Отклонение напряжения на входе станка с числовым программным управлением может привести к срабатыванию защиты и прерыванию технологического процесса. Провалы напряжения, импульсные перенапряжения, возникающие при коммутации мощных нагрузок или грозовых воздействиях, а также несимметрия напряжений в трёхфазной сети способны нарушать работу промышленного оборудования.
Для роботизированных линий, измерительных комплексов, станков с ЧПУ и электродвигателей последствия таких нарушений различаются. Возможны остановка технологического процесса, срабатывание защиты, нарушение работы управляющей электроники или повреждение отдельных компонентов. Поэтому при выборе стабилизатора напряжения для производственного оборудования важно учитывать тип нагрузки и характер нарушений в конкретной сети.
Содержание
Перекос фаз и просадки напряжения
Перекос фаз, или несимметрия напряжений в трёхфазной сети, может возникать, в частности, из-за неравномерного распределения однофазных нагрузок между фазами. Для трёхфазных асинхронных двигателей несимметрия напряжений приводит к появлению токов обратной последовательности, дополнительному нагреву и снижению доступного момента. Для оценки несимметрии используют коэффициенты несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательностям.
Норматив по ГОСТ 32144-2013. Значения коэффициентов несимметрии, усреднённые за 10 минут, не должны превышать 2 % в течение 95 % времени и 4 % в течение 100 % времени.
Просадки напряжения также способны нарушить работу производственного оборудования. Если напряжение снижается ниже допустимого для конкретного частотного преобразователя, контроллера или блока питания, устройство может перейти в защиту или отключиться. Допустимая глубина и продолжительность провала определяются характеристиками оборудования.
Импульсные перенапряжения
Импульсные перенапряжения могут возникать вследствие коммутационных процессов и грозовых воздействий. От обычного повышения или понижения действующего значения напряжения они отличаются амплитудой и длительностью и могут повреждать полупроводниковые компоненты силовых модулей, блоков питания и цепей управления.
Для ограничения таких воздействий применяются устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Стабилизатор и УЗИП выполняют разные функции: первый корректирует напряжение в пределах своих технических возможностей, второй ограничивает импульсные перенапряжения и отводит импульсный ток.
Электромеханические стабилизаторы
В электромеханическом стабилизаторе при отклонении входного напряжения система управления приводит в действие электропривод, который перемещает токосъёмный узел по обмотке трансформатора. За счёт этого изменяется коэффициент трансформации и корректируется выходное напряжение.
Механический принцип регулирования ограничивает быстродействие по сравнению с электронными схемами без движущихся частей. Для отдельных электромеханических стабилизаторов время коррекции может составлять от долей секунды до нескольких секунд, причём конкретное значение зависит от конструкции устройства и величины изменения входного напряжения. Электромеханическая схема обеспечивает плавное регулирование напряжения, а рабочий диапазон, точность и скорость коррекции определяются характеристиками конкретной модели. При эксплуатации также учитывают наличие движущихся элементов и требования производителя к техническому обслуживанию.
Электронно-ступенчатые стабилизаторы
В электронно-ступенчатых стабилизаторах коррекция выходного напряжения осуществляется переключением ступеней трансформатора при помощи электронных силовых ключей. Механически перемещаемого токосъёмного узла в такой конструкции нет, поэтому регулирование может выполняться быстрее.
Для отдельных моделей время реакции составляет порядка 10–20 мс. При сравнении оборудования важно смотреть, какой именно параметр указывает производитель: время обнаружения изменения напряжения, реакцию системы управления или полное время коррекции. Выходное напряжение регулируется ступенчато, а точность зависит от схемы устройства, количества и величины ступеней, алгоритма управления. Поэтому при выборе между электромеханическим и электронно-ступенчатым принципом учитывают не только быстродействие, но и характер изменений в сети, требования нагрузки, необходимую точность и условия эксплуатации.
Почему одного стабилизатора недостаточно
Стабилизатор работает в пределах предусмотренного производителем диапазона и алгоритма регулирования. В зависимости от характера нагрузки и нарушений в сети вместе с ним могут использоваться другие средства защиты:
Реле контроля фаз
Контролирует наличие, чередование и заданные параметры фаз и при недопустимом режиме формирует команду на отключение нагрузки.
Сетевой фильтр
Применяется для ослабления определённых видов проводимых высокочастотных помех. Сетевые фильтры производства «Полигон» также содержат элементы защиты от импульсных помех.
УЗИП
Ограничивает импульсные перенапряжения и отводит импульсный ток.
В стабилизаторах «Сатурн» и «Каскад» производства «Полигон» установлены модули варисторной защиты по входу и выходу. Они являются элементами защиты оборудования от импульсных воздействий.
У каждого устройства своя задача. Например, реле контроля фаз обнаруживает недопустимый режим, но не корректирует напряжение. УЗИП, в свою очередь, предназначено для защиты от импульсных воздействий, а не для стабилизации длительных отклонений напряжения.
Защита трёхфазных двигателей
Для трёхфазных электродвигателей существенное значение имеет несимметрия напряжений: при её появлении возрастает несимметрия токов, увеличивается нагрев обмоток и изменяются рабочие характеристики двигателя. Для защиты применяют устройства контроля фаз и другие предусмотренные проектом средства. Если проблемы в работе оборудования связаны с отклонениями напряжения, в составе системы электроснабжения может использоваться трёхфазный стабилизатор. Требуемое быстродействие и алгоритм защиты выбирают с учётом характеристик двигателя, нагрузки и применяемых защитных устройств.
Стабилизаторы для станков с ЧПУ
При выборе стабилизатора для станка с ЧПУ исходят из требований производителя самого станка. Имеют значение допустимый диапазон питающего напряжения, чувствительность управляющей электроники к провалам и перенапряжениям, характеристики приводов и блоков питания. Выбор между электромеханическим и электронно-ступенчатым стабилизатором зависит от конкретной нагрузки и фактического состояния сети. Одного типа регулирования, подходящего для всех станков с ЧПУ, нет.
Медленные отклонения и импульсные перенапряжения — разные задачи
Длительные и относительно медленные отклонения действующего значения напряжения могут корректироваться стабилизатором в пределах его рабочего диапазона. Электронно-ступенчатые модели благодаря более высокому быстродействию способны быстрее реагировать на изменения напряжения, чем электромеханические устройства.
Кратковременные импульсные перенапряжения относятся к другой категории воздействий. Для защиты от грозовых и коммутационных импульсов применяются УЗИП. Поэтому быстродействие электронного стабилизатора само по себе не делает его заменой устройству защиты от импульсных перенапряжений.
Основные средства защиты производственного оборудования
| Средство | Основная функция | Когда применяется |
|---|---|---|
| Электромеханический стабилизатор | Плавная коррекция отклонений напряжения | Когда допустимо сравнительно невысокое быстродействие и требуется плавное регулирование |
| Электронно-ступенчатый стабилизатор | Быстрая ступенчатая коррекция напряжения | Для нагрузки, чувствительной к изменениям напряжения и требующей более быстрого регулирования |
| Реле контроля фаз | Контроль наличия, чередования и других контролируемых параметров фаз; формирование команды на отключение | Трёхфазные нагрузки, в том числе электродвигатели |
| Сетевой фильтр | Ослабление определённых видов проводимых помех; в сетевых фильтрах «Полигон» также предусмотрены элементы защиты от импульсных помех | Оборудование, чувствительное к высокочастотным помехам |
| УЗИП | Ограничение импульсного перенапряжения и отвод импульсного тока | Защита электроустановки от грозовых и коммутационных импульсных перенапряжений |
Что учитывать при выборе стабилизатора
Перед подбором оборудования желательно получить фактические данные о состоянии сети: диапазон изменения напряжения, характер и продолжительность отклонений, наличие несимметрии и сведения об аварийных отключениях. Это позволяет определить, какие нарушения требуют коррекции или защиты.
Основные параметры стабилизатора — номинальная мощность, допустимый диапазон входного напряжения, точность поддержания выходного напряжения, быстродействие и перегрузочная способность. Для трёхфазных нагрузок дополнительно учитывают требования к контролю фаз. Не менее важны условия установки: степень защиты оболочки выбирают по условиям окружающей среды и месту размещения оборудования. Байпас, индикация параметров и возможность удалённого мониторинга могут упростить обслуживание и диагностику, если такие функции предусмотрены выбранной моделью.
Как подобрать стабилизатор для электродвигателя с учётом пускового тока
При подключении оборудования с электродвигателями недостаточно сложить номинальные мощности потребителей. Для подбора стабилизатора учитывают величину и продолжительность пускового тока двигателя, способ пуска, характер механической нагрузки и перегрузочную способность самого стабилизатора. В рекомендациях производителей для некоторых индуктивных нагрузок встречается запас по мощности в 2–3 раза. Конкретный запас следует определять по характеристикам нагрузки и выбранного стабилизатора, поскольку величина и продолжительность пускового тока могут существенно различаться.
Комплексная защита производственного оборудования
При построении защиты производственного оборудования от перепадов напряжения важно учитывать природу нарушений в сети. Просадки и длительные отклонения напряжения, несимметрия фаз, высокочастотные помехи и импульсные перенапряжения требуют разных технических решений.
Стабилизатор корректирует напряжение в пределах своих технических возможностей, реле контроля фаз отслеживает недопустимые фазные режимы, сетевые фильтры ослабляют определённые виды помех, а УЗИП ограничивают импульсные перенапряжения. При этом сетевые фильтры производства «Полигон» имеют элементы защиты от импульсных помех, а в стабилизаторах «Сатурн» и «Каскад» установлены модули варисторной защиты по входу и выходу. Состав системы защиты выбирают по характеристикам сети и подключаемого оборудования. Перейти в каталог промышленных стабилизаторов →
Оцените статью:
