блоке с выходными реле. Наиболее ходовые и дешевые устройства обычно делаются для монтажа на din-рейку, шириной примерно в 15 стандартных однополюсных автоматов. Рассмотрим одно из них, относительно простое.
Элементы систем АВР
Вот, к примеру, блок ввода резервного питания AVR-01, взятый в качестве иллюстрации к данной статье. Стоит ящичек в районе 150 американских рублей, недорого в общем, так что попробуем разобраться, что он делает, и чего не делает.
Итак, заявленные функции:
Блок контролирует параметры напряжения на основном и резервном вводах питания. Нагрузка подключается к основному
вводу. При аварии на основном вводе нагрузка переключается на резервный. При восстановлении напряжения нагрузка переключается на основной ввод питания.
Функциональные особенности:
1. Контроль чередования фаз.
2. Контроль асимметрии между фазами.
3. Контроль верхнего и нижнего значения напряжения.
4. Контроль состояния контактов контактора.
5. Внешние входы аварийного отключения вводов.
Напряжение питания: 230 В АС(питание от фазы C)
Количество вводов: 2
Максимальный ток контактов реле: 2х8А АС1
Максимальный ток катушки контактора: 2А
Контакт 2х(1Z,1R)
Порог напряжения — регулируемый:
нижний U1 160 — 210 В
верхний U2 230 — 260 В
Время отключения:
для нижнего порога U1 2 сек.
для верхнего порога U2 0,1 сек.
Время переключения с основного
на резервный ввод 0,5 сек.
Время включения основного ввода при восстановлении напряжения, регулируемое 2 сек.- 10 мин.
Ну что тут сказать? Цена соответствует содержанию, на отдельных реле дешевле вряд ли получилось бы. Два восьмиамперных контакта — маловато, но в отдельных случаях позволяет обойтись без дополнительного контактора. Но для случая АВР с самозапуском бензогенератора нужно другое устройство, реализующее более сложный алгоритм, описанный мною в этой статье немного выше.
В продолжение об одном полезном реле для систем АВР.
Крепление осуществляется как с помощью съемных винтовых зажимов, так и стандартно на din-рейку, в зависимости от модификации.
На лицевой панели реле расположен трехдекадный переключатель «Уставка» для установки заданного количества импульсов, поступающих на вход «Y1», индикатор включения напряжения питания «Сеть», индикатор срабатывания встроенного электромагнитного реле «Реле» и DIP — переключатель «Функция» для выбора диаграммы работы и интервала времени, когда будет включено встроенное исполнительное реле. DIP-переключатель состоит из четырех независимых контактных пар (переключателей).
Реле имеет 8 значений выдержки времени, которые выбираются с помощью контактных пар 1,2,3 DIP — переключателя «Функция». Диаграмма работы выбирается с помощью переключателя 4 в соответствии с таблицей. Таблица расположена на боковой стенке устройства.
Когда переключатель 4 находится в нижнем положении, работа реле начинается с «импульса». Встроенное исполнительное реле (далее реле) включается одновременно с подачей питания на прибор и выключается после отсчета заданного количества импульсов (уставки) «N» на переключателе «Уставка».
Время выключения реле определяется установленной выдержкой времени «t» в соответствии с диаграммой. Верхнее положение 4 переключателя соответствует работе реле с «паузы» (при подаче питания реле остается в выключенном состоянии).
Реле включается после отсчета уставки «N» на время установленной выдержки времени «t». Когда реле включено, замкнуты контакты 15-18 и 25-28 и включен желтый индикатор «Реле», когда выключено — замкнуты контакты 15-16 и 25-26, желтый индикатор выключен.
Обнуление сосчитанного количества импульсов или установка реле в исходное состояние во время отсчета установленной выдержки времени осуществляется по переднему фронту команды «Сброс». По заднему фронту команды «Сброс» счет импульсов заново возобновляется. Во время действия команды «Сброс» счетный вход заблокирован. Команда «Сброс» подается на вход «Y2».
Имеется возможность изменения уставки во время подсчета импульсов. При изменении уставки в меньшую сторону и, если сосчитанное количество импульсов оказывается больше значения новой уставки, реле переключится на установленное время «t» согласно выбранной диаграмме работы и вернется в исходное состояние, при этом счетчик обнулится. В других случаях подсчет импульсов будет продолжен до установленного нового значения.
Напряжение питания АСDС24 В подается на клеммы «+А3» и «А2» (причем при постоянном напряжении плюс подается строго на +А3), а напряжение АС220 В — на клеммы «А1» и «А2». Сигналы внешнего сброса и входных импульсов можно сформировать путем замыкания и размыкания клемм «Y1», «Y2» с «А1»при напряжении питании АС220В или клемм «Y1», «Y2» и «+А3»при напряжении питания АСDС24 В. Схема подключения реле приведена на рис.3,4 и на шильдике, расположенном на корпусе реле. При изменении временных интервалов и диаграммы работы реле необходимо выключить.
Из технических характеристик:
- Время готовности не более 0,15 с
- Максимальная частота следования импульсов 25 Гц
- Максимальное коммутируемое напряжение 400В
- Максимальный коммутируемый ток при активной нагрузке 5А
Из схемы подключения видно, что входные импульсы — не что иное, как подача питающего напряжения на входы Y1 и Y2.
Демонстрация работы блока АВР (видео)
Вот хороший и наглядный рассказ о том, как работает блок АВР:
Промышленные системы АВР
Среди отечественных производителей комплексных систем автоматического включения резерва выделяется предприятие ОАО «Контактор», которое поставляет на российский рынок шкафы АВР с различной логикой (секционированное и несекционированное питание, с возможностью подключения дополнительного автономного генератора и т.д.) и элементной базой (схема управления может быть как релейной, так и микропроцессорной).
Силовая часть системы собрана на автоматических выключателях ВА50-45Про номинальным током до 6300 Ампер, производителем которых является тот же «Контактор». Данные устройства предназначены для работы на стороне 0.4 кВ. Схемы АВР в установках выше 1000В тоже широко применяются, но это уже отдельная история.
Блок авр на 2 ввода
Определенный интерес представляет моноблочная конструкция системы автоматического ввода резерва от китайской фирмы ANDELI под названием HATS7. Удобная панель управления позволяет настроить алгоритм работы под нужды клиента, силовая часть системы, показанной на фото слева, рассчитана на токи до 160А. Ну так как китайский ампер будет поменьше нашего (шутка), я бы не пробовал его на длительных токах выше 100А. Панель управления может быть вынесена за пределы щита в более удобное место — например, на дверцу щита. Данный блок АВР можно настроить на работу с двумя линиями либо с одной линией и автономным генератором. Силовая часть — это два автомата либо контактора, которыми управляет приводной механизм. Естественно, электрическая и механическая блокировка имеется. Каким образом это делается на автоматах — смотрите на рисунке справа.
АВР на реверсивном рубильнике с электроприводом
Такая конструкция интересна прежде всего тем, что потребляет электроэнергию только в момент переключения, в отличие от контакторов, реле и т.п. Здесь практически исключена какая-либо вероятность электрического контакта одного ввода с другим. Например, разъединитель с автоматическим переключением серии NH40SZ может работать в следующих режимах:
- Сетевой источник питания – резервный источник питания, автоматическое переключение, самовозврат
- Основной – основной источник питания, автоматическое переключение и самовозврат с тестированием потери фазы
- Основной – основной источник питания, автоматическое переключение и самовозврат с тестированием перенапряжения и минимального напряжения
- Основной источник питания – генератор, автоматическое переключение и самовозврат с тестированием перенапряжения, минимального напряжения и частоты
Использование автономных источников электроэнергии в системах АВР
Там, где резервное электропитание нужно в небольших масштабах и на короткое время, можно воспользоваться аккумуляторными батареями. Но это уже отдельная тема, которой у меня посвящена отдельная статья «Бесперебойники»
Также в целях резервного источника питания можно использовать бензогенератор (как вариант — дизельный, газовый и т.д.). Об этом у меня немного написано здесь: АВР с бензогенератором