F&F PCG-417. Реле времени “Звезда-Треугольник”

Привет всем, кто интересуется асинхронными двигателями, контакторами и релейной логикой!

Эта статья – логическое продолжение моей статьи про подключение мощных двигателей через схему «Звезда-Треугольник».

Там я уже писал о том, что есть три варианта реализации такой схемы:

1. С использованием таймера (любого принципа действия – хоть электронного, хоть пневматического, хоть механического);
2. С использованием программного алгоритма, реализованного на контроллере. Если он есть в данном устройстве (например, в промышленном компрессоре), то так и делают – выходы PLC подключают на катушки контакторов;
3. С использованием специализированного реле, которое представляет собой фактически управляющий контроллер для включения контакторов запуска двигателя.

В данной статье я как раз рассмотрю на примере третий вариант – запуск мощного электродвигателя через реле F&F PCG-417, которое разработано Белорусскими коллегами для управления схемой «Звезда-Треугольник». Важно, что все элементы схемы я покажу в реальной жизни, приведу реальные схемы и фотографии использования такого реле.

На всякий случай скажу ещё раз, что эта схема нужна для того, чтобы уменьшить пусковой ток двигателя путем переключения обмоток статора двигателя.

Преимущества и недостатки различных реализаций схемы «Звезда-Треугольник»

Прежде чем рассказывать о достоинствах реле пуска двигателя ФиФ, расскажу о недостатках других реализаций схемы.

Никто в новом оборудовании уже не реализует схему «Звезда-Треугольник» на реле времени, ведь у этой схемы есть несколько недостатков:

1. Пневматические и механические реле капризны;
2. Для нормальной работы схемы нужно второе реле, которое должно реализовывать паузу между режимами, а его обычно не ставят;
3. Использование универсального электронного реле по стоимости идентично использованию специализированного, а в чем тогда смысл?

Схема управления на контроллере должна содержать собственно контроллер, который выполняет и другие функции в оборудовании. Но контроллер присутствует не всегда. А если он и есть, то цена оборудования и требования к его функциональности требуют установки преобразователя частоты. И тогда требования к плавности разгона двигателя отпадают сами собой.

Итак, при отсутствии контроллера применяют специализированные реле «Стар-Дельта», которые полностью реализуют нужный алгоритм запуска двигателя, при этом имея на передней панели все необходимые регулировки.

 

Устройство и внешний вид реле пуска двигателя

Реле времени для управления электродвигателями по схеме «Звезда-Треугольник» ФиФ PCG-417 выглядело на витрине магазина за минуту до его покупки мною вот так:

Рядом располагались его собратья по бренду, который у нас в Таганроге представлен весьма широко – более 25 наименований.

Зачем в тот день я его купил – будет рассказ ниже, а пока познакомимся с этим устройством поближе. Если нужна официальная инструкция – её можно будет скачать ниже.

Внешний вид есть в начале статьи, вот ещё несколько фото.

 

На этом фото – акцент на верхние клеммы, сюда подключается питание:

Как всегда, ФиФ использует универсальный корпус, и несоответствие номеров клемм и реального их расположения немного сбивает с толку.

Нижние клеммы фактически являются переключающими контактами выходных реле:

Реле имеет стандартный размер корпуса 1S, а это означает, что оно занимает на ДИН-рейке ровно столько же, сколько однополюсный автомат:

 

Технические характеристики реле «Звезда-Треугольник»

Параметры можно посмотреть в таблице:

Много обсуждать нет смысла, отмечу лишь некоторые моменты.

У реле два напряжения питания (220 и 24 В), что очень удобно в реалиях – исходя из этого напряжения, можно выбрать напряжение катушек контакторов. Либо наоборот – имея конкретные контакторы на 24 В (AC/DC) или на 220 В (АС), можно подключить нужное питание реле.

Максимальный ток выходных контактов реле – 8 А, но для реальной нагрузки (катушек контактора), имеющей реактивный характер, выходной ток нужно ограничить значением 2 А. Для особо мощных контакторов придётся использовать промежуточные реле. Ещё замечание. В инструкции указано, что «Изделие должно использоваться по его прямому назначению». Однако, в той же инструкции рассмотрены в качестве нагрузок к этому реле энергосберегающие и люминесцентные лампы…

Время разгона в схеме «Звезда» можно регулировать плавно в пределах от 1 с до 1000 с (16 минут), а время паузы (переключения) меняется ступенчато, в зависимости от времени разгона. Подробнее ниже.

Обращаю внимание таких въедливых читателей, как я – что такое «сек» и «мсек»? Если это единицы измерения времени, то таких единиц нет в списке единиц системы СИ. Считаю это недочетом для серьезной технической документации.

 

Панель управления

На панели управления реле выведены основные органы индикации и управления:

Индикатор питания – горит зеленым светом, когда подано питание. Одновременно, согласно алгоритму работы, должен быть включен общий контактор и контактор «Звезды» либо контактор «Треугольника» (за исключением времени паузы);

Индикатор переключения режимов – при работе в «Звезде» мигает красным светом, при работе «Треугольником» – горит ровно.

Переключатель выбора времени разгона (включения схемы «Звезда») совместно с потенциометром множителя обеспечивает выбор любого времени. Например, для выбора времени 30 с нужно переключатель поставить на «10», а множитель на «3». Некоторые уставки времени можно выбрать через 2 или 3 разных положения регуляторов. Например, для 100 с есть 3 комбинации: 10s х 10, 50s х 2, 100s х 1.

Левая и правая сторона регулятора имеют одинаковое время разгона (1, 5, 10, 50, 100s), но разные времена паузы между режимами (75ms и 150ms). Рекомендую выбирать большее время, для обеспечения наибольшей стабильности работы схемы. Меньшее время можно выбрать, когда в схеме применяются контакторы 1 и 2 й величины (мощность двигателя менее 4 кВт).

 

Временная диаграмма работы

Потихоньку подбираемся к сути. Сейчас будет подробно рассказан алгоритм работы устройства.

Временная диаграмма на основе предыдущей статьи:

Что изменилось по сравнению со схемой на реле времени? Добавилась пауза между «Звездой» и «Треугольником», 75 или 150 мс.

Та же диаграмма, в инструкции к реле:

На диаграммах показано условно подача питания и включение внутренних реле (выходов «Звезды» и «Треугольника»). Реле имеют два дискретных состояния – «включено» и «выключено». Странно, что на третьем графике во время паузы реле «Треугольника» включено «чуть-чуть». Что это может означать?

Такая же диаграмма приведена боковой стороне устройства:

Реле треугольника на время паузы тоже включается «чуть-чуть», а сама пауза обозначена неведомой единицей измерения «msek». Интересно, в каких университетах обучался дизайнер, написавший это? Считаю это непрофессионализмом.

Итак, согласно диаграмме, при подаче питания на реле (U) запускаются одновременно общий контактор КМ1 и контактор «Звезды» КМ2 (перевернутая «Y»).

Это длится в течение времени, устанавливаемое пользователем. Далее, после истечения этого времени выключается контактор КМ2, и наступает пауза 75 или 150 мс, длительность которой также можно выбрать. Во время паузы на двигатель подается напряжение через общий контактор КМ1, но ток не идёт, т.к. цепь разорвана. Благодаря инерционности двигателя, пауза не оказывает никакого влияния на скорость вращения.

После окончании паузы включается контактор КМ3, и двигатель включается в «Треугольник», легко выходя на номинальный режим.

 

Схема подключения реле времени Звезда Треугольник Евроавтоматика F&F PCG-417

Давайте теперь критически разберём схему, приведённую в инструкции производителя. Для начала, внутренняя схема реле управления двигателем:

Схема включения:

К сожалению, на схеме переплетены силовая часть и часть управления, что осложняет её чтение. Давайте разбираться.

На схеме показано питание реле 230 В, от одной из фаз. Запуск реле и двигателя производится подачей питания через необозначенный НО контакт. Это может быть тумблер, реле, выход контроллера. Питание поступает на реле (вход 3) и на питание катушки контактора S_G (G – General, общий, моё обозначение – КМ1).

Одновременно замыкаются контакты 7 и 9, включая контактор S_Y (КМ2), включая двигатель по схеме «Звезда». Пройдя разгон, контакты 7 и 9 размыкаются, и двигатель 75 или 150 мс вращается без питания.

Через время переключения включается контактор «Треугольника» S_Δ (КМ3), запуская двигатель в рабочем режиме.

Минус этой схемы, как я уже говорил в предыдущей статье – отсутствие блокировок, которые нужны для предотвращения аварийных случаев. Дело в том, что мне неоднократно попадались неисправности, в которых залипали контакторы или реле. Это было либо по механической причине (заклинивание), либо по причине пригорания контактов.

В приведенной схеме по цепям контакторов блокировок нет. Я уверен, что и внутри реле ФиФ PCG-417 блокировок нет, поскольку используются два обычных независимых реле, в которых имеется по одному переключающему контакту. Видимо, производитель пошёл на упрощение схемы в угоду надежности. Ниже будет пример, в котором блокировки имеются.

Контакторы в схеме – на 230 В, но можно применить и на 380 В, подключив общий провод контакторов не к N, а к фазе L2 или L3.

 

Пример установки в паровой котел

Так зачем же я пошёл в магазин, чтобы купить это реле?

Сейчас будет страшная история. Дело в том, что у нас на предприятии в котельной есть итальянский паровой котел (парогенератор), который дает пар для технологического процесса и для отопления.

Я модернизировал этот котел, о чем на блоге уже была статья Применение устройства плавного пуска.

Как-то в марте, в субботу мне позвонил дежурный инженер и сообщил, что у нас авария – на котле не включается двигатель вентилятора. Точнее, запускается в «Звезду», а на «Треугольник» не переходит. Соответственно, давление воздуха в горелке не достигает нужного значения, и котел «уходит в ошибку».

Вот этот двигатель:

Подключение двигателя в коробке борно:

Виновником аварийной ситуации, когда помещения остались без отопления, а предприятие – без выпуска продукции, оказалось реле времени для запуска двигателя Siemens Sirius 3RP1574. Это реле проработало более 8 лет, и «накрылось».

«Старое» реле было менее функционально, чем модель от F&F – диапазон времени задержки только от 1 до 20 с, нет раздельного подключения контактов внутренних реле, нет регулировки времени переключения.

 

Уставка времени была на 9 с. Видео, как это было:

Конечно, в котле был контроллер, но этот контроллер не простой, а специализированный для котлов, в котором соблюдены все европейские нормы безопасности. И ни у кого даже мысли не было делать на нём управление запуском двигателя горелки.

Вместо реле времени для пуска двигателя «Звезда-Треугольник» Siemens было установлено реле F&F PCG-417.

На фото ниже показана работа этого реле в режиме «Звезда». Включены контакторы CV (общий, КМ1) и CVS (Star, КМ2), красный индикатор мигает:

Далее включается «Треугольник». Включены контакторы CV (общий) и CVТ (Triangle, КМ3), красный индикатор горит ровно:

То же самое – на видео:

На видео видно, что за 5 секунд двигатель разогнаться не успевает, поэтому время было увеличено.

Поближе передняя панель реле. Регулятор выставлен на 10 с:

Всё заработало. От момента покупки до момента запуска котла прошло не более 2 часов. На момент написания статьи реле времени ФиФ работает в горелке котла более 1,5 лет без сбоев.

 

Переделка электрической схемы, замена реле времени «Звезда-Треугольник»

Предлагаю ещё раз вернуться к теории. Точнее, к принципиальным схемам. Как я говорил, схема «Звезда-Треугольник» имеет две отдельные части – силовую и релейную.

Как это было, силовая часть:

Тут всё стандартно и понятно, переделок никаких не было. Теперь смотрим на схему управления:

Некоторое пояснения. Когда контроллер после всех проверок принимает решение о запуске двигателя, на проводе 23 появляется напряжение 230 В, которое поступает на реле времени «Звезда-Треугольник» RT. Дальше нас ждёт разочарование в итальянских инженерах. Оба реле, согласно их схеме, включатся через время задержки, что не соответствует нужному алгоритму! На наших сайтах тоже сплошь путаница – НО, НЗ, задержки включения, задержки выключения…

Попробую распутать. Не смотря на то, что без питания контакты всех внутренних реле разомкнуты, внутреннее реле «Звезды» в момент подачи питания замыкается, и имеет задержку выключения. А внутреннее реле «Треугольника» имеет задержку включения. Вот как это правильно показали педантичные немцы на схеме в мануале на Siemens:

То есть, при подаче питания контакт Y включается мгновенно, а выключается (деактивируется) – через время. Контакт Δ включается через время.

А на итальянской схеме показано, что оба реле – с задержкой включения, что, конечно же, не правильно.

Конечная схема на реле PCG-417 (которая работает без проблем после описанных событий) имеет вид, показанный ниже:

Теперь можно продолжить описание. После подачи питания включаются контакты 7-9, включается контактор CVS («Звезда»), и его контакты, в свою очередь, включают общий контактор CV, который становится на самоподхват. Через установленное время разгона контакты 7-9 размыкаются, а контакты 10-12 через паузу замыкаются, включая CVT (контактор «Треугольника»).

 

Скачать инструкцию к реле времени “звезда-треугольник” Евроавтоматика ФиФ PCG-417

Как и обещал, выкладываю для скачивания инструкцию по эксплуатации реле времени «Звезда-Треугольник» F&F PCG-417.

• Инструкция и руководство по эксплуатации реле времени PCG-417 / Реле времени программируемое для включения двигателей по схеме \"Звезда-Треугольник\" F&F PCG-417, pdf, 1.83 MB, скачан: 873 раз./

 

Книги по теме двигателей

Кто хочет (как говорит мой шеф) “окунуться в проблему”, выкладываю для свободного скачивания и ознакомления хорошие книги по двигателям и вообще по электротехнике.

• В.Л.Лихачев. Асинхронные электродвигатели. 2002 г. / Книга представляет собой справочник, в котором подробно описано устройство, принцип работы и характеристики асинхронных электродвигателей. Приводятся справочные данные на двигатели прошлых лет выпуска и современные. Описываются электронные пусковые устройства (инверторы), электроприводы., djvu, 3.73 MB, скачан: 9536 раз./

• Беспалов, Котеленец - Электрические машины / Рассмотрены трансформаторы и электрические машины, используемые в современной технике. Показана их решающая роль в генерации, распределении, преобразовании и утилизации электрической энергии. Даны основы теории, характеристики, режимы работы, примеры конструкций и применения электрических генераторов, трансформаторов и двигателей., pdf, 16.82 MB, скачан: 3414 раз./

• М.М. Кацман - Электрические машины / Некоторые говорят, что это лучший учебник по электротехнике. В книге рассматриваются теория, принцип действия, устройство и анализ режимов работы электрических машин и трансформаторов как общего, так и специального назначения, получивших распространение в различных отраслях техники., pdf, 22.12 MB, скачан: 3509 раз./

• Каталог двигателей Электромаш / Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором - каталог производителя, pdf, 3.13 MB, скачан: 2267 раз./

• Каталог двигателей ВЭМЗ / Параметры и каталог двигателей, pdf, 3.53 MB, скачан: 1996 раз./

• Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию / Практические расчеты по электрооборудованию, теоретические сведения, методики расчета, примеры и справочные данные., zip, 1.53 MB, скачан: 3962 раз./

• Карпов Ф.Ф. Как проверить возможность подключения нескольких двигателей к электрической сети / В брошюре приведен расчет электрической сети на колебание напряжения при пуске и самозапуске асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и синхронных двигателей с асинхронным пуском. Рассмотрены условия, при которых допустим пуск и самозапуск двигателей. Изложение методов расчета иллюстрируется числовыми примерами. Брошюра предназначена для квалифицированных электромонтеров в качестве пособия при выборе типа электродвигателей, присоединяемых к коммунальной или промышленной электросети., zip, 1.9 MB, скачан: 2540 раз./

• Руководство по эксплуатации асинхронных двигателей / Настоящее руководство содержит наиболее важные указания по транспортировке, приемке, хранению, монтажу, пусконаладке, эксплуатации, техническому обслуживанию, поиску неисправностей и их устранению для электродвигателей производства «Электромашина». Руководство по эксплуатации предназначено для трехфазных асинхронных электродвигателей низкого и высокого напряжений серий А, АИР, МТН, МТКН, 4МТМ, 4МТКМ, ДА304, А4., pdf, 7.54 MB, скачан: 3701 раз./

• Каталог двигателей АИР / Каталог двигателей АИР - мощность от 0,12 до 315 кВт; частота вращения 3000, 1500, 1000, 750 об/мин; напряжение сети 220/380 В, 380/660 В;, pdf, 1.07 MB, скачан: 1747 раз./

• Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. / Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. Одна из лучших книг, посвящённых основам электротехники. Изложение начинается с самых основ: объясняется, что такое напряжение, сила тока и сопротивление, приводятся указания по расчёту простейших электрических цепей, рассказывается о взаимосвязи и взаимозависимости электрических и магнитных явлений. Объясняется, что такое переменный ток, как устроен генератор переменного тока. Описывается, что такое конденсатор и что собой представляет катушка индуктивности, какова их роль в цепях переменного тока. Объясняется, что такое трёхфазный ток, как устроены генераторы трёхфазного тока и как организуется его передача. Отдельная глава посвящена полупроводниковым приборам: в ней речь идёт о полупроводниковых диодах, о транзисторах и о тиристорах; об использовании полупроводниковых приборов для выпрямления переменного тока и в качестве полупроводниковых ключей. Коротко описываются достижения микроэлектроники. Последняя треть книги целиком посвящена электрическим машинам, агрегатам и оборудованию: в 10 главе речь идёт о машинах постоянного тока (генераторах и двигателях); 11 глава посвящена трансформаторам; о машинах переменного тока (однофазных и трёхфазных, синхронных и асинхронных) подробно рассказывается в 12 главе; выключатели, электромагниты и реле описываются в главе 13; в главе 14 речь идёт о составлении электрических схем. Последняя, 15 глава, посвящена измерениям в электротехнике. Эта книга - отличный способ изучить основы электротехники, понять основополагающие принципы работы электрических машин и агрегатов., zip, 13.87 MB, скачан: 5131 раз./

Ещё пособие по двигателям:
• Пуск и защита двигателей переменного тока / Пуск и защита двигателей переменного тока. Системы пуска и торможения двигателей переменного тока. Устройства защиты и анализ неисправностей двигателей переменного тока. Руководство по выбору устройств защиты. Руководство от Schneider Electric, pdf, 1.17 MB, скачан: 3976 раз./

 

На этом всё, больше сказать нечего. Надеюсь, развернуто изложил тему. Жду вопросов и справедливой критики в комментариях!