Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de [600799]

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 36

CAPITOLUL 3
Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea
parametrilor con vertorului static de frecvenț ă și a
motoarelor asincrone

3.1. Considerente avute în vedere pentru proiectarea
standului

Un sistem complet și coerent de automatizare înse amnă că automatele programabile și
acționările electrice se potrivesc perfect. Într -un as tfel de sistem , convert oarele de frecvență
constituie o interfață ideală către motoarele trifazate. Indiferent dacă sunt integrate într -un
sistem sau sunt utilizate c a dispozitive individuale ("St and alone "), acestora le revin sarcina
decisivă de a converti datele și comenzile în
secvențe corespunzătoare de funcționare a
motorului acționat. Interacțiunea dintre
electronică și mecanică este hotărâtoare
pentru calit atea acționarii. Convert oarele de
frecvență sunt echipate cu funcțiile
necesare într -un design compact și sunt
disponibile în diverse configurații care
acoperă, practic, majoritatea aplicațiilor de
putere de la 0, 18 kW la 132 kW.
Convert oarele sunt agrementate conform
standardelor internaț ionale, ceea c e face
posibilă utilizarea lor in î ntreaga lume [21].
În indu strie ele sunt folosite pe scară
largă atâ t pentru eco nomia de energie pe care o oferă, dar ș i pentru alte avantaje, cum ar fi
înlocuirea completă a cutiilor de viteză mecanice. Dacă acum câ teva zeci de ani o anumită
turație la u n cup lu constant nu putea fi obținută decât cu ajutorul cutiilor de viteză mecanice ,

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 37

în m omentul de față, convertoarele de frecvență permit obț inerea unor plaje foarte largi de
turații , la un cuplu constant si la preț uri mult mai mici [ 24,20 ].
Convert oarele de fr ecvență sunt reglate din fabric ă pentru puterea alocată motorului.
Un avantaj suplimentar al convert oarelor de frecvenț ă este renunțarea la componentele
suplimentare ex terne p entru supravegherea , respectiv protecția motorului. Pe partea de rețea
este necesară numai o siguranță , respectiv nu mai un întrerupător de protec ție pen tru protecția
conductoarelor și la scurtcircuit. Intrăr ile și ieșirile convert oarelor de frecve nță se pot
supraveghea în interiorul echipamentului prin intermediul circuitelor de măsură și reglare , de
ex. supratemperatura , legare la pământ , scurtcircuit , suprasarcină motor , blocaj motor și
supravegherea curelei de transmisie. Chiar și măsurarea temperaturii în înfășurarea motorului
poate fi conectată prin intrarea termistorului în circuitul d e supraveghere a convert orului de
frecvență [21].

3.2. Proiectarea standului

Pentru verificarea practică directă, pe sistemul original a constatărilor teor etice
prezentate până aici, am conceput un sistem de acționare sub forma unui stand ( Figura 3.2)
cu ajutorul căruia s e vor putea desfășura, analiza ș i urmării următoarele aspecte:

Figura 3.2 Standul de probe

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 38

 determinarea modului de funcționare al conve rtoarelor statice de frecvență și
observarea variației tensiunilor de linie și de fază la ieșirea convertorului pentru
diverse frecvențe de lucru;
 analiza caracteristicilor de lucru ale motoarelor asincrone trifazate alimentate de la
o sursă cu frecvență r eglabilă precum și vizualizarea curenților absorbiți de
acestea.
Schema de principiu, în elemente, a instalației concepută pentru realizarea încercărilor
experimentale, precizate mai înainte, este prezentată în Figura 3.3 , în care:

Figura 3.3 Schema de p rincipiu a montajului

 R 3~ – este rețeaua trifazată de alimentare cu energie electrică (400/2 30V, 50Hz)
a laboratorului de acționări electrice;
 CSF – convertor static de frecvență;
 X1 – șirul de cleme pentru a p utea avea posibilitatea conectă rii în para lel a mai
multor motoare pentru o mai bună desfășurare a laboratoarelor ;

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 39

 X2 – șirul de cleme pentru posibilitatea extinderii scheme i prin intercalarea altor
condiții de funcționare ( temperatură, turație , sarcină , etc );
 MA 3~ – motorul asincron trifazat;
 TR – turometrul cu ajutorul că ruia putem stabili turația motoarelor ;
 Calc. – calculator pentru vizualizarea și stocarea datelor achiziționate dotat cu soft
adecvat( de exemplu Fluke 430);
 Op. – operatorul uman care citește și analizează datele asistat de calculator și
execută comenzi ( cm) asupra CSF (de exemplu – reglarea frecvenței) și comanda
panoului central( oprirea aliment ării in caz de urgenț a, posibiliatea de a schimba
CSF-ul dorit pentru acționarea motoarelor);
 Aparat măsură – format din aparatul de măsură a calității energiei electrice –
Fluke 430 sau osciloscop.

3.3. Descrierea standului

Schema electrică de principiu realizată pe baza schemei bloc descrisă î n capitolul
anterior este prezentată î n Figura3.4 și Anexa1 :

Figura 3.4 Schema elctric ă a panoului de comandă

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 40

Standul este compus din tabloul propriu -zis de comand ă pe care găsim elemente de
protecție și comandă pe care le pu tem vizualiza î n Figura 3.5 ( disjunctoare, contactoare ș i
automate pornire motor), cablaje , două convert oare stati ce de frecvență ( unul c omandat prin
sistemul de rezerv ă-Parker 605, iar celălalt cu ajutorul calculatorului – Allen -Bradley) , ieșiri în
cleme ș ir pentru legarea a patru motoare asincrone trifazate cu rotor bobinat și ieșiri î n cleme
șir pentru co mpletarea schemei cu alte condiți i externe de funcț ionare . Două dintre motoare
sunt fabricate de produc ătorul de motoare electrice asincroane Parvalux iar celelalte două de
către ABB.

Figura 3.5 Element e de protecție și comandă

a) Descrierea panoului de comandă

Alimentarea panoului de comandă este realizat cu ajutorul u nei prize aparente , U=400
V , In=25A , tip 3P+N+T (Figura 3.6). Se alimentează astfel , prin intermediul șirului de
cleme X3 , întrerupătorul a utomat general ( notat în schem ă K0 , tip CLS4 , C25/3 tripolar ,
In=25A ). Întrerupătorul automat este un comutator electric automat destinat să protejeze în
aval circuitele electrice împotriva scurtcircuitelor, astfel încât circuitul protejat să nu sufere
stricăciuni din cauza efectelor termice provocate de un curent mai mare decât cel nominal.

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 41

Figur a 3.6 Priză trifazică

Spre deosebire de siguran țele electrice fuzibile, care după fiecare declanșare trebuie
înlocuite (deoarece se arde fuzibilul), întrerupătoarele automate trebuie doar reanclan șate
manual după înlăturarea defectului sau în cetarea stării de suprasarcină .(Figura 3. 7.).

Figura 3 .7 Întrerupă tor automat tripolar

Pentru protecția la supratensiuni se folosește releul de protecție la supratensiuni și de
monitor izare a nulului , tip DPST 3 -2 ( notat F 0 ) în combinație cu bobin a de declanșare tip Z –

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 42

ASA 230 , Ub=230V , care se ataș ează întrerupătorului automat K 0. În caz ul apariției unei
supratensiuni, releul F 0 va realiza alimentarea bobinei de declanșare c are va a cționa asupra
pârghiei înterupatorului automat Q 0 , aceasta ducând la întreruperea alimentării cu energie
electrică a întregii scheme (Figura 3.8).

Figura 3.8 Protecția la supratensiune

Prin ancl anșarea întrerupătorului automat K 0 se vor alimenta pe partea de intrare cele
două întrerupătoare automa te tip CLS4 -C16/3 ( tripolar , In=16A ), fiecare dintre acestea ( Q 11
și Q 21) realizând protecția conductoarelor și la scurtcircuit pentru cele două circuite de forță.
Totodată se realizează și alimentarea întrerupătoarelor autom ate tip PLN4 -C6/1N ( bipolar ,
In=6A ) ce realizează protecția conductoarelor și la scurtcircuit pentru cele două circuite de
comandă , notate în schem ă cu Q 12 , respectiv Q 22.
Prin închiderea înterupatorului Q 11 se realizează alimentarea electrică la bornele de
intrare ale contactorului automat (Figura 3.9 ) tip DIL M 32 -10 cu 3 con tacte + 1 auxiliar NO (
notat K 1 ).

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 43

Figura 3.9 . Contactor automat

Pentru cuplarea contactorului se folosește un bloc cu două butoane ( S1 și S2 ). Prin
apăsarea butonului de pornire S2 se realizează , prin intermediul circuitului de comandă ,
alimentarea bobinei contactorului K1, astfel realizându -se cupl area acestuia. Pentru
automen ținere s-a folosit contactul auxiliar normal deschis al contactorului. Dacă se d orește
întreruperea alimentării , se va acționa asupra butonului de oprire S1 care va duce la
deschiderea alimentării bobinei contactorului și implicit la deschiderea circuitului de forță
(Figura 3. 10).

Figura 3.10 Bloc de comandă PORNIT /OPRIT

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 44

Trebuie precizat că , prin șirul de cleme X2, se pot folosi ulterior și alte protecții sau
condiții impuse circuitului ( turație , temperatur ă , etc ) prin înserierea acestora cu bobina
contactorului (Figura 3.11 ).

Figura 3.11 Șir cleme pentru protecții sau condiții suplimentare

Prin cuplarea contactorului K 1 se realizează alimentarea elec trică a întrerupătorului de
protec ție motor tip PKZM01 ( notat F 11 ).
Dispozitivele pentru protecția motoarelor sunt întrerupătoare pentru comutarea,
protecția și separarea circuitelor de forță care au drept consumatori în primul rând motoare le.
Simultan, acestea protejează motoarele împotriva deteriorării prin pornire cu rotorul calat,
suprasarcină, scurtcircuit și întreruperea unei faze într -un sistem trifazat de alimentare.
Acestea posedă un declanșator termic pentru protecția înfășurării motorului( protecție la
suprasarcină) și un declanșator electromagnetic ( protecția la scurtcircuit) .
Întrerupătoarele pentru protecția motoarelor tip KZM01 conțin declanșatoare cu
bimetal cu temporizare dependentă de valoarea curentului – soluție tehnică verifica tă pen tru
protecția motoarelor . Curenții nominali la PKZM01 până la 32 A sunt împărțiți în 12 domenii
de reglaj , acesta facâ ndu-se manual pe panoul frontal al acestuia (Figura 3.12 ).

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 45

Figura 3.12 . Întrerupător de protecție t ip PKZM01

Prin armarea manuală a întrerupătoru lui pentru protecția motoarelor, prin apăsarea
butonului negru , s-a realizat aliment area electrică a convert orului de frecvență N 1. De la
borne le de ieșire ale convert orului , pentru legarea a limentării motoare lor electrice , s-au
prevăzut c ablări până la șirul de cleme X 1, având posibilitatea legării în paralel a două
moto are pentru un singur convert or. Un motor se poate alimenta prin intermediul prizei
apare nte , U=400 V , In=16A , tip 3P+N+T, afl ată în partea de jos a panoului , iar celălalt
motor se poate alimenta prin racordarea d irectă la clemele șir (Figura 3. 13). În privința unuia
dintre motoarele companiei Parvaluxe poate fi pornit în paralel cu un motor conectat cu
ajutorul priz ei aparente prin armarea ma nuală a cheiței întrerupatorului pentru protecția
motoarelor F 12.
În întregul montaj s -au ut ilizat echipamente marca M oeller , datorită faptului că în zonă
sunt mai mulți furnizori ale acestora. Pentru acest montaj puteau fi utilizate și alte
echipamente al e altor furn izori ( S iemens , Legrand , ABB , etc ).

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 46

Figura 3.13 . Șirul de cleme X1 , X2

b) Carac teristicile motoarelor asincron trifazate cu rotorul î n scurtcircuit

Cu ajutorul panoului de coman dă și a celor două convert oare menționate mai sus vom
putea avea un control ușor asupra motoarelor asincrone. Este un lucru binecunoscut că viteza
unui motor asincron depinde de numărul de p oli ai motorului și de frecvenț a tensiunii aplicate
acestuia. Amplitudinea tensiunii aplicate, precum și sarcin a motorului influențează de
asemenea vitez a motorului, însă nu în aceeași măs ură. Ca urmare, variind frecven ța tensiunii
aplicate motorului este cea mai bună metod ă de a controla viteza acestuia .

MOTOR ABB (Figura 3.14 )
1.1 A Y 1.9 A ∆ Hz r/min KW cos ɸ
V 380 – 420 Y V 220 – 240 ∆ 50 1420 0.37 69 /. 74
V 440 – 480 Y V 250 – 280 ∆ 60 1700 0.45

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 47

Figura 3.14 Motor asincron trifazat ABB

MOTOR PARVALUX(Figura 3.15 )
0.46 A Y 0.83 A ∆ Hz r/min KW
V 380 – 440 Y V 220 – 240 ∆ 50 2800 0.19

Figura 3.15 Motor asincron trifazat PARVALUX

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 48

3.4. Măsuri de securitate și sănătate î n munc ă

Lucră rile de realizare a panoului de comandă s-au executa t cu scoaterea de sub
tensiune î n totalitate a comp onentelor acestuia. La punerea în funcțiune a instalaț iilor ce sunt
alimentate din acest pa nou este obligatorie aplicarea î n totalitate a normelor de securitate și
sănătate în muncă prezentate mai jos:
 Pentru a fi protejat î mpotriva factorilor de risc, per sonalul ca re va lucra la panoul
de comandă va purta obligatoriu echipament individual de p rotecție corespunzător
activității executate ;
 Verificările, probele și î ncercarile vor fi astfel concepute , organizate și
desfășurate încat să se prevină accidentel e prin electrocutare, incendii și explozii;
 Pentru a asigura securi tatea personalului care deservește instalaț iile de
automatizare se vor respecta normele de uz general privind STAS – 12604/4.5
DIN 1990 ( protecție contra electrocută rii );
 Accesu l la apara tura de automatizare și telemecanică este permis num ai
personalului care are obligația de a întreține instalaț ia;
 Toate locurile periculoase trebuie să fie semnalizate prin tabliț e indicatoare de
securitate ;
 Nu este permisă depașirea valorilor limită de lucru admisi bile pentru aparatele
folosite în instalaț ie ;
 La punerea în funcțune a instalaț iei , se va v erifica legarea bornelor de pamânt la
borna de nul de protecție din panouri ș i legarea galv anică a acesteia la
împămâ ntare ;
 În fața standului se va p une un covor izolant de cauciuc ;
 Izolarea amplasamentelor la locul de servire va fi astfel încat omul să nu poata
veni î n atingere cu elemente metalice între care există diferenț e de potențial
periculoase ;
 Instalația va fi pusa în funcțiune ( chiar și p entru probe ) numai după ce s-au
monta t toate dispozitivele de protecț ie necesare ( inclusiv p rocurarea mijloacelor
de protecție ) ;

Proiectarea unui stand pentru testarea ș i verificarea par ametrilor convertorului static de
frecvență și a motoarelor asincrone

Lucrare de Disertatie – Universitatea din Oradea/MCI Pagina 49

 Orice intervenție în instalaț ia de automatizare s e va face numai după verificarea
lipsei tensiunii în instalaț ie;
 Toate pă rțile metalice, care pot fi atinse și care î n mod normal nu sunt sub
tensiune, dar care pot fi puse s ub tensiune la defecte de izolație , se vor lega la
conductorul de nul al rețelei.